USB Type-C工作原理深度解析--入门级

自从 Apple发布了新 MacBook，就一堆人在说 USB Type-C。我来从硬件角度解析下这个 USB Type-C，顺便解惑。

特色

尺寸小，支持正反插，速度快 (10Gb)。这个小是针对以前电脑上的 USB接口说的，实际相对 android机上的 microUSB还大了点：

USB Type-C： 8.3mmx2.5mm

microUSB： 7.4mmx2.35mm

而 lightning： 7.5mmx2.5mm

所以，从尺寸上我看不到 USB Type-C在手持设备上的优势。而速度，只能看视频传输是否需要了。

引脚定义

可以看到，数据传输主要有 TX/RX两组差分信号， CC1和 CC2是两个关键引脚，作用很多：

• 探测连接，区分正反面，区分 DFP和 UFP，也就是主从

• 配置 Vbus，有 USB Type-C和 USB Power Delivery两种模式

• 配置 Vconn，当线缆里有芯片的时候，一个 cc传输信号，一个 cc变成供电 Vconn

• 配置其他模式，如接音频配件时， dp， pcie时

电源和地都有 4个，这就是为什么可以支持到 100W的原因。

不要看着 USB Type-C好像能支持最高 20V/5A，实际上这需要 USB PD，而支持 USB PD需要额外的 pd芯片，所以不要以为是 USB Type-C接口就可以支持到 20V/5A。

当然，以后应该会出现集成到一起的芯片。

辅助信号 sub1和 sub2(Side band use)，在特定的一些传输模式时才用。

d+和 d-是来兼容 USB之前的标准的。

这里说一下， USB3.0只有一组 RX/TX，速度是 5Gb， USB Type-C为了保证正反都可以插就用了两组，但实际上数据传输还是只用了一组 RX/TX,速度就已经达到 10Gb了。如果后面升级协议，两组都传的话就和 DisplayPort一样 20Gb了。

工作流程

上图 DFP (Downstream Facing Port)也就是主， UFP(Upstream Facing Port)为从。除了 DFP、 UFP，还有个 DRP (Dual Role port)， DRP可以做 DFP也可以做 UFP。当 DPR接到 UFP， DRP转化为 DFP。当 DRP接到 DFP， DRP转化为 UFP。两个 DRP接在一起，这时就是任意一方为 DFP，另一方为 UFP。

在 DFP的 CC pin有上拉电阻 Rp，在 UFP有下拉电阻 Rd。未连接时， DFP的 VBUS是无输出的。连接后， CC pin相连， DFP的 CC pin会检测到 UFP的下拉电阻 Rd，说明连接上了， DFP就打开 Vbus电源开关，输出电源给 UFP。而哪个 CC pin(CC1， CC2)检测到下拉电阻就确定接口插入的方向，顺便切换 RX/TX。

电阻 Rd=5.1k，电阻 Rp为不确定的值，根据前面的图看到 USB Type-C有几种供电模式，靠什么来甄别 ?就靠 Rp的值， Rp的值不一样， CC pin检测到的电压就不一样，然后来控制 DFP端执行哪种供电模式。

需要注意的是，上图里画了两个 CC，实际上在不含芯片的线缆里只有一根 cc线。

含芯片的线缆也不是两根 cc线，而是一根 cc，一根 Vconn，用来给线缆里的芯片供电 (3.3V或 5V)，这时就 cc端没有下拉电阻 Rd，而是下拉电阻 Ra， 800-1200欧。

当 CC pin两个都接了下拉电阻 <=Ra， DFP进入音频配件模式，左右声道， mic都俱全，如上图。

USB Type-C 和 DisplayPort， PCIE

USB PD是 BMC编码的信号，而之前的 USB则是 FSK，所以存在不兼容，不知道目前市面上有没有能转换的产品。

USB PD是在 CC pin上传输， PD有个 VDM(Vendor defined message)功能，定义了装置端 ID，读到支持 DP或 PCIe的装置， DFP就进入替代 (alternate)模式。

如果 DFP认到 device为 DP，便切换 MUX/Configuration Switch，让 Type-C USB3.1信号脚改为传输 DP信号。 AUX辅助由 Type-C的 SBU1,SUB2来传。 HPD是检测脚，和 CC差不多，所以共用。

而 DP有 lane0-3四组差分信号， Type-C有 RX/TX1-2也是四组差分信号，所以完全替代没问题。而且在 DP协议里的替代模式，可以 USB信号和 DP信号同时传输， RX/TX1传输 USB数据， RX/TX2替换为 lane0,1两组数据传输，此时可支持到 4k。

如果 DFP认到 device为 DP，便切换 MUX/Configuration Switch，让 Type-C USB3.1信号脚改为传输 PCIe信号。同样的， PCIe使用 RX/TX2和 SBU1,SUB2来传输数据， RX/TX1传输 USB数据。

这样的好处就是一个接口同时使用两种设备，当然了，转换线就可以做到，不用任何芯片。

总结

USB Type-C终结了长期以来 USB插来插去的缺陷，节省了人们大量的时间，换一次方向至少 2s吧，按全球 10亿人每天插拔一次 USB， 50%概率插错，共耗时 277000多小时，约为 31年，太恐怖了。