Распиновка USB type c

Обновлено: 04.07.2024

Разъемы USB были представлены в середине 1990-х годов, и с тех пор их размер, форма, возможности передачи данных и ограничения по питанию постоянно менялись. Сегодня последним физическим стандартом является тип C, и, помимо большей пропускной способности, двунаправленности и реверсивности, эта новейшая итерация способна передавать значительно более высокую мощность, чем предыдущие поколения. Когда дело доходит до USB-разъемов, существует три различных связанных стандарта: физический разъем, протокол передачи данных и подача питания. У CUI Devices есть блог с подробным описанием этих стандартов здесь. На высоком уровне разъем USB Type C соответствует стандарту физического разъема. Этот физический стандарт соответствует стандарту подачи питания до 100 Вт, что открывает для USB новые возможности по питанию.

< tr>

Технические характеристики	Максимальная мощность	Максимальное напряжение	Максимальный ток
USB 2.0	2,5 Вт	5 В	500 мА
USB 3.0 и 3.1	4,5 Вт	5 В	900 мА
USB BC 1.2	7,5 Вт	5 В	1,5 А
USB Type-C 1.2	15 Вт	5 В	3 A
USB PD 3.0	100 Вт	20 В	5 A

Изменение уровней мощности USB

Преимущества USB Type C для приложений питания

Стандартный разъем USB типа C содержит 16 контактов для передачи данных, 4 контакта питания и 4 контакта заземления, всего 24 контакта. Имея мощность до 100 Вт, USB Type-C теперь является приемлемым вариантом для многих приложений, требующих значительного количества энергии, и может заменить стандартный разъем питания постоянного тока, даже если передача данных не требуется.

Самым большим преимуществом использования USB в качестве способа подачи питания является стандартизация. Разъемы USB стали повсеместными и переход на Type C быстро набирает обороты. Многие новые телефоны и мобильные устройства уже поставляются с разъемом USB Type C, а также возрастает вероятность того, что ЕС перейдет к принятию разъема Type C в качестве стандарта зарядки для всех устройств в будущем. Обещанное удобство использования одного готового типа кабеля для множества различных продуктов чрезвычайно заманчиво для конечного пользователя. С точки зрения OEM, эти разъемы, как для питания, так и для передачи данных и питания, легко найти в очень стабильной цепочке поставок, поскольку стандартизация гарантирует определенный уровень совместимости. Стандарт также обеспечивает легкую интеграцию конструкции, а тип C занимает гораздо меньше места, чем многие цилиндрические соединители. Наконец, надежные разъемы USB Type C выдерживают 10 000 циклов соединения, что обеспечивает долгий срок службы.

Разъем USB Type C только для питания

Благодаря преимуществам, перечисленным выше, компания CUI Devices разработала разъемы USB типа C только для питания для устройств, в которых зарядка или подача питания являются единственной функцией. Разъемы USB Type C мощностью 60 Вт только для питания CUI Devices удаляют 16 контактов передачи данных и 2 контакта заземления, оставляя только 4 контакта питания и 2 контакта заземления, в то время как версия на 100 Вт сохраняет все 4 контакта питания и заземления в целом. из 8 контактов.

Благодаря упрощенной конструкции самого разъема, всего 6 или 8 контактов вместо стандартных 24, стоимость разъема значительно снижается. Помимо более низкой стоимости деталей, это снижает сложность и частоту отказов за счет исключения большинства контактов и связанных с ними точек пайки. Хотя их нельзя использовать для передачи данных, они работают с любым стандартным кабелем USB типа C, который передает как данные, так и питание, поэтому конечный пользователь не требует дополнительных действий или аппаратного обеспечения при взаимодействии с продуктом.

Обратите внимание, что, поскольку контакты для передачи данных были удалены, процесс согласования питания USB 3.0 не происходит, и в этом случае зарядное устройство вернется к стандартной скорости передачи питания USB 5 В и 1 А. Для всех остальных приложений разъем будет функционировать как любой другой разъем питания, а зарядка будет регулироваться адаптером/цепью зарядки.

Другие соображения по питанию

Хотя разъемы USB типа C чрезвычайно полезны в самых разных сценариях, иногда выделенные варианты подачи питания все еще являются практичным решением. Например, с жестким ограничением в 100 Вт Type C просто не будет работать в тех случаях, когда необходима большая мощность. В других случаях может потребоваться другая площадь основания или размер разъема из-за конкретных конструктивных ограничений. В конечном счете, когда требуется более индивидуальное решение, разъем USB Type C может быть ограничен его стандартизированной площадью, размером и характеристиками. Для получения дополнительной информации о том, когда другие разъемы питания все еще могут быть лучшим решением, прочитайте блог CUI Devices о выборе разъема питания постоянного тока.

