Qual é a definição de pino da interface Tipo C

A especificação de interface mais recente introduzida após o Tipo B. Diferente da interface USB tradicional, o Tipo C adota um design simétrico, que não precisa distinguir a direção do plugue, evitando a operação tediosa de usuários conectando nas direções certas e erradas. Além disso, o USB Tipo C suporta o protocolo USB PD (Power Delivery), que aumenta a potência de carregamento do máximo tradicional de 7,5 W (5 V 1,5 A) para um máximo de 100 W (20 V 5 A). A especificação USB PD3.1 mais recente melhora ainda mais a potência de carregamento do Tipo C, com uma potência máxima de até 240 W (28 V 5 A).

Para dispositivos USB Tipo A ou Tipo B tradicionais, a interface de fornecimento de energia (Fonte) e a interface de recebimento de energia (Dissipador) já estão padronizadas na definição da interface, então não há necessidade de se preocupar com conexão reversa ou errada. Para dispositivos com interfaces Tipo C, como não há tais diferenças, os usuários não podem saber o tipo de interface, então o próprio controlador Tipo C precisa concluí-la. Então, como as interfaces Tipo C se reconhecem e fornecem a lógica correta de fornecimento de energia?

Definição de pinos da interface Tipo C

A interface Tipo C é dividida em cabeça fêmea (Receptáculo) e cabeça macho (Plug). Os pinos Tipo C completos são 24, e as definições de cada pino são as seguintes:

1. VBUS: Um total de quatro canais, pinos de tensão BUS para alimentação entre os dispositivos, independentemente de serem inseridos para frente ou para trás, esses quatro pinos fornecerão alimentação

2. GND: Um total de quatro canais, circuitos de alimentação entre os dispositivos, independentemente de serem inseridos para frente ou para trás, esses quatro pinos fornecerão circuitos de alimentação

3. TX+/TX- e RX+/RX-: Um total de quatro pares, para sinais de alta velocidade USB3.0

4. D+/D-: Um total de dois pares, para sinais USB2.0. No conector fêmea, esses dois pares entrarão em curto-circuito em um par

5. CC/VCONN: O pino CC é um pino de configuração usado para detectar a conexão do dispositivo e a direção de conexão para frente e para trás, e também é a linha para comunicação USB PD; VCONN é um pino que é obliquamente simétrico ao pino CC. Quando um pino é confirmado como CC, o outro é definido como VCONN, que é usado para alimentar o cabo eMark

6. SBU1/SBU2: Pinos multiplexados, como fornecer SBTX e SBRX adicionais para USB4

O conector fêmea tem 24 pinos com simetria oblíqua nos pinos superior e inferior para atender às necessidades de conexão direta e reversa do usuário; o conector macho tem 22 pinos. Como há apenas um par de D+/D- na especificação USB2.0, apenas um par de pinos D+/D- é retido no conector macho.

Claro, no design real do produto, os engenheiros reduzirão apropriadamente o número de pinos de acordo com a definição do produto para economizar custos. Por exemplo, para produtos que fornecem apenas carregamento, como adaptadores de energia, tais produtos não requerem comunicação de dados de alta velocidade de USB3.0, então apenas os pinos CC, VBUS, GND e D+/D- são retidos.

Em termos de fornecimento de energia, os dispositivos Tipo C podem ser divididos em três categorias

1. Dispositivos Tipo C que só podem ser usados ​​como fonte de alimentação (Fonte), como carregadores Tipo C, etc.

2. Dispositivos Tipo C que só podem ser usados ​​como receptores de energia (Sink), como celulares Tipo C, etc.

3. Dispositivos Tipo C (DRP, Dual RolePort) que podem ser usados ​​como fonte de alimentação (Source) e receptor de energia (Sink), como notebooks Tipo C, bancos de energia bidirecionais, etc.

Obviamente, quando dois dispositivos Tipo C são conectados por meio de cabos C2C, ambas as partes devem saber a que tipo de dispositivo a outra parte pertence, caso contrário, isso levará a um carregamento insatisfatório (como carregamento reverso) ou nenhum carregamento, e até mesmo causará problemas de segurança.

Por exemplo, quando um usuário usa um carregador (Source) para carregar um power bank bidirecional Tipo C (DRP), idealmente, o power bank deve "servir" como um Sink. No entanto, devido à identificação incorreta do tipo de dispositivo, o power bank pode "servir" como uma Source e causar "refluxo de corrente", danificando ambos os dispositivos.

A especificação de interface Tipo-C distingue entre Source, Sink e DRP por meio de uma série de mecanismos "pull-up" e "pull-down" no pino CC. Para dispositivos Source, o pino CC precisa ser configurado com um resistor pull-up Rp; para dispositivos Sink, o pino CC precisa ser configurado com um resistor pull-down Rd; e para dispositivos DRP, o pull-up e o pull-down são alternadamente comutados por interruptores de comutação.

A fonte determina se um dispositivo está conectado detectando o pino CC na extremidade Rp, e o coletor determina a direção da inserção direta e reversa detectando o pino CC na extremidade Rd.

O resistor pull-down Rd=5.1k e o resistor pull-up Rp são definidos de acordo com sua capacidade de fornecimento de energia e tensão pull-up. A capacidade de fornecimento de energia do USB Tipo-C é a seguinte:

1. Capacidade de alimentação USB padrão (alimentação USB padrão). A interface USB2.0 é 500mA; a interface USB3.2 é 900mA e 1500mA

2. Protocolo BC1.2 (BatteryCharge 1.2). Suporta uma potência máxima de 7,5 W, ou seja, 5 V1,5 A

3. USB Tipo C Corrente 1,5A, suporta uma potência máxima de 7,5W, ou seja, 5V1,5A

4. USB Tipo C Corrente 3A, suporta uma potência máxima de 15W, ou seja, 5V3A

5. Protocolo USB PD (USB Power Delivery), suporta uma potência máxima de 100W, ou seja, 20V5A

As prioridades dessas cinco capacidades de fornecimento de energia aumentam em sequência, e a potência do fornecimento de energia também aumenta gradualmente. A capacidade de fornecimento de energia com alta prioridade substituirá a capacidade de fornecimento de energia com baixa prioridade. Entre elas, Default USB Power, USB Type-C Current 1.5A e USB Type-C Current 3A podem ser definidas configurando o valor Rp.

Quando os dois dispositivos são conectados, o Sink obtém a capacidade de fornecimento de energia da Source detectando o valor do divisor de tensão vRd de Rp e Rd. A seguir está a relação correspondente entre o valor de Rp, a faixa de tensão vRd e a capacidade de fornecimento de energia da Source.

Ao mesmo tempo, o outro CC do dispositivo foi deixado flutuando ou puxado para baixo por Ra=1k. Se Ra for puxado para baixo, significa que o cabo USB-C tem um chip eMarker integrado, e a Fonte precisa alternar o pino para VCONN para alimentar o cabo.

Até agora, explicamos que os dispositivos usam "pull-up" ou "pull-down", ou alternam entre os dois, para determinar a Fonte, o Dissipador e o DRP, e definem e determinam a capacidade de fornecimento de energia da Fonte pelo valor de resistência Rp e valor de tensão vRd. No entanto, como esse processo é implementado? Como o Tipo-C evita o carregamento reverso ou o carregamento incorreto?