TYPEC-CC邏輯晶片-E-MARK資料線-淺析

TYPEC淺析

從USB接口出現以來，相信很多人都遇到這一個問題——不論怎麼熟悉你的電腦、USB接口位置，一般都沒有一次就能找對方向插上，很大機率都要換各邊重複插一次！對于個人來講，特别是有點強迫症的工程師來說，真的難以接受這個事實！是以硬體工程師的位置上甯願有很多的線纜或者USB-HUB，不為别的，就為了電腦一開機隻要連一個HUB線，其它的USB資料線、U盤、USB裝置等等，都統一接上，不需要再逐個去連接配接，不然一個個連（而且又不能一下插上的話），真的很浪費時間（而且很不爽）！……額，說着說着就說多了。我們切回正題吧。

因最近做了個項目，雖說都是用的USB2.0（原來用的都是Micro USB/ Mini USB……接口），為了跟上時代的步伐，都上了TYPEC實體接口。原來的USB接口都隻有最多5個信号VUBS/D-/D+/ID/GND，但是TYPEC竟然有N多的pin角，帶着工程師應有的好奇心，要把這個整明白。早期有一篇DIY解刨TYPEC的線的文字<<TYPEC OTG與MICRO OTG線的差別>>有做了簡單的介紹，當時也說了後需要發一篇關于TYPEC的解讀文章，這裡也是兌現下承諾吧。整理這篇文章真的是找了不少論壇資料，也看了不少大牛的文章才了解出來的，一些很牛X的技術，我也不多說了。（太深入和牛X的我也沒研究過哈，擔心說着說着大家都信了……）.

       這裡我就總結下個人的幾個問題點，然後按照問題答疑的方式給講解下(基本定義姓百的大哥上面很多，這裡我也彙總下，畢竟以後自己也可以看看，我希望這篇文章可以解決大部分新手的疑問！)：

1.TYPEC接口定義

TYPEC插頭PLUG引腳定義（Front View）：

TYPEC母頭RECEPTOR引腳定義（Front View）：

       前文提過二則最大差別在于PIN數是不一樣的，從下表可以看出差異。因為TYPEC協定将最大支援到20W甚至更大的功率，是以其Vbus引腳和GND引腳也特别多。另外，因為TYPEC還要支援高速、DP等協定，是以也多了其它功能的引腳。特别是其中的CC引腳。USB Type-C接口包含的2個通道配置（Channel Configuration）信号引腳（CC1 & CC2），用于功能協商。上述信号确定接口插入方向，并用于協商接口上的供電功能、替代模式和外設模式。【後面詳細說明下CC的疑問】

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通常用到的USB2.0的TYPEC線插頭和Micro USB線插頭的PIN對應關系

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CC引腳在DPF和UFP内部分别需要有上拉/下拉電阻，用來識别各自的功能。根據不同的上下拉電阻檢測，可以确認負載資訊。在DFP内部CC通過不同Rp上拉到電源。在UFP内部CC通過5.1K電阻下拉到GND。

下行DFP裝置必須可以區分是下拉電阻Rd還是負載Ra接入來确認是否有上行UFP裝置接入并判斷是否需要給Vconn供電。DFP裝置隻有檢測到Ra時，才給Vconn供電。全功能TYPEC線纜内部是有CC晶片的，需要通過CC2(Vconn)對其供電。裝置在給Vconn供電前，電源線纜在Vconn引腳需要有個Ra電阻（Ra表示Vconn對地負載,應該是線纜内部本身接Ra，裝置根據讀取線纜上面的資訊來判斷線纜的屬性）。在某些線纜上，這有可能是個純粹的電阻，也有可能是簡單的負載。

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***DFP直的是下行端口，可以認為是HOST裝置、電源擴充卡這類。UFP可以認為是從裝置DEVICE，U盤、受電裝置等。***

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是以在文章<<TYPEC OTG與MICRO OTG線的差別>>中有解釋說如果是單純的将TYPEC-OTG線用在MICRO-OTG上是不行的，因為MICRO-OTG的ID引腳定義不同。是以要強制修改的話，需要将TYPEC-OTG内部的CC的下拉5.1K電阻，改為0R短路到GND，而且把這個信号對應到原先Micro的ID引腳信号上。下面是Micro-B Receptor轉USB C plug的數轉接線線信号圖，可以參考一二。

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2.CC解讀（Current Configuration）