Будущее USB Type C

Разъемы USB Type C и стандарт Power Delivery открывают новый взгляд на управление питанием и передачу данных. Хотя это и не универсальное решение, его мощные возможности и глобальная стандартизация делают его отличным вариантом для множества различных продуктов. Когда требуется только подача питания, разъемы USB Type C от CUI Devices, предназначенные только для питания, являются интригующим решением для инженеров из-за их более низкой стоимости и упрощенной интеграции конструкции.

CUI Devices в настоящее время предлагает горизонтальную или вертикальную розетку USB типа C мощностью 60 Вт только для питания с максимальным номинальным током 3 А и номинальным напряжением 20 В постоянного тока. Также доступна розетка USB типа C мощностью 100 Вт, обеспечивающая полный номинальный ток 5 А и номинальное напряжение 20 В постоянного тока, поддерживаемые разъемами USB типа C.

< tr>

Технические характеристики	Максимальная мощность	Максимальное напряжение	Максимальный ток
USB 2.0	2,5 Вт	5 В	500 мА
USB 3.0 и 3.1	4,5 Вт	5 В	900 мА
USB BC 1.2	7,5 Вт	5 В	1,5 А
USB Type-C 1.2	15 Вт	5 В	3 A
USB PD 3.0	100 Вт	20 В	5 A

Изменение уровней мощности USB

Преимущества USB Type C для приложений питания

Разъем USB Type C только для питания

Другие соображения по питанию

Будущее USB Type C

В этой части речь пойдет о самом разъеме USB-C. Ознакомьтесь с частью 1, чтобы ознакомиться со всеми спецификациями USB3.1.

Разъем USB Type-C немного больше разъема micro-B. Он имеет 24 контакта с радиально-симметричной распиновкой, что делает его ориентацию обратимой. В отличие от предыдущих версий разъемов USB, в штекере нет физических различий в зависимости от функций, поддерживаемых портом или штекером. USB-C делает все.

Распиновка

Глядя на распиновку, радиальная симметрия очевидна. Контакты GND всегда снаружи, а контакты VBUS всегда четыре снаружи. GND, VBUS, DP, DM и SSTX/SSRX знакомы из спецификации USB3.0. Новые контакты: CC, VCONN и SBU.

В разделе 3.2.3 спецификации USB Type-C (стр. 55) распиновка указана более подробно, но вот краткое изложение.

Нажмите, чтобы увеличить

VBUS — подает питание на приемник
DP/DM — связь USB 2.0, вплоть до высокоскоростного USB (480 Мбит/с)
SSTX1/2, SSRX1/2 – сверхскоростная передача, дифференциальные пары, обычно витые пары в кабеле.
CC – канал конфигурации, используемый для настройки подключения и отправки сообщений Power Delivery.
VCONN – разъем питания для питания активных кабелей и аксессуаров.
SBU — использование боковой полосы, в основном дополнительные провода, используемые в альтернативных режимах.

Ловушки для ничего не подозревающих

Нажмите, чтобы увеличить

Линии SuperSpeed Tx и Rx меняются местами в кабеле. Как и провода СБУ. Это означает, что SSTX1 на одной стороне подключен к SSRX1 на другой стороне. Точно так же SBU1 подключается к SBU2 на другой стороне. Вы не можете использовать мультиплексор, чтобы исправить это. Я говорю из личного опыта.
Дифференциальные пары будут иметь дифференциальное сопротивление 90 Ом. Если вы используете альтернативный режим, убедитесь, что он поддерживает 90 Ом +/- 5 Ом (раздел 3.7.1)
Кабели могут иметь электронную маркировку. Это означает, что внутри одного из штекеров, подключенного к линии CC, находится микроконтроллер. Он отвечает за сообщение о возможностях кабеля. «Все полнофункциональные кабели USB Type-C должны иметь электронную маркировку». (раздел 4.9). Кабели, поддерживающие только USB 2.0, маркировать не нужно.
Будьте осторожны при отключении питания VBUS. С USB Power Delivery 2.0 VBUS может достигать 20 В. Убедитесь, что это не нарушает номинальное напряжение в ваших цепях. У Бенсона Люна было несколько инцидентов в его знаменитых обзорах Amazon. Подумайте о том, чтобы сделать все, что подключено к VBUS или CC, устойчивым к перенапряжению.
Также будьте осторожны с питанием через VCONN. У вас его может не быть. Или, возможно, вам придется предоставить его. Ознакомьтесь с разделом 4.4.3 спецификации.

