TYPEC-CC逻辑芯片-E-MARK数据线-浅析

TYPEC浅析

从USB接口出现以来，相信很多人都遇到这一个问题——不论怎么熟悉你的电脑、USB接口位置，一般都没有一次就能找对方向插上，很大概率都要换各边重复插一次！对于个人来讲，特别是有点强迫症的工程师来说，真的难以接受这个事实！所以硬件工程师的位置上宁愿有很多的线缆或者USB-HUB，不为别的，就为了电脑一开机只要连一个HUB线，其它的USB数据线、U盘、USB设备等等，都统一接上，不需要再逐个去连接，不然一个个连（而且又不能一下插上的话），真的很浪费时间（而且很不爽）！……额，说着说着就说多了。我们切回正题吧。

因最近做了个项目，虽说都是用的USB2.0（原来用的都是Micro USB/ Mini USB……接口），为了跟上时代的步伐，都上了TYPEC物理接口。原来的USB接口都只有最多5个信号VUBS/D-/D+/ID/GND，但是TYPEC竟然有N多的pin角，带着工程师应有的好奇心，要把这个整明白。早期有一篇DIY解刨TYPEC的线的文字<>有做了简单的介绍，当时也说了后需要发一篇关于TYPEC的解读文章，这里也是兑现下承诺吧。整理这篇文章真的是找了不少论坛资料，也看了不少大牛的文章才理解出来的，一些很牛X的技术，我也不多说了。（太深入和牛X的我也没研究过哈，担心说着说着大家都信了……）.

       这里我就总结下个人的几个问题点，然后按照问题答疑的方式给讲解下(基本定义姓百的大哥上面很多，这里我也汇总下，毕竟以后自己也可以看看，我希望这篇文章可以解决大部分新手的疑问！)：

1.TYPEC接口定义

TYPEC插头PLUG引脚定义（Front View）：

TYPEC母头RECEPTOR引脚定义（Front View）：

 

       前文提过二则最大区别在于PIN数是不一样的，从下表可以看出差异。因为TYPEC协议将最大支持到20W甚至更大的功率，所以其Vbus引脚和GND引脚也特别多。另外，因为TYPEC还要支持高速、DP等协议，所以也多了其它功能的引脚。特别是其中的CC引脚。USB Type-C接口包含的2个通道配置（Channel Configuration）信号引脚（CC1 & CC2），用于功能协商。上述信号确定接口插入方向，并用于协商接口上的供电功能、替代模式和外设模式。【后面详细说明下CC的疑问】

 

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通常用到的USB2.0的TYPEC线插头和Micro USB线插头的PIN对应关系

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CC引脚在DPF和UFP内部分别需要有上拉/下拉电阻，用来识别各自的功能。根据不同的上下拉电阻检测，可以确认负载信息。在DFP内部CC通过不同Rp上拉到电源。在UFP内部CC通过5.1K电阻下拉到GND。

下行DFP设备必须可以区分是下拉电阻Rd还是负载Ra接入来确认是否有上行UFP设备接入并判断是否需要给Vconn供电。DFP设备只有检测到Ra时，才给Vconn供电。全功能TYPEC线缆内部是有CC芯片的，需要通过CC2(Vconn)对其供电。设备在给Vconn供电前，电源线缆在Vconn引脚需要有个Ra电阻（Ra表示Vconn对地负载,应该是线缆内部本身接Ra，设备根据读取线缆上面的信息来判断线缆的属性）。在某些线缆上，这有可能是个纯粹的电阻，也有可能是简单的负载。

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***DFP直的是下行端口，可以认为是HOST设备、电源适配器这类。UFP可以认为是从设备DEVICE，U盘、受电设备等。***

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所以在文章<>中有解释说如果是单纯的将TYPEC-OTG线用在MICRO-OTG上是不行的，因为MICRO-OTG的ID引脚定义不同。所以要强制修改的话，需要将TYPEC-OTG内部的CC的下拉5.1K电阻，改为0R短路到GND，而且把这个信号对应到原先Micro的ID引脚信号上。下面是Micro-B Receptor转USB C plug的数转接线线信号图，可以参考一二。