剛剛開始接觸TYPEC時，經常看到CC這個引腳功能。開始覺得CC是個單純的信号、有時候又了解為CC應該是類似單總線功能有資料通訊、又或者有是序列槽功能……這些了解都有問題。經過一些了解後，初步彙總如下，希望對大家也有幫助。若有高手過目，也請指點一二。

CC實際有CC1和CC2。在插座上兩個信号都有接。但是在插頭上面一般隻有CC1或者CC1&Vconn.裝置通過CC1&CC2上的Rd/Ra來判斷不同的功能，是否有負載接入、需要提供多達的電流、是否需要供電等資訊。

在DFP的CC pin有上拉電阻Rp，在UFP有下拉電阻Rd。未連接配接時，DFP的VBUS是無輸出的。連接配接後CC pin相連，DFP的CC pin會檢測到UFP的下拉電阻Rd，說明連接配接上了，DFP就打開Vbus電源開關，輸出電源給UFP。而哪個CC pin(CC1，CC2)檢測到下拉電阻就确定接口插入的方向，順便切換RX/TX。

比如在全功能TYPEC接口情況下：

CC1&CC2都接下拉電阻Rd時，表示Debug accessory 模式；

CC1&CC2都接Ra時表示Audio Adapter Accessory Mode (雖然還不懂是啥。。。但是手冊是這麼解的….)；

CC1接Rd、CC2為NC時（或者反之），表示有負載接入；

CC1接Ra，CC2為NC時（或者反之），表示供電線纜接入，且沒接負載（表示給Vconn供電，無需給VBUS供電）；

CC1接Rd、CC2接Ra時，表示有供電線纜接入，而且接着負載（給VBUS供電，同時CC2作為Vconn給線纜内部晶片供電5V，CC1傳信号給UFP）；或者是UFP（上行端口，即從裝置）接入（表示需要給VBUS供電）考慮

另外，對于需要廣播電流輸出能力的DFP而言，需要通過不同值的CC上拉電阻Rp來實作；對于UFP而言，需要檢測CC管腳上的電壓值來擷取對方DFP的電流輸出能力。

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在DFP的CC pin有上拉電阻Rp，在UFP有下拉電阻Rd。未連接配接時，DFP的VBUS是無輸出的。（是以通常淘寶上面買到的TYPEC轉Micro的頭，其隻有VCC/D+/D-/GND信号連接配接，CC是沒連的。故将Micro轉接頭接在帶有PD的TYPEC電源線上後，VBUS就無輸出，Micro端VBUS沒有供電）。

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根據标準下拉電阻為Rd=5.1k，上拉電阻Rp為不确定的值。USB Type-C靠Rp的不同，進而在 CC pin檢測到的電壓就不一樣，來控制DFP供電模式。在TYPEC中兩個CC，實際上在不含晶片的線纜裡隻有一根cc線。含晶片的線纜也不是兩根cc線，而是一根cc，一根Vconn，用來給線纜裡的晶片供電(5V)，這時就cc端沒有下拉電阻Rd，而是下拉電阻Ra：800-1200Ω。

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CC1和CC2是兩個關鍵引腳，作用很多：

1. 探測連接配接，區分正反面，區分DFP和UFP；
2. 實際上在不含晶片的線纜裡隻有一根cc線。含晶片的線纜也不是兩根cc線，而是一根cc，一根Vconn，用來給線纜裡的晶片供電(5V)。這時就cc端沒有下拉電阻Rd，而是下拉電阻Ra.（即當線纜裡有晶片的時一個cc傳輸信号，一個cc變成Vconn供電）；
3. 支援PD的裝置必須采用CC Logic晶片。USB Type-C目前支援最高20V/5A，此時必須要支援USB PD，即需要額外的PD晶片，是以不要以為是USB Type-C接口就可以支援到20V/5A。

