关于USB3.0协议对于Type-c接口的规范

什么是USB3.0？

USB 3.0是一种USB规范，是由英特尔、惠普、NEC、NXP半导体以及德州仪器（Texas Instruments）等公司共同开发的。由USB-IF于2008年11月发布。与USB2.0接口规范不同，USB3.0接口增加了两对SuperSpeed传输数据差分信号线，可以实现数据的双向传输----全双工双向高速串行数据传输，支持异步传输模式。

USB3.0有什么特点呢？

先看一张图片：

上文介绍过，Type-c接口是应运USB3.0协议而产生的。

下面总结一下特点：

1.传输速率：

USB3.0接口的传输速率大约是3.2Gbps（即320MB/S)。理论上的最高速率是5.0Gbps（即500MB/S），新的USB3.1最高速率支持到10Gbps。相较于USB2.0最高的传输速率480Mbps有质的提升！

2.数据传输：

USB3.0 接口引入全双工数据传输，既TX和RX，4根线路中2根用来发送数据（TX），另2根用来接收数据（RX）。也就是说，USB 3.0可以同步全速地进行读写操作，以前的USB版本并不支持全双工数据传输。

3.向下兼容：

USB3.0向下兼容USB2.0，以及USB1.1等接口，在接口上保留USB2.0，USB1.1等使用的D-，D+信号PIN。

4.电源传输能力：

USB 3.0标准要求USB3.0接口供电能力为1A，而USB 2.0（即Micro-usb）为0.5A。如下对比一下USB每个协议的电源能力：

USB 2.0规定每个端口最大驱动电流500mA

USB 3.0规定每个端口最大驱动电流900mA

USB 3.1规定每个端口最大驱动电流3A，并提供最大20V/5A（100W）的输出能力。

5.支持正反插：

USB3.0规定了Type-c接口有24个pin，并且处于中心对称，因此支持正反插。

知道了Type-c的定义与特点以后，USB3.0提出了Type-c接口的三种工作模式，那是哪三种模式呢？

Type-c三种工作模式：

DFP模式：

英文全称Downstream Facing Port，也就是Host模式，DFP提供VBUS，可以提供数据。在协议规范中DFP特指数据的下行传输，笼统意义上指的是数据下行和对外提供电源的设备。典型的DFP设备是电源适配器。

DFP的CC pin有上拉电阻Rp，在UFP上有下拉电阻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。

对于电阻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，靠什么来识别？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。如下图所示：

对于Rp,Rd,Ra的阻值情况如下图所示：

Rp阻值：

Rd阻值：

Ra阻值：

介绍了Rp，Rd以及Ra阻值以后，接下来解说DFP工作模式，如下图：

下面解释一下DFP的工作流程：

1.Source端使用一个MOSFET去控制电源，初始状态下，FET为关闭状态。

2.Source端CC1/CC2均上拉至高电平，同时检测是否有Sink插入，当检测到有Rd下拉电阻时，说明Sink被检测到，其中Rp的阻值表明Host能够提供的功率水平。

3.Source端根据Cable中哪一个CC引脚为Rd下拉，去翻转USB的数据链路，同时决定另外一个CC引脚为VCONN，在此之后，Source打开VBUS，同时VCONN供电。

4.Source可以动态调整Rp的值，去表示给Sink的电流发送变化，告知SINK最大可以使用的电流，同时Source会持续检测Rd的存在，一旦连接断开，电源将会被关闭。

另外，如果Source支持高级功能（PD或者Alternate Mode），将通过CC引脚进行通信。

需要注意的是，上面图示里画了两个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。

UFP模式：

英文全称Upstream Facing Port，俗称上行端口，可以理解为Device，UFP从VBUS中取电，并可提供数据，典型设备是U盘，移动硬盘。

接下来同样解说一下UFP的工作流程：

1.SINK的两个CC引脚均通道Rd下拉到GND；

2.SINK通过检测VBUS，来判断Source的连接与否；

3.SINK通过CC引脚上拉的特性，来检测目前的USB通信链路（翻转）；

4.SINK可通过Rd去检测Rp的值，去判断Source可提供的电流，同时管理自身的功耗，保证不超过Source提供的最大范围；

另外，同样的，如果支持高级功能，比如PD充电，通过CC引脚进行通信。

DRP模式：

英文全称Dual Role Port，俗称双角色端口，DRP既可以做DFP(Host)，也可以做UFP(Device)，也可以在DFP与UFP间动态切换。典型的DRP设备是笔记本电脑。

上面已经解说了DFP与UFP模式，这里简单说明一下DRP模式工作流程：

1.当作为Source存在的时候，DRP使用MOSFET控制VBUS供电与否；；

2.DRP使用Switch去切换自身身份作为Source，或者是SINK；

3.DRP存在一套机制，分三种情况，去决定自身是SINK或者是Source，去建立两者间彼此的角色。

上面解说了Type-c的三种工作模式，接下来再说明DRP的几个特点：

1.不使用PD SWAP，随机变成Source/SINK中的任意一个，CC脚波形为方波：

2.Try Source/Sink功能：自身倾向于作为Source，执行Try.SRC，问对面能不能做SINK，我做Source;与之相反，自身倾向作为SINK，执行Try.SNK，你做Source，我做Source。

另外，当然还存在Source&Source，SINK&SINK这种两种模式时，唯一的结果就是一直停留在Unattached.SNK/Unattached.SRC，无法匹配成功，Try Source/Sink功能都是1/2概率！

介绍完了Type-c的工作模式，这里我们总结一下CC PIN作用：

a）检测USB Type-C端口的插入，如Source接入到Sink；

b）用于判断插入方向，翻转数据链路；

c）在两个连接的Port之间，建立对应的Data Role；

d）配置VBUS，通过上下拉电阻判断规格，在PD协商中使用，为半双工模式；

e）配置VCONN；

f）检测还有配置其他可选的配置模式，如耳机或者其他模式；

对于Type-c接口，USB3.0还规范了其他内容：

Display Port Alternate Mode

系统会通过USB PD协议中VDMs的信息通信（CC引脚通信），去告知支持Display Port模式。在这个模式当中，USB SuperSpeed 信号允许部分传输USB，部分传输DP信号。

Audio Adapter Accessory Mode

如下图，为3.5mm音频输入口转Type-C端口，USB2.0链路被用来传输模拟音频信号，若带MIC，MIC信号则连接在SBU引脚上，在这个模式当中，电源可以提供到500mA电流。

Host 端如何识别到音频模式呢？把CC引脚和VCONN连接，并且下拉电阻小于Ra/2(则小于400ohm)，或者分别对地，下拉电阻小于Ra(小于800ohm)，则Host会识别为音频模式。