一文详解Type C-CC引脚的作用

关于USB CC引脚的功能,想必很多人都很好奇。USB经常接触,其内部的VBUS D+与D-大家肯定都知道了解,但对于CC引脚的存在却很少有人知道其作用。所以呢,今日,小白就来简单的介绍一下其功能。

首先还是要先介绍几个关键名词:
DFP(Downstream Facing Port)下行端口,可以理解为Host,DFP提供VBUS,可以提供数据。在协议规范中DFP特指数据的下行传输,笼统意义上指的是数据下行和对外提供电源的设备。典型的DFP设备是电源适配器。只能做Source。

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。只能做sink端。

DRP (DualRolePort):双角色端口,DRP既可以做DFP(Host),也可以做UFP(Device),也可以在DFP与UFP间动态切换。典型的DRP设备是笔记本电脑,手机。

1. 插入检测

在DFP与UFP未连接之前,VBUS是没有输出的。当DFP与UFP连接后,CC pin连接。DFP上的CC pin会检测到来自UFP的下拉。此时代表了DFP与UFP连接成功。随后,DFP会打开VBUS上的FET,输出VBUS给UFP。
一文详解Type C-CC引脚的作用_第1张图片

2. 识别正反插

以大家接触最多的手机为例。手机属于DRP,既可以做DFP,又可以做UFP。手机因CC logic的存在,当未连接Type C时, CC引脚是不断的循环被上拉与下拉的。此时如果用示波器测量机器的CC Pin的信号其实是方波。

当手机充电时
针对手机而言, 作为UFP时,内部的CC引脚直接通过Rd为下拉至地。
充电器,作为DFP,内部的两个CC引脚是被上拉到VBUS。
当充电器与手机连接,因手机内部CC引脚的下拉进而导致充电器的CC1 Pin被拉低时,此时代表UFP是向上插入。反之,如果充电器检测到CC2 pin被下拉时,则UFP就是向下插入。
一文详解Type C-CC引脚的作用_第2张图片左侧为DFP 右侧为UFP

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图示CC1被拉低 代表正向插入

3.了解VBUS配置方式:电流模式与USB PD

下表展示了每个USB标准所能提供的供电能力。纯type C端口可提供5V/3A的供电能力。如果配合PD协议,供电能力可以达到更高(USB pd协议通过CC引脚通信)。
一文详解Type C-CC引脚的作用_第4张图片
Type c 存在1.5A与3A两种电流模式。其主要取决于DFP的输出能力。DFP通过CC引脚上的电压告知UFP供电能力。UFP的下拉电阻始终为5.1K保持不变,而DFP可通过其CC上的上拉电阻Rp或者电流源Ip来产生电压。
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Type-C spec定义了DFP在不同模式下,在CC pin要供多大的电流或是要用多大的上拉电阻Rp阻值。
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对于UFP而言,其主要是通过CC pin上的电压来得知DFP的输出能力。例如当5V/3A时,DFP会在CC上传递330uA的电流。在UFP上可得到电压330uA5.1K=1.683V。
亦或通过DFP上的上拉电阻10K计算出UFP上CC pin的电压5V
5.1K/(5.1K+10K)=1.688V。一样可以判断DFP为Vrd/3.0A。
一文详解Type C-CC引脚的作用_第7张图片

4. 侦测连接到设备的端口类型

文章最开始说过DFP为HOST端,UFP为DEVICE端。DFP端的CC pin上存在上拉电阻Rp,UFP端的CC pin上存在下拉电阻Rd。在DFP与UFP未连接时,DFP上的VBUS是断开的,只有当DFP与UFP连接时,DFP便会打开FET,供电给UFP。

DFP可根据CC1与CC2的负载状态(如下图),来判断它是否接到了debug or Audio accessory装置。
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5. 配置VCONN

从下图可以看到插座的A5与B5分别存在的是CC1与CC2。与之相对应的插头在A5与B5存在的是CC与Vconn。
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CC Pin有CC1与CC2。当其中一个Pin被用来做DFP与UFP之间的连接。另一个Pin则用来供Vconn。当Cable内将另一个CC pin接一个下拉电阻Ra,这表示这是一条主动式Cable,需要被供电的。DFP侦测到Ra,便会输出VCONN在CC pin,供电给Cable(内部含有emark芯片)。Ra的阻抗是定义为800ohm 1200ohm。这个CC引脚将切换至VCONN对外输出4.755.5V,功率最大1W。
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6. 在两个端口间协商建立DFP和UFP身份

Type-C除了DFP与UFP,还有一种是DRP(双模式端口,前面提过手机就是DRP),可以以一定的间隔在DFP与UFP间来回切换。当DRP端口与DFP设备相连,DRP则切换为UFP设备;同样地也可以切换为DFP设备。当两个DRP设备连接时,DFP与UFP身份是随机的。
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此为某手机内部CC Logic芯片的内部框架图,可以看到CC Pin内部有个开关在RP与RD切换。
一文详解Type C-CC引脚的作用_第12张图片
DRP未接入任何设备时,开关来回切换,CC1与CC2波形如上图所示。当有设备接入后,根据设备的不同,开关会固定在一端,此时DRP只能是一种模式,为UFP或者DFP。

7. 配置使用其他外设模式

Type-C规范定义了替代(Alt)模式与外设(Accessory)模式。主机、设备与线缆可以发送格式化的厂商自定义信息(VDM)来交换信息和发现USB ID。当主机通过VDM与设备交换信息后进入 Alt 模式,Type-C接口中的引脚定义将会改变以支持PCIe或者DisplayPort。下面的例子是一个Type-C扩展坞,它使用MUX切换PCIe或USB 3.1信号通至Type-C端口。
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当CC1和CC2引脚同时使用Ra下拉时,主机将把设备识别成音频设备,然后从USB信号切换至音频信号。
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从图中也可以同时看出来,接入音频设备时,Dp接入耳机的右声道,Dn接入耳机的左声道。SBU则连接至MIC。
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