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USB Type-C是如何終結(jié)USB缺陷的?

發(fā)布時(shí)間:2015-03-23 責(zé)任編輯:sherry

【導(dǎo)讀】USB Type-C終結(jié)了長期以來USB插來插去的缺陷,節(jié)省了人們大量的時(shí)間,換一次方向至少2s吧,按全球10億人每天插拔一次USB,50%概率插錯(cuò),共耗時(shí)277000多小時(shí),約為31年,太恐怖了。一個(gè)接口搞定了音視頻數(shù)據(jù)三種,體積還算小。
 
USB Type-C終結(jié)了長期以來USB插來插去的缺陷,節(jié)省了人們大量的時(shí)間,換一次方向至少2s吧,按全球10億人每天插拔一次USB,50%概率插錯(cuò),共耗時(shí)277000多小時(shí),約為31年,太恐怖了。一個(gè)接口搞定了音視頻數(shù)據(jù)三種,體積還算小??梢灶A(yù)見,以后安卓機(jī)可以改為USB Type-C接口了,如果只需要USB2.0的話,只需要重做線纜,不用芯片,成本上完全可以忽略不計(jì)。至于Thunderbolt,lightning,該怎樣還是怎樣吧。百花齊放才是五彩的世界。
 
自從Apple發(fā)布了新MacBook,就一堆人在說USB Type-C。我來從硬件角度解析下這個(gè)USB Type-C,順便解惑。尺寸小,支持正反插,速度快(10Gb)。這個(gè)小是針對(duì)以前電腦上的USB接口說的,實(shí)際相對(duì)android機(jī)上的microUSB還大了點(diǎn):
 
特色
 
USB Type-C:8.3mmx2.5mm
 
microUSB:7.4mmx2.35mm
 
而lightning:7.5mmx2.5mm
 
所以,從尺寸上我看不到USB Type-C在手持設(shè)備上的優(yōu)勢。而速度,只能看視頻傳輸是否需要了。

引腳定義
 引腳定義
可以看到,數(shù)據(jù)傳輸主要有TX/RX兩組差分信號(hào),CC1和CC2是兩個(gè)關(guān)鍵引腳,作用很多:
 
探測連接,區(qū)分正反面,區(qū)分DFP和UFP,也就是主從
 
配置Vbus,有USB Type-C和USB Power Delivery兩種模式
 
配置Vconn,當(dāng)線纜里有芯片的時(shí)候,一個(gè)cc傳輸信號(hào),一個(gè)cc變成供電Vconn
 
配置其他模式,如接音頻配件時(shí),dp,pcie時(shí)
 
電源和地都有4個(gè),這就是為什么可以支持到100W的原因。
USB
不要看著USB Type-C好像能支持最高20V/5A,實(shí)際上這需要USB PD,而支持USB PD需要額外的pd芯片,所以不要以為是USB Type-C接口就可以支持到20V/5A。
 
當(dāng)然,以后應(yīng)該會(huì)出現(xiàn)集成到一起的芯片。
 
輔助信號(hào)sub1和sub2(Side band use),在特定的一些傳輸模式時(shí)才用。
 
d+和d-是來兼容USB之前的標(biāo)準(zhǔn)的。
 
這里說一下,USB3.0只有一組RX/TX,速度是5Gb,USB Type-C為了保證正反都可以插就用了兩組,但實(shí)際上數(shù)據(jù)傳輸還是只用了一組RX/TX,速度就已經(jīng)達(dá)到10Gb了。如果后面升級(jí)協(xié)議,兩組都傳的話就和DisplayPort一樣20Gb了。
 