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2.CC解读（Current Configuration）

刚刚开始接触TYPEC时，经常看到CC这个引脚功能。开始觉得CC是个单纯的信号、有时候又理解为CC应该是类似单总线功能有数据通讯、又或者有是串口功能……这些理解都有问题。经过一些了解后，初步汇总如下，希望对大家也有帮助。若有高手过目，也请指点一二。

CC实际有CC1和CC2。在插座上两个信号都有接。但是在插头上面一般只有CC1或者CC1&Vconn.设备通过CC1&CC2上的Rd/Ra来判断不同的功能，是否有负载接入、需要提供多达的电流、是否需要供电等信息。

在DFP的CC pin有上拉电阻Rp，在UFP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。

比如在全功能TYPEC接口情况下：

CC1&CC2都接下拉电阻Rd时，表示Debug accessory 模式；

CC1&CC2都接Ra时表示Audio Adapter Accessory Mode (虽然还不懂是啥。。。但是手册是这么解的….)；

CC1接Rd、CC2为NC时（或者反之），表示有负载接入；

CC1接Ra，CC2为NC时（或者反之），表示供电线缆接入，且没接负载（表示给Vconn供电，无需给VBUS供电）；

CC1接Rd、CC2接Ra时，表示有供电线缆接入，而且接着负载（给VBUS供电，同时CC2作为Vconn给线缆内部芯片供电5V，CC1传信号给UFP）；或者是UFP（上行端口，即从设备）接入（表示需要给VBUS供电）考虑

另外，对于需要广播电流输出能力的DFP而言，需要通过不同值的CC上拉电阻Rp来实现；对于UFP而言，需要检测CC管脚上的电压值来获取对方DFP的电流输出能力。

 

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在DFP的CC pin有上拉电阻Rp，在UFP有下拉电阻Rd。未连接时，DFP的VBUS是无输出的。（所以通常淘宝上面买到的TYPEC转Micro的头，其只有VCC/D+/D-/GND信号连接，CC是没连的。故将Micro转接头接在带有PD的TYPEC电源线上后，VBUS就无输出，Micro端VBUS没有供电）。

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根据标准下拉电阻为Rd=5.1k，上拉电阻Rp为不确定的值。USB Type-C靠Rp的不同，从而在 CC pin检测到的电压就不一样，来控制DFP供电模式。在TYPEC中两个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(5V)，这时就cc端没有下拉电阻Rd，而是下拉电阻Ra：800-1200Ω。

 

 

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CC1和CC2是两个关键引脚，作用很多：

1. 探测连接，区分正反面，区分DFP和UFP；
2. 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(5V)。这时就cc端没有下拉电阻Rd，而是下拉电阻Ra.（即当线缆里有芯片的时一个cc传输信号，一个cc变成Vconn供电）；
3. 支持PD的设备必须采用CC Logic芯片。USB Type-C目前支持最高20V/5A，此时必须要支持USB PD，即需要额外的PD芯片，所以不要以为是USB Type-C接口就可以支持到20V/5A。

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3.设备是否需要CC逻辑芯片

1. 所有全功能的Type-C电缆都应该封装有E-Marker：封装有E-Marker芯片的USB Type-C有源电缆，DFP和UFP利用PD协议可以读取该电缆的属性：电源传输能力，数据传输能力，ID等信息；但USB2.0 Type-C电缆可以不封装E-Marker。
2. 所有的DFP设备需要CC逻辑检测与控制芯片：DFP需要检测到CC管脚上有某个电压时，判断UFP设备已插入或拔出，来提供和管理VBUS。当没有UFP设备插入时，必须关闭VBUS。
3. USB3.0/USB3.1应用中，除UFP设备以外的所有设备都需要CC逻辑检测与控制芯片：在USB2.0应用中，无需考虑方向检测问题，但USB3.0或者USB3.1应用中，必须考虑方向检测问题（有一种情况例外，比如U盘，移动硬盘等可以不考虑方向，不用CC芯片。）。
4. 持PD的设备必须采用CC Logic芯片：对于UFP而言，需要检测CC管脚上的电压值来获取对方DFP的电流输出能力。USB PD看似只是电源传输与管理的协议，实际上它可改变端口角色，可与有源电缆通讯，允许DFP成为受电设备等诸多高级功能。
5. 所有全功能的Type-C电缆都应该封装有E-Marker，但USB2.0 Type-C电缆可以不封装E-Marker