Мультиплексоры

Для поддержки реверсивной разводки контактов и упрощения работы пользователя каждая USB-розетка должна иметь «функциональный эквивалент переключателя как на хосте, так и на устройстве для надлежащей маршрутизации пар сигналов SuperSpeed TX и RX к подключенному устройству. путь через кабель». (раздел 4.5.1.1) Спецификация USB оставляет реализацию на усмотрение разработчика. Для USB2.0 вы можете просто замкнуть обе возможные позиции вместе. Для пар SuperSpeed это обычно означает, что вам нужен мультиплексор.

Выяснение способа подключения кабеля осуществляется с помощью линии CC. Этот провод всегда находится в одном и том же месте на вилке и может быть подключен только к одному из двух контактов в розетке. Расположение напротив CC в разъеме — VCONN. Вот почему вилка имеет CC и VCONN, а розетка имеет CC1 и CC2.

Использование строки CC

Канал конфигурации используется для определения ориентации вилки, ролей устройств связи, возможностей питания и отправки сообщений о подаче питания. В разделе 4.5 спецификации описаны подробности об этой строке и ее использовании.

Для передачи ролей устройств используются подтягивающие (Rp) и подтягивающие (Rd) резисторы. На самом деле это, вероятно, будут текущие источники и поглотители. Как правило, устройства, которые когда-то имели порт типа A, будут использовать подтягивание, а устройства, которые когда-то имели порт типа B, будут использовать подтягивание. В приведенном ниже примере источник ищет падение напряжения либо на CC1, либо на CC2. Вывод, на который выпадает Rd, подключается к линии CC. Увидев это, он может подать питание на VCONN и VBUS.

Тем временем приемник отслеживает повышение напряжения на CC1 или CC2. Затем он может активировать подтяжку на другом выводе, чтобы считать значение Ra (подтягивание для аксессуара).

Ток Type-C

Даже без поддержки USB Power Delivery можно получить до 15 Вт через разъем USB. VBUS по-прежнему ограничен 5 вольтами, но ток может достигать 3 ампер. Это делается с помощью аналоговой сигнализации напряжения на линии CC. По сути, источник изменяет номинал подтягивающего резистора Rp, чтобы установить напряжение линии СС в определенных пределах. Подробности описаны в разделе 4.6.2.1, а в разделе 4.11 — параметры.

Конструкции USB 2.0 на Type-C

Поддержка Type-C в существующей конструкции USB 2.0 проста и дешева (за исключением разъема). По сути, вы соединяете выводы DP вместе, выводы DM вместе и добавляете по одному подтягивающему резистору к каждому выводу CC. Это новое устройство Type-C будет идентифицироваться как приемник данных и питания, использовать питание USB 2.0 по умолчанию, равное 500 мА, и работать с любой ориентацией вилки.

Конструкции разъема Type-C

Только за последний год на рынке появилось много новых конструкций разъемов USB-C. У большинства крупных игроков хороший состав. Вот несколько параметров, которые следует учитывать помимо обычных.

USB2.0, USB3.0 и USB3.1. Обычно разъемы Type-C рассчитаны на максимальную скорость передачи данных. USB3.1 поддерживает до 10 Гбит/с, USB3.0 — 5 Гбит/с, а USB2.0 — 480 Мбит/с на контактах DP/DM. USB 2.0 может не иметь такого экранирования.
Прямоугольный или вертикальный монтаж – очевидный факт. Обязательно подготовьте план механической поддержки разъема вертикального монтажа.
Dual-SMT или Hybrid. Некоторые разъемы имеют два ряда по 12 контактных площадок SMT в каждом. Гибридные разъемы имеют внешний ряд контактных площадок SMT и внутренний ряд сквозных контактов. Имейте в виду, что штифты для сквозных отверстий обычно предназначены для печатных плат толщиной 0,6–1,0 мм.
Номинальные значения тока и напряжения. Прошли те времена, когда вы могли полагаться на разъемы USB, поддерживающие ожидаемые ток и напряжение. Если вам нужно более 3,0 А или 5,0 В, внимательно ознакомьтесь с номиналами тока и напряжения.

Подробнее

Вот несколько ссылок, по которым можно ознакомиться с более подробной информацией.

