USB-C会很快替代掉原来的MiniUSB和MicroUSB作为一种最通用的连接器

过去一段时间曾不少朋友建议我们新的板卡都换成USB Type-C（简称USB-C）的，我个人也相信USB-C会很快替代掉原来的MiniUSB和MicroUSB作为一种最通用的连接器 - 用于通信和供电，因为它可逆性、100W的功率、20 Gbps的数据传输。只是觉得每个人手中的MicroUSB的连接线太多了，再多一根USB-C的线有点不环保，所以就还是采用了MicroUSB连接器。

趋势还是要尊重的，总有一天要换，那就从现在开始的新的板卡设计都用USB-C的吧，切换到C上就要了解一下C究竟跟原来的Mini和Micro有什么区别，于是苏老师利用周末的时间阅读了一篇（分3个部分）关于USB-C的科普文章，虽然是2016-2017年的文章，读起来觉得很通俗易懂，就把它的主要内容也在这里分享一下了。

以下是该文章的主要信息：

文章先回顾了几个容易与C相混淆的概念：

USB 3.1

USB SuperSpeed和SuperSpeedPlus

USB Type-C

USB Power Delivery 2.0

USB 3.1

USB 3.1是USB实施者论坛发布的规范，是下一代USB设备和电缆的总体标准，内部包含了连接到最新USB主机和设备所需要知道的一切。有兴趣的同学可以从USB-IF网站上（http://www.usb.org/developers/docs/）下载该规范，文档是zip格式的文件，包括以下：

USB 3.1版本1.0

USB Type-C Rev 1.2或更高版本

USB Power Delivery Rev 2.0或更高版本

USB端口控制器1.0版或更高版本

USB SuperSpeedPlus

USB SuperSpeedPlus是指最新的USB数据总线，运行速度达10Gbps /通道。SuperSpeedPlus特别强调了SuperSpeed（不是Plus）之外的新的特性。USB 3.1使用“ Enhanced SuperSpeed”作为通用术语来指代两者的共同功能。SuperSpeed也被称为USB 3.1 Gen1，主要指物理层。

下图中你看到的蓝色Type-A插头增加了五根线以支持新的USB 3.1总线。发送和接收都分别有一对差分对，支持全双工以及额外的地。

USB Type-C

USB Type-C是连接器本身。该名称来自Type-A（主机端）和各种形式的Type-B（设备端）的USB 2.0连接器，包括标准B，mini-B和micro-B。使用USB Type-C，无法根据物理连接器区分电源和数据的角色。设备和主机（源和接收器）都将具有USB-C插座，USB-C电缆的两端都有相同的插头，是对称的。

该规范包括机械、电气以及有关如何使用它的一些功能细节。其中一些功能包括信令数据和电源角色、可用电源以及设备是否为附件。USB端口控制器规范为直接连接到端口的IC提供了通用接口。本规范的目的是简化软件开发。

USB Power Delivery（USB供电）

USB Power Delivery是大多数革命性功能所在的地方。“ Power Delivery”有点用词不当，因为它的作用还不止如此，该规范描述了如何交换数据角色、交换电源角色、将Vbus移动到不同的电压，以及如何将USB-C连接器上的引脚用于DisplayPort等其它目的。这样一来，您就可以将笔记本电脑插入显示器，以在为幻灯片充电和运行完整的USB 2.0集线器时呈现幻灯片，所有操作都只需一根电缆。

我们重点来看看连接器

USB Type-C接口比micro-B接口稍大。它在径向对称的引脚排列中有24个引脚，使其方向可逆。与先前版本的USB连接器不同，插头中没有物理区别，具体取决于端口或插头支持的功能。USB-C可以完成所有工作。

Type-C规范是USB3.1规范的一部分，如第1部分所述。您可以从usb.org下载完整的USB3.1规范。遵循USB Type-C文件夹中的USB Type-C规范版本1.2。

引脚排列

看下面的图，显而易见是围绕着中心是对称的。

下面的表中是USB-C插座的管脚定义：

VBUS-为负载供电

DP（D+）/DM（D-）- USB2.0通信，支持480Mbps的高速USB

SSTX1/2，SSRX1/2-超高速传输、差分对，在电缆中通常用双绞线

CC-用于配置连接和发送Power Delivery消息的配置通道

VCONN-为有源电缆和附件供电的连接器电源

SBU-边带使用，基本上是备用模式下使用的备用电线

要注意的地方：

线缆中SuperSpeed Tx和Rx线的互换。SBU导线也是如此。这意味着一侧的SSTX1连接到另一侧的SSRX1。同样，SBU1在另一侧连接到SBU2。您无法使用多路复用器解决此问题。

差分对具有90欧姆的差分阻抗。如果您使用替代模式，请确保其可以处理90欧姆+/- 5欧姆

电缆可以进行电子标记。这意味着其中一个插头内部有一个微控制器，连接到CC线，它负责报告电缆的功能。“所有USB全功能Type-C电缆均应进行电子标记。” 仅支持USB2.0的电缆不需要标记。

要注意挂在VBUS上的器件断电，使用USB Power Delivery 2.0，VBUS可以高达20V，确保这不会违反电路中的额定电压。

也要小心从VCONN供电。您可能没有。或者，您可能必须提供它。

MUXS

USB-C的一大优势就是支持支持线缆的正反插，看下图：

通过使用CC线来确定电缆的连接方式。该导线始终位于插头上的同一位置，并且只能连接到插座中的两个引脚之一。插头中CC对面的位置是VCONN。这就是为什么插头具有CC和VCONN，而插座具有CC1和CC2的原因。

配置通道用于确定插头方向、通信设备角色、电源功能以及发送Power Delivery消息，在电路上通过上拉电阻（Rp）和下拉（Rd）电阻来实现。

USB-C的电流

即使不支持USB Power Delivery，也可以通过USB连接器获得高达15W的功率。VBUS仍被限制为5伏，但电流可能高达3安培，这是通过CC线上电压的模拟信号来实现的。本质上，信号源会更改Rp上拉电阻的值，以将CC线的电压设置在特定范围内。

在USB-C上使用USB2.0设计

通过现有USB2.0设计支持Type-C既简单又便宜（连接器除外）。基本上，您将DP引脚连接在一起，将DM引脚连接在一起，然后在每个CC引脚上添加一个下拉电阻。这款新的Type-C设备将识别为数据和电源，使用默认的USB2.0电源500 mA，并且可以在插头的任何一个方向上工作。

USB-C连接器的选用

市场上有很多种USB-C连接器，大同小异，以下是选用连接器需要考虑的一些要点：

USB2.0 vs USB3.0 vs USB3.1- 通常，Type-C连接器为最大额定传输速率而设计。USB3.1在DP/DM引脚上最高支持10Gbps、USB3.0可以达到5Gbps、USB2.0可以达到480 Mbps。因此USB2.0可能不需要非常好的屏蔽。

直角与垂直安装

双SMT或混合-某些连接器具有两行、每行12个SMT焊盘。混合连接器具有外排SMT焊盘和内排通孔销。注意，通孔引脚通常设计用于0.6-1.0 mm厚的PCB。

电流和电压额定值-依靠USB连接器支持所需电流和电压的日子已经一去不复返了。如果您需要大于3.0安培或5.0伏的电压，请仔细查看电流和电压额定值。

改文章中还列出了两篇值得阅读的技术文章：

Microchip的应用笔记AN1953 - USB Type-C介绍：http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/00001953A.pdf

Synopsys - 将现有的USB设计转到Type-C上：https://www.synopsys.com/designware-ip/newsletters/technical-bulletin/converting-existing-designs.html

KiCad中USB-C的原理图符号