USB TYPE-C详解

USB TYPE-C，是两个词，首先是USB，说明它是由USB-IF组织发布的接口标准。其次是TYPE-C，C是接口物理形式的版本号，相对于TYPE-A,TYPE-B而言的升级版。正如USB3.1是相对于USB2.0,USB1.0的升级版一样，只不过，1,2,3 阿拉伯数字的版本号，是相对于接口数据传输协议而言，版本越高数据传输速度越快。A,B,C 则是相对于接口的物理形式进行的规定。过去的10多年里，A口是普通消费者用的最多的，即普通电脑上那个USB口，称为A口母座，对应的插头，称为A口公头，A口主要的作用是作为数据及电源的下行端口，即拥有A口母座的设备，在电源上来说，属于供电设备( TYPE-C中称为SRC即SOURCE)，在数据传输上来说，属于HOST(TYPE-C中称为DFP即DownStream Face port)。B口，则反过来，属于用电方(TYPE-C中的 SNK即SINK)，数据传输上属于Slaver(TYPE-C中的UFP即UPStream Face port)。最开始发布的B口，是方型的，做工业类应用比较多，因为体积大，又先后发布了Mini USB 和 Micro USB，其中的Micro USB形式的B口，成为了现在安卓手机的标配。而USB-IF推出C口的目的，则是把A口和B口合并起来，让一个口，既可以担当HOST，又可以担当SLAVER。

TYPE-C带来的变化包括：

第一、电能传输功能差异。USB Typc-C的特点在于，所有支持TYPE-C接口标准的设备都可以通过接口规范中的CC引脚的电平来向连接的另一方宣称自己占用VBUS的意愿，较强意愿的一方最终向VBUS输出电压和电流，另一方则接受VBUS总线的供电。为了能够更方面的使用这个总线定义。Type-C接口芯片(例如LDR6013)，一般把从电源特性上把设备分为五种角色：SRC,TRY.SRC,DRP,TRY.SNK,SNK，这五种角色占用VBUS总线的意愿依次递减。其中SRC相当于适配器，会持续想要向VBUS输出电压，TRY.SRC相当于移动电源，只有当遇上适配器时，才放弃输出VBUS，DRP相当于笔记本电脑，可以接受适配器提供的电能进行充电，也可以输出电能给手机充电。TRY.SNK相当于手机，正常情况下，期待对方给自己供电，但是遇上比自己还弱的设备，例如U盘时，也勉为其难的向对方输出， SNK是不对外输出电能的，一般为弱电池设备，或者无电池设备，例如u盘，鼠标，蓝牙耳机。这个就是所谓的CC LOGIC。在CC LOGIC中，最难做的是移动电源。因为用户要求移动电源要给一切能够接受充电的设备进行充电，包括笔记本电脑。而市场上有部分笔记本电脑的CC逻辑是TRY.SRC,例如Chromebook,华为的Matebook等。于是，就出现了市面上部分移动电源无法充笔记本电脑的问题，经常出现笔记本电脑反过来往移动电源充电。电子工程师在移动电源设计阶段就遇到了这个问题，并为之困扰。后来找到了一颗LDR6013，终于解决了这个问题。

第二、数据传输功能差异。传统的USB接口，一般内部只有一个业务处理单元，例如USB3.0处理芯片，USB2.0处理芯片等。而TYPE-C接口，允许最多三组业务处理单元，可以通过对模拟开关的控制，同时支持两组数据传输业务(一组USB3.0,一组USB2.0)加一组HDMI信号传输业务。或者是三组的任意组合。所以，一个TYPEC接口，最多可以支持三组传输加一组供电，共4种功能。

第三、电能及数据传输性能差异。USB TYPE-C支持正反插，由于正反两面一共具有四组电源和地，在功率支持上有了大幅度的提升，最高支持20V，5A 100瓦传输能力。将带来传统用电器供电的革命。同时还兼具有公头和母座两层完整的金属保护壳EMC防护，令传输速度可以上升到最高40G。

除了在手持设备接口上的一统天下之外，未来的家庭供电系统中，TypeC将占据重要地位，随着低功耗技术的普及，家用电器中，除了冰箱、空调、洗衣机、干发器之外，其他用电器都可以使用USB TPYE-C供电，既方便又安全，从而，直流入户供电方式不再是纸上谈兵。

2015年3月，Apple发布了新MacBook，采用了USB Type-C，此举引发业界热议，苹果前所未有的放弃自己的封闭体系，意味着TYPE-C接口有望统一所有手机、平板、PC等设备的有线接口，在有线时代终结前，形成接口和电缆大统一。下面让我们来深入了解，TYPE-C接口的内部的实际结构，探究它一系列神奇特性的由来。