 

综上，只有因为功耗较低而不需要检测电流能力的UFP(U盘，耳机，鼠标等)不需要CC逻辑检测端口控制芯片外，其余所有的DFP、DRP(如电脑，手机，平板，移动电源)、需要检测DFP电流输出能力的UFP、支持PD的设备，都需要CC逻辑检测与端口控制芯片。

 

 

4.CC逻辑芯片和E-Mark芯片

前文中有说道“持PD的设备必须采用CC Logic芯片”、“Electronically Marked Cable: 封装有E-Marker芯片的USB Type-C有源电缆”、“全功能的Type-C电缆封装有E-Marke”等信息，实际比较细心阅读的就可以看出所谓的CC逻辑芯片和E-MARK芯片是不同的：

CC逻辑芯片针对的还是设备端；

E-MARK针对的是线缆，而且规范中也经常提到“Electronically Marked Cable”其实就是我们所谓的e-mark芯片。E-MARK芯片技术自动识别电子产品所需的电压和电流。

 

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如果TYPE-C接口提供超过5V的电压，或者是超过3A的电流，那么一定需要TYPE-C接口芯片去实现USB PD协议。

      如果您的设备使用5V电压，并且不超过3A的电流。而且设备本身只往外供电，或者只接受对方供电，并且供电角色与数据传输角色为默认搭配(即供电方为HOST，用电方为Slave或者device)。那么不需要TYPE-C芯片。

      C-C传输线上是否需要用到E-MARK 芯片。这个判断标准是，使用过程中，电流是否会超过3A？如果不超过，则可以不需要。

若需要实现Battery Charging协议，这需要E-MARK芯片，这样既能够实现充电，又能够传输数据。

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5.雷电接口和Type C二者关系

Type C属于接口规格，雷电3则是指接口所支持的虚拟层面的协议，与Type C并不冲突。雷电带宽可达到40Gbps，相较USB 3.1的10Gbps差距高达4倍。雷电1和雷电2使用的接口形态是Mini DisplayPort口（Mini DP口），前两代雷电接口都有应用在苹果Mac系列电脑中.

在USB Type C推出之后，Intel就将雷电3的物理接口由以往的mini DP改为USB Type C,性能上也做了更大的提升。传输速度提升到了 40 Gbps. Intel将接口规格基于Type C物理层，并完全能够实现USB Type C的绝大多数功能。

所以雷电3同时支持USB3.1；但支持USB 3.1的Type C接口设备不一定支持雷电规范接口。也就是说USB Type-C不一定是雷电3，但是雷电3一定是USB Type-C接口，所有支持雷电3的接口旁都有一个雷电的“闪电”标志，方便区分。

 

 

6.准确识别Type-C的标示

Type-C类别不同的传输速率，支持不同的协议，标识也是不同的。

只带有USB标识：表示支持USB2.0，普通的速率480Mb/s；

带有USB标识，外加SS字样：表示支持USB3.1，速率5Gb/s；

带有USB标识，外加SS字样，右上角多了数字10：表示支持USB3.1，速率10Gb/s；

带有USB标识，外加SS字样，右上角多了数字10，右边增加D字样：表示支持USB3.1，速率10Gb/s，支持视频显示;

带有USB标识，且有一个黑色的背景：全部支持PD协议，其中5Gb/s的字体为白色，其余均与上文一致！详情参看以下图示。

 

7.参考文献：

1. “http://news.eeworld.com.cn/xfdz/2015/0323/article_40868.html”;
2. 《Type-C Specification》;
3. “https://blog.csdn.net/chenzhen1080/article/details/70183163”;
4. 《USB Type-C Specification Release 1.3.pdf》
5. “http://www.eepw.com.cn/article/284329.htm” ;
6. “”http://www.tronixin.com/showNews.asp?id=33;
7. “”http://www.chongdiantou.com/wp/archives/37294.html;  

 

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