硬件电路设计之TPYE-C电路设计

1 简介

USB的发展历史比较悠久，现在我们常见的USB的接口有USB-A、USB-B、USB-C。

• USB-A ：常用在电脑鼠标、电脑键盘、U盘、移动硬盘等，USB接口可以分为USB2.0和USB3.0。
• USB-B ：常用在大型设备中，最为常见的打印机设备、数据存储和采集、视频传输、游戏硬件接口设备。这种接口的最大特点是坚固耐用，一般情况下，显示器外接Type-A的接口，另外乙酸用Type-B最为合适。
• USB-C ：目前应用最多、最广泛的接口为Type-C接口，常见于手机、平板等。

2 TPYE-C连接器

TYPE-C的尺寸为8.3mm x 2.5mm，且可以支持正反插。公头和母头的引脚信息分别如下：

引脚的PIN序见下：

引脚	名称	引脚	名称
A1	GND	B12	GND
A2	SSTXP1	B11	SSRXP1
A3	SSTXN1	B10	SSRXN1
A4	VBUS	B9	VBUS
A5	CC1	B8	SBU2
A6	DP1	B7	DN2
A7	DN1	B6	DP2
A8	SBU1	B5	CC2
A9	VBUS	B4	VBUS
A10	SSRXN2	B3	SSTXN2
A11	SSRXP2	B2	SSTXP2
A12	GND	B1	GND

TYPE-C有四组高速差分信号USB3.0，其PIN脚分别为A2、A3、B2、B3、A10、A11、B10、B11。其中A2、A3和A10、A11构成一组USB3.0信号；B2、B3和B10、B11构成一组USB3.0信号。由于TYPE-C支持正反插，所以会存在两组USB3.0差分信号。

TYPE-C有两组低速差分信号USB2.0，其PIN脚分别为A6、B6、A7、B7。其中A6、A7构成一组低速差分信号,B6、B7构成一组低速差分信号。

SBU1、SBU2是辅助信号；VBus、Vconn、GND是电源引脚。CC1、CC2是配置引脚，负责热拔插检测，供电协议信息传输。

3 CC引脚详解

3.1 CC引脚说明

TYPE-C有两个CC引脚，连接器端有两个CC引脚，但是插头或者线缆通常只有一个CC引脚。所以，两个TYPE-C连接器互联之后，只存在一个CC引脚连接。通过判断连接的为CC1还是CC2，可以判断连接的方向以及识别不同的插入设备。另外，CC引脚还可以作为VCONN供电。

• DFP ——Downstream Facing Port，也就是 Host。
• UFP ——Upstream Facing Port，也就是 Device。
• DRP ——Dual Role port，既能支持供电/DFP 又能支持耗电/UFP 的一种端口。

其中，DRP角色可以在DFP和UFP之间切换，如果两个DRP设备建立连接，那么其角色会随机分配角色。

3.2 建立连接过程

建立过程 ：SOURCE设备的CC引脚上拉至VCC，而SINK设备的CC引脚下拉至GND。建立连接后，会检测线材的供电能力。

• SOURCE设备

1. SOURCE设备的电源使用MOS管进行控制，MOS管的默认为断开的状态；
2. SOURCE设备的CC1和CC2都被上拉至VCC，当有SOINK接入时，CC1和CC2的电平将被拉低，且上拉电阻值可以检测SOURCE设备能提供的最大功率。
3. SOURCE设备根据识别CC1被拉低或者CC2被拉低，判定连接器的插入方向，同时将另外的CC引脚作为VCONN；
4. SOURCE设备开始向SINK设备供电；
5. SOURCE设备可以动态调整上拉电阻值，让SINK设备识别到最大可用电流。
6. SOURCE设备会始终检测CC1或者CC2被断开（其中之一是否被下拉），断开连接则SOURCE设备会停止供电；
7. SOURCE设备还支持数据通信。

• SINK设备

1. SINK设备的CC1和CC2引脚均下拉至GND；
2. SINK设备通过检测CC1或者CC2是否被上拉来判断是否有SOURCE设备连接；
3. 通过检测连接的CC1还是CC2来识别插入的方向；
4. SINK设备通过检测SOURCE设备上拉电阻值来判定其供电的能力；
5. CC引脚支持数据通信。

• DRP设备

1. 当对端接入SOURCE设备或者SINK设备时，DRP设备控制MOS管导通于关断实现VBUS开启与关闭；
2. 通过Switch可以实现DPF设备在SOURCE设备和SINK设备之间切换；
3. DRP有一套机制去决定自身是SINK或者是Source，去建立两者间彼此的角色。主要有下三种情形：

• 随机为SOURCE设备或者SINK设备
• 偏向于SOURCE设备，询问对方是否可为SINK设备；
• 偏向于SINK设备，询问对方是否可为SOURCE设备。

4 硬件电路实战

• 信号描述

该部分主要包含了两组USB3.0信号、一组USB2.0信号（正反插共用一组USB2.0信号）、供电引脚控制以及静电防护（注意TVS管的结电容）。

• CC控制

CC引脚通常使用专用的芯片去控制，此处使用的芯片是FUSB302BMPX。