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3.裝置是否需要CC邏輯晶片

1. 所有全功能的Type-C電纜都應該封裝有E-Marker：封裝有E-Marker晶片的USB Type-C有源電纜，DFP和UFP利用PD協定可以讀取該電纜的屬性：電源傳輸能力，資料傳輸能力，ID等資訊；但USB2.0 Type-C電纜可以不封裝E-Marker。
2. 所有的DFP裝置需要CC邏輯檢測與控制晶片：DFP需要檢測到CC管腳上有某個電壓時，判斷UFP裝置已插入或拔出，來提供和管理VBUS。當沒有UFP裝置插入時，必須關閉VBUS。
3. USB3.0/USB3.1應用中，除UFP裝置以外的所有裝置都需要CC邏輯檢測與控制晶片：在USB2.0應用中，無需考慮方向檢測問題，但USB3.0或者USB3.1應用中，必須考慮方向檢測問題（有一種情況例外，比如U盤，移動硬碟等可以不考慮方向，不用CC晶片。）。
4. 持PD的裝置必須采用CC Logic晶片：對于UFP而言，需要檢測CC管腳上的電壓值來擷取對方DFP的電流輸出能力。USB PD看似隻是電源傳輸與管理的協定，實際上它可改變端口角色，可與有源電纜通訊，允許DFP成為受電裝置等諸多進階功能。
5. 所有全功能的Type-C電纜都應該封裝有E-Marker，但USB2.0 Type-C電纜可以不封裝E-Marker

綜上，隻有因為功耗較低而不需要檢測電流能力的UFP(U盤，耳機，滑鼠等)不需要CC邏輯檢測端口控制晶片外，其餘所有的DFP、DRP(如電腦，手機，平闆，移動電源)、需要檢測DFP電流輸出能力的UFP、支援PD的裝置，都需要CC邏輯檢測與端口控制晶片。

4.CC邏輯晶片和E-Mark晶片

前文中有說道“持PD的裝置必須采用CC Logic晶片”、“Electronically Marked Cable: 封裝有E-Marker晶片的USB Type-C有源電纜”、“全功能的Type-C電纜封裝有E-Marke”等資訊，實際比較細心閱讀的就可以看出所謂的CC邏輯晶片和E-MARK晶片是不同的：

CC邏輯晶片針對的還是裝置端；

E-MARK針對的是線纜，而且規範中也經常提到“Electronically Marked Cable”其實就是我們所謂的e-mark晶片。E-MARK晶片技術自動識别電子産品所需的電壓和電流。

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如果TYPE-C接口提供超過5V的電壓，或者是超過3A的電流，那麼一定需要TYPE-C接口晶片去實作USB PD協定。

      如果您的裝置使用5V電壓，并且不超過3A的電流。而且裝置本身隻往外供電，或者隻接受對方供電，并且供電角色與資料傳輸角色為預設搭配(即供電方為HOST，用電方為Slave或者device)。那麼不需要TYPE-C晶片。

      C-C傳輸線上是否需要用到E-MARK 晶片。這個判斷标準是，使用過程中，電流是否會超過3A？如果不超過，則可以不需要。

若需要實作Battery Charging協定，這需要E-MARK晶片，這樣既能夠實作充電，又能夠傳輸資料。

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5.雷電接口和Type C二者關系

Type C屬于接口規格，雷電3則是指接口所支援的虛拟層面的協定，與Type C并不沖突。雷電帶寬可達到40Gbps，相較USB 3.1的10Gbps差距高達4倍。雷電1和雷電2使用的接口形态是Mini DisplayPort口（Mini DP口），前兩代雷電接口都有應用在蘋果Mac系列電腦中.

在USB Type C推出之後，Intel就将雷電3的實體接口由以往的mini DP改為USB Type C,性能上也做了更大的提升。傳輸速度提升到了 40 Gbps. Intel将接口規格基于Type C實體層，并完全能夠實作USB Type C的絕大多數功能。

是以雷電3同時支援USB3.1；但支援USB 3.1的Type C接口裝置不一定支援雷電規範接口。也就是說USB Type-C不一定是雷電3，但是雷電3一定是USB Type-C接口，所有支援雷電3的接口旁都有一個雷電的“閃電”标志，友善區分。

6.準确識别Type-C的标示

Type-C類别不同的傳輸速率，支援不同的協定，辨別也是不同的。

隻帶有USB辨別：表示支援USB2.0，普通的速率480Mb/s；

帶有USB辨別，外加SS字樣：表示支援USB3.1，速率5Gb/s；

帶有USB辨別，外加SS字樣，右上角多了數字10：表示支援USB3.1，速率10Gb/s；

帶有USB辨別，外加SS字樣，右上角多了數字10，右邊增加D字樣：表示支援USB3.1，速率10Gb/s，支援視訊顯示;

帶有USB辨別，且有一個黑色的背景：全部支援PD協定，其中5Gb/s的字型為白色，其餘均與上文一緻！詳情參看以下圖示。

7.參考文獻：

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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