首先让让我们直接从USB TYPE-C 的Spec上截一个USB TYPE-C母座的pin脚图来看看：

图1 USB TYPE-C母座引脚图摘自USB TYPE-C SPEC

可以看出，母座上有24根信号，其中电源和地占据了8根，用于提升电流传输能力，剩下16个，用于传输USB2.0的两组信号是交叉相连的，去掉重复的两个，一共是14个信号。包括我们所熟悉的2组共8根可用于传输usb3数据的RXx和TXx，USB2.0数据信号D+，D-和SBU1，SBU2，CC1，CC2。其中SBU1，SBU2，CC1，CC2是传统的USB接口所没有的信号。CC是USB TYPE-C接口的灵魂所在，承载了TYPE-C连接过程中的传输方向确认和正反插确认功能，以及USB PD BCM码信号传输功能，实现负载的功能配置。两根线CC线，当其中一根CC作为TYPE-C接口的配置信号时，另一个CC则作为电缆上EMARKER芯片的供电电源。剩下的SBU1和SBU2为辅助信号，在不同的应用场景具有不同的用途。例如在ALT MODE 模式下进行DP信号传输时，作为音频传输通道，在进入TYPE-C模拟音频耳机附件模式，则作为麦克风信号传输通道。

那么，被提及最多的正反插，究竟是怎么实现的呢?秘诀在于CC公头上。让我们来看CC公头的结构。

对比母座接线图，我们可以看出，公头只有一个CC，另外一个CC变成了VCONN，于是，当公头插入母座的时候，公头上的CC可能跟母座上的CC1连在一起，也可能跟母座的CC2连接在一起，分别对应着正插和反插两种情况。母座上需要用一颗芯片来检测是CC1建立了连接，还是CC2建立了连接，从而控制设备内部的SWITCH，来正确的适配数据传输，或者是音视频传输的信号对应关系。

弄清了传输接口结构以及正反插识别原理之后，我们来看看电流传输的细节问题，根据USB-IF发布的标准，各版本的USB接口，电流传输能力如下：

图3 USB标准级最大传输功率摘自USB TYPE-C SPEC

从上表可以看出USB Type-C并不是必然支持20V/5A，默认情况下，只支持5V3A，必须在具备USB PD通信能力，并且传输线上有Emarker芯片的情况下，才可能支持到 20V/5A。当然，相对于制定标准这件工作本身的难度来说，设计USB PD芯片和EMARKER芯片其实是小菜一碟。正常情况下，标准发布后的半年内会有样片，一年内会批量生产。例如国内已经有了支持CC logic的LDR6013芯片，以及支持USB PD的LDR6021和LDR6023芯片。

电能传输的情况，已经了解了，让我们了解一下，具体的数据传输。在传统TYPE-A USB3.0接口中，有一组rx和一组tx，共4根高速信号传输线，最高可以传输5G带宽信号。而TYPE-C接口，则一共有两组rx和两组tx，共8根高速信号传输线，这是出于正反插考虑，对于USB3.0信号传输，每次只用其中一组。另外，还可以分开来使用，利用PD协商，进入ALT模式，把其中4根用于传输USB3.x信号，另外4根与sbu1和sbu2组合起来，用于传输2 lane的DP信号。也可以协商成8根差分线，与sbu1，sbu2组合，全部用于传输DP信号。这样就是4lane的 DP信号了，最高分辨率可以上到8K。这些灵活的应用，让type-c接口被赋予了无限的可能。说到底，就是能够进行电源、数据、音视频传输，而且都比旧的传输线的传输性能更优秀。真的是走别人的路，让别人无路可走了。当然，TYPE-C虽然这么牛B，却不要忘了，有线的传输还有另外一位高手，那就是光纤。其传输的极限带宽，是按照T(1000G)来计算的。而且，现有的TYPE-C电能传输能力又足以支撑光纤MODEN。所以，如果在现有TYPE-C电缆基础上，把8根高速信号传输线换成一根光纤，谁知道会发生什么呢?

总结以上，USB Type-C终结了长期以来USB需要通过试错法来多次重插的历史，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。一个接口搞定了电能、数据、音视频数据三种传输需求，体积又小。可以预见，以后手机可以改为USB Type-C接口了，如果只需要USB2.0的话，只需要重做线缆，部分功能需要加上接口芯片，成本上完全可以忽略不计。而手机上到USB3.0，则真正的革命就要出现了。PC机可能不再被需要，一个手机，通过TYPE-C口输出DP，接入显示器就可以完成电脑的功能了。如果接上VR，那么整个世界都不一样了。请问，还有谁会需要PC，笔记本电脑，这类20世纪的遗产吗?

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