自从apple发布了新macbook,就一堆人在说usb type-c。 我来从硬件角度解析下这个usb type-c,顺便解惑。尺寸小,支持正反插,速度快(10gb)。这个小是针对以前电脑上的usb接口说的,实际相对android机上的microusb还大了点:
特色
usb type-c:8.3mmx2.5mm
microusb:7.4mmx2.35mm
而lightning:7.5mmx2.5mm
所以,从尺寸上我看不到usb type-c在手持设备上的优势。而速度,只能看视频传输是否需要了。
引脚定义
可以看到,数据传输主要有tx/rx两组差分信号,cc1和cc2是两个关键引脚,作用很多:
探测连接,区分正反面,区分dfp和ufp,也就是主从
配置vbus,有usb type-c和usb power delivery两种模式
配置vconn,当线缆里有芯片的时候,一个cc传输信号,一个cc变成供电vconn
配置其他模式,如接音频配件时,dp,pcie时
电源和地都有4个,这就是为什么可以支持到100w的原因。
不要看着usb type-c好像能支持最高20v/5a,实际上这需要usb pd,而支持usb pd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。
当然,以后应该会出现集成到一起的芯片。
辅助信号sub1和sub2(side band use),在特定的一些传输模式时才用。
d+和d-是来兼容usb之前的标准的。
这里说一下,usb3.0只有一组rx/tx,速度是5gb,usb type-c为了保证正反都可以插就用了两组,但实际上数据传输还是只用了一组rx/tx,速度就已经达到10gb了。如果后面升级协议,两组都传的话就和displayport一样20gb了。
工作流程
上图dfp (downstream facing port)也就是主, ufp (upstream facing port) 为从。除了dfp、ufp,还有个drp (dual role port),drp可以做dfp也可以做ufp。当dpr接到ufp,drp转化为dfp。当drp接到dfp,drp转化为ufp。两个drp接在一起,这时就是任意一方为dfp,另一方为ufp。
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。
电阻rd=5.1k,电阻rp为不确定的值,根据前面的图看到usb type-c有几种供电模式,靠什么来甄别?就靠rp的值,rp的值不一样,cc pin检测到的电压就不一样,然后来控制dfp端执行哪种供电模式。
需要注意的是,上图里画了两个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(3.3v或5v),这时就cc端没有下拉电阻rd,而是下拉电阻ra,800-1200欧。
当cc pin两个都接了下拉电阻《=ra,dfp进入音频配件模式,左右声道,mic都俱全,如上图。
usb type-c和displayport,pcie
usb pd是bmc编码的信号,而之前的usb则是fsk,所以存在不兼容,不知道目前市面上有没有能转换的产品。
usb pd是在cc pin上传输,pd有个vdm (vendor defined message)功能,定义了装置端id,读到支持dp或pcie的装置,dfp就进入替代(alternate)模式。
如果dfp认到device为dp,便切换mux/configuration switch,让type-c usb3.1信号脚改为传输dp信号。aux辅助由type-c的sbu1,sub2来传。hpd是检测脚,和cc差不多,所以共用。
而dp有lane0-3四组差分信号, type-c有rx/tx1-2也是四组差分信号,所以完全替代没问题。而且在dp协议里的替代模式,可以usb信号和dp信号同时传输,rx/tx1传输usb数据,rx/tx2替换为lane0,1两组数据传输,此时可支持到4k。
如果dfp认到device为dp,便切换mux/configuration switch,让type-c usb3.1信号脚改为传输pcie信号。同样的,pcie使用rx/tx2和sbu1,sub2来传输数据,rx/tx1传输usb数据。
这样的好处就是一个接口同时使用两种设备,当然了,转换线就可以做到,不用任何芯片。
总结
usb type-c终结了长期以来usb插来插去的缺陷,节省了人们大量的时间,换一次方向至少2s吧,按全球10亿人每天插拔一次usb,50%概率插错,共耗时277000多小时,约为31年,太恐怖了。
一个接口搞定了音视频数据三种,体积还算小。可以预见,以后安卓机可以改为usb type-c接口了,如果只需要usb2.0的话,只需要重做线缆,不用芯片,成本上完全可以忽略不计。
至于thunderbolt,lightning,该怎样还是怎样吧。百花齐放才是五彩的世界。
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