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工作流程
USB
上圖DFP (Downstream Facing Port)也就是主, UFP (Upstream Facing Port) 為從。除了DFP、UFP,還有個(gè)DRP (Dual Role port),DRP可以做DFP也可以做UFP。當(dāng)DPR接到UFP,DRP轉(zhuǎn)化為DFP。當(dāng)DRP接到DFP,DRP轉(zhuǎn)化為UFP。兩個(gè)DRP接在一起,這時(shí)就是任意一方為DFP,另一方為UFP。
在DFP的CC pin有上拉電阻Rp,在UFP有下拉電阻Rd。未連接時(shí),DFP的VBUS是無輸出的。連接后,CC pin相連,DFP的CC pin會(huì)檢測到UFP的下拉電阻Rd,說明連接上了,DFP就打開Vbus電源開關(guān),輸出電源給UFP。 而哪個(gè)CC pin(CC1,CC2)檢測到下拉電阻就確定接口插入的方向,順便切換RX/TX。
 
電阻Rd=5.1k,電阻Rp為不確定的值,根據(jù)前面的圖看到USB Type-C有幾種供電模式,靠什么來甄別?就靠Rp的值,Rp的值不一樣,CC pin檢測到的電壓就不一樣,然后來控制DFP端執(zhí)行哪種供電模式。
 
需要注意的是,上圖里畫了兩個(gè)CC,實(shí)際上在不含芯片的線纜里只有一根cc線。
 
含芯片的線纜也不是兩根cc線,而是一根cc,一根Vconn,用來給線纜里的芯片供電(3.3V或5V),這時(shí)就cc端沒有下拉電阻Rd,而是下拉電阻Ra,800-1200歐。
USB
當(dāng)CC pin兩個(gè)都接了下拉電阻<=Ra,DFP進(jìn)入音頻配件模式,左右聲道,mic都俱全,如上圖。
 
USB Type-C和DisplayPort,PCIE
 
USB PD是BMC編碼的信號(hào),而之前的USB則是FSK,所以存在不兼容,不知道目前市面上有沒有能轉(zhuǎn)換的產(chǎn)品。
 
USB PD是在CC pin上傳輸,PD有個(gè)VDM (Vendor defined message)功能,定義了裝置端ID,讀到支持DP或PCIe的裝置,DFP就進(jìn)入替代(alternate)模式。
 
如果DFP認(rèn)到device為DP,便切換MUX/Configuration Switch,讓Type-C USB3.1信號(hào)腳改為傳輸DP信號(hào)。AUX輔助由Type-C的SBU1,SUB2來傳。HPD是檢測腳,和CC差不多,所以共用。
 
而 DP有l(wèi)ane0-3四組差分信號(hào), Type-C有RX/TX1-2也是四組差分信號(hào),所以完全替代沒問題。而且在DP協(xié)議里的替代模式,可以USB信號(hào)和DP信號(hào)同時(shí)傳輸,RX/TX1傳輸U(kuò)SB數(shù)據(jù),RX/TX2替換為lane0,1兩組數(shù)據(jù)傳輸,此時(shí)可支持到4k。
 
如果DFP認(rèn)到device為DP,便切換MUX/Configuration Switch,讓Type-C USB3.1信號(hào)腳改為傳輸PCIe信號(hào)。同樣的,PCIe使用RX/TX2和SBU1,SUB2來傳輸數(shù)據(jù),RX/TX1傳輸U(kuò)SB數(shù)據(jù)。
 
這樣的好處就是一個(gè)接口同時(shí)使用兩種設(shè)備,當(dāng)然了,轉(zhuǎn)換線就可以做到,不用任何芯片。

總結(jié)
 
USB Type-C終結(jié)了長期以來USB插來插去的缺陷,節(jié)省了人們大量的時(shí)間,換一次方向至少2s吧,按全球10億人每天插拔一次USB,50%概率插錯(cuò),共耗時(shí)277000多小時(shí),約為31年,太恐怖了。一個(gè)接口搞定了音視頻數(shù)據(jù)三種,體積還算小。可以預(yù)見,以后安卓機(jī)可以改為USB Type-C接口了,如果只需要USB2.0的話,只需要重做線纜,不用芯片,成本上完全可以忽略不計(jì)。至于Thunderbolt,lightning,該怎樣還是怎樣吧。百花齊放才是五彩的世界。
 
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