Если вы хотите поэкспериментировать с Type-C дома, вы можете купить коммутационную плату Fairchild FUSB302B Power Delivery PHY в моем магазине Tindie и загрузить библиотеку, которую я собрал, с GitHub. Просто добавьте Arduino, и все готово.

В части 3 более подробно рассматривается USB Power Delivery и сигнализация BMC, которые используются на линии CC для настройки таких функций, как более высокое напряжение на VBUS и альтернативные режимы.

Распиновка

В разделе 3.2.3 спецификации USB Type-C (стр. 55) распиновка указана более подробно, но вот краткое изложение.

Нажмите, чтобы увеличить

VBUS — подает питание на приемник
DP/DM — связь USB 2.0, вплоть до высокоскоростного USB (480 Мбит/с)
SSTX1/2, SSRX1/2 – сверхскоростная передача, дифференциальные пары, обычно витые пары в кабеле.
CC – канал конфигурации, используемый для настройки подключения и отправки сообщений Power Delivery.
VCONN – разъем питания для питания активных кабелей и аксессуаров.
SBU — использование боковой полосы, в основном дополнительные провода, используемые в альтернативных режимах.

Ловушки для ничего не подозревающих

Нажмите, чтобы увеличить

Линии SuperSpeed Tx и Rx меняются местами в кабеле. Как и провода СБУ. Это означает, что SSTX1 на одной стороне подключен к SSRX1 на другой стороне. Точно так же SBU1 подключается к SBU2 на другой стороне. Вы не можете использовать мультиплексор, чтобы исправить это. Я говорю из личного опыта.
Дифференциальные пары будут иметь дифференциальное сопротивление 90 Ом. Если вы используете альтернативный режим, убедитесь, что он поддерживает 90 Ом +/- 5 Ом (раздел 3.7.1)
Кабели могут иметь электронную маркировку. Это означает, что внутри одного из штекеров, подключенного к линии CC, находится микроконтроллер. Он отвечает за сообщение о возможностях кабеля. «Все полнофункциональные кабели USB Type-C должны иметь электронную маркировку». (раздел 4.9). Кабели, поддерживающие только USB 2.0, маркировать не нужно.
Будьте осторожны при отключении питания VBUS. С USB Power Delivery 2.0 VBUS может достигать 20 В. Убедитесь, что это не нарушает номинальное напряжение в ваших цепях. У Бенсона Люна было несколько инцидентов в его знаменитых обзорах Amazon. Подумайте о том, чтобы сделать все, что подключено к VBUS или CC, устойчивым к перенапряжению.
Также будьте осторожны с питанием через VCONN. У вас его может не быть. Или, возможно, вам придется предоставить его. Ознакомьтесь с разделом 4.4.3 спецификации.

Мультиплексоры

Использование строки CC

Для передачи ролей устройств используются подтягивающие (Rp) и подтягивающие (Rd) резисторы. На самом деле это, вероятно, будут текущие источники и поглотители. Как правило, устройства, которые когда-то имели порт типа A, будут использовать подтягивание, а устройства, которые когда-то имели порт типа B, будут использовать подтягивание. В приведенном ниже примере источник ищет падение напряжения либо на CC1, либо на CC2.Вывод, на который выпадает Rd, подключается к линии CC. Увидев это, он может подать питание на VCONN и VBUS.

Ток Type-C

Конструкции USB 2.0 на Type-C

Конструкции разъема Type-C

USB2.0, USB3.0 и USB3.1. Обычно разъемы Type-C рассчитаны на максимальную скорость передачи данных. USB3.1 поддерживает до 10 Гбит/с, USB3.0 — 5 Гбит/с, а USB2.0 — 480 Мбит/с на контактах DP/DM. USB 2.0 может не иметь такого экранирования.
Прямоугольный или вертикальный монтаж – очевидный факт. Обязательно подготовьте план механической поддержки разъема вертикального монтажа.
Dual-SMT или Hybrid. Некоторые разъемы имеют два ряда по 12 контактных площадок SMT в каждом. Гибридные разъемы имеют внешний ряд контактных площадок SMT и внутренний ряд сквозных контактов. Имейте в виду, что штифты для сквозных отверстий обычно предназначены для печатных плат толщиной 0,6–1,0 мм.
Номинальные значения тока и напряжения. Прошли те времена, когда вы могли полагаться на разъемы USB, поддерживающие ожидаемые ток и напряжение. Если вам нужно более 3,0 А или 5,0 В, внимательно ознакомьтесь с номиналами тока и напряжения.

Подробнее

Вот несколько ссылок, по которым можно ознакомиться с более подробной информацией.

Читайте также: