USB Type-C spec

1、定义

本规范定义了 USB Type-C 的 receptacles、plug、cables，即插座、插头、电缆。

USB Type-C 是一种 USB 接口外形标准，拥有比 Type-A 及 Type-B 均小的体积，支持正反插。

USB Type-C 有更多的 PIN 脚，传统的 USB Type-A 只有五个 PIN 脚。

USB Type-C 要注意的是，插座和插头的 CC pin、D+/D- 数量不一样，另外，插头的 B5 是 Vconn

CC：Configuration Channel

拆分后的 PIN 脚功能图如下

typec 主要的新增 PIN 脚

2、CC PIN

Type-C 增加了 CC1/CC2 和 SBU1/SBU2，CC1/CC2 在 USB Type-C 的各种模式 Normal，PD，ALT，Accessory 中都发挥相当重要的作用；而 SBU，主要是为 USB 4.0 设计，并且在 ALT、Accessory 模式也有其作用。

CC 主要有以下功能：

  1. 检测 USB 端口的连接，例如 a Source to a Sink
  2. 识别电缆方向
  3. 在两个连接的端口之间建立数据角色
  4. 发现和配置 VBUS，USB Type-C Current modes or USB Power Delivery
  5. 配置 Vconn
  6. 发现和配置其他 Alternate and Accessory modes

3、 Data Role、Power Role

Type-C 的 Data Role

在 USB2.0 端口，USB 根据数据传输的方向定义了 HOST/Device/OTG 三种角色，其中 OTG 即可作为 HOST，也可作为 Device。在 Type-C 中，也有类似的定义，只是名字有了些许修改。如下所示：

（1）DFP（Downstream Facing Port）

下行端口，可以理解为 Host 或者是 HUB。DFP 提供 VBUS、VCONN，可以接收数据。

（2）UFP（Upstream Facing Port）

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。

（3）DRD（Dual Role Data）

双角色端口，DRD 既可以做 DFP 也可以做 UFP，也可以在 DFP 与 UFP 间动态切换。

Type-C 的 Power Role

根据 USB PORT 的供电（受电）情况，USB Type-C 将 port 划分为 Source、Sink 、DRP(Dual-Role-Power)

姓名 年龄
Sink Port asserting Rd on CC and when attached is consuming power from VBUs
Source Port asserting Rp on CC and when attached is providing power over VBus
DRP(Dual-Role-Power) A USB port that can operate as either a Source or a Sink

4、硬件原理图

5、Type-C Data Bus Routing

6、Type-C Attach/Detach Detection

Pull-Up Resistance (Rp)
   Power: Source,Provider
   Data: DFP，Host
   Vconn Source: for eMark IC
Pull-Down Resistance (Rd)
   Power: Sink, Consumer
   Data: UFP,Device
功能图详细说明

Source

initially the Source has VBUS disabled.

  1. The Source supplies pull-up resistors (Rp) on CC1 and CC2 and monitors both to detect a Sink. The presence of an Rd pull-down resistor on either pin indicates that a Sink is being attached. The value of Rp indicates the initial USB Type-C Current level supported by the host.
  2. The Source uses the CC pin pull-down characteristic to detect and establish the correct routing for the USB SuperSpeed data path and determine which CC pin is intended for supplying VCONN.
  3. Once a Sink is detected, the Source enables VBUS and VCONN.
  4. The Source can dynamically adjust the value of Rp to indicate a change in available USB Type-C Current to a Sink.
  5. The Source monitors the continued presence of Rd to detect Sink detach. When a detach event is detected, the Source removes, if supplied, VBUS and VCONN, and returns to step 1.
  6. If the Source supports advanced functions (USB Power Delivery and/or Alternate Modes), USB PD communication is required.

Sink

  1. The Sink terminates both CC1 and CC2 to GND using pull-down resistors.
  2. The Sink determines that a Source is attached by the presence of power on VBUS.
  3. The Sink uses the CC pin pull-up characteristic to detect and establish the correct routing for the USB SuperSpeed data path.
  4. The Sink can optionally monitor CC to detect an available higher USB Type-C Current from the Source. The Sink shall manage its load to stay within the detected Source current limit.
  5. If the Sink supports advanced functions (USB Power Delivery and/or Alternate Modes), USB PD communication is required.
  1. The Source supplies pull-up resistors (Rp) on CC1 and CC2
  2. The Sink supplies pull-down resistors (Rd) on CC1 and CC2
  3. After Source detect Rd on CC (Sink is detected), the Source enables VBUS

7、Timing Parameters

8、State Diagram

1. No TA/Device Connected、Detached or cable only
    HW-DRP toggling
    SW-idle
    
2.TA Connected stage1
    HW-detected Rp/Rd,expose as Sink/Source，alert SW cc-change
    SW-receive cc-change, waiting for tCCDebounce to make sure it's not a noise
    
3.TA Connected stage2
    HW-detected Vbus_valid alert SW ps_change
    SW-after tCCDebounce, check vbus; if valid alert system TA connected and start PD communication;

9、Type-C Cables

Emark Cables(带电子标签的线缆): 带 Emark IC 的 Cable，Emark IC 会宣导 Cable 的最大供电能力，最大传输速率，支持的 Alt Mode 等信息。

Active Cables (有源线缆): 包含数据总线信号调节电路的 Emark Cable (起到增强 USB 传输信号的作用)，PD 通讯过程中可以以 SOP’/SOP” 来和 cable 的两端通讯 (同一时间，Vconn 可以给两个 Emark IC 同时供电)

Passive Cables (无源线缆): 无数据总线信号调节电路的 Emark Cable，PD 通讯过程中 DFP 只能以 SOP’ 来通讯(同一时间，Vconn 只能给一颗 Emark 供电)

如下图，图一是 “一线双芯” 线缆，两端各有一颗 Emark IC。图二线缆则只有一颗 Emark IC。

  1. 最大电流 3A
  2. 支持超过 20V 电压
  3. 支持 USB3.2 & USB4

满足以上任意一个条件就必须要带 Emark IC

10、Vconn

  • 与主机建立连接之后，重新设定未与 CC 连接的 CC Pin 为 Vconn
  • Cable 中的 Ra (800-1200 欧姆) 指示这是一根带有 Emark IC 的 Cable(Emark IC 宣告这根 Cable 的能力，最大供电电流是否能超过 3A，是否支持 AIter Mode 等)
  • 吃 Vconn 电的设备有以下：
    • 1: Vconn-Powered Accessories(VPAS):在 Alternate Mode 下 VCONN 提供辅助电源功能
    • 2: Vconn-Powered USB Devices(VPDS):一个 USB 直连的设备，仅通过 Vconn/Vbus 供电
    • 3: Charge-Through Vconn-Powered USB Device (CTVPD):一个设备可以实现供 Vbus 给一个设备的同时，用 Vconn 再供一个设备
    • 4: Emark IC

11、Alternate Mode

USB PD 是在 CC pin 上传输，PD 有个 SVDM(Vendor defined message) 功能，定义了装置端 ID，读到支持 DP 或 PCle 的装置，DFP 就进入替代 (alternate) 模式

  1. USB 连接通过 CC 侦测到
  2. VBUS 引脚提供默认电源配置 5V@500mA
  3. VBUS 所需的额外 USB 电力传输可以进行协商，Battery Charge 1.2 (BC 1.2) 或 USB PD 都可以选择
  4. 使用结构化供应商定义报文 (SVDM) 需要 USB PD 来发送来协商 Alt Mode 握手

12、Connection State Diagram

Source

Sink

Sink with Accessory Support

DRP

DRP with Accessory and Try.SRC Support

DRP with Accessory and Try.SNK Support

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