USB Type-C的基本原理

1 USB Type-C的基本原理
1.1 基本特性
Figure 1-1 USB Type-C接头外形

 

USB Type-C（简称USB-C）的基本特性：
1. 接口插座的尺寸与原来的Micro-USB规格一样小，约为8.3mm X 2.5mm
2. 可承受1万次反复插拔
3. 支持正反均可插入的“正反插”功能
4. 最大传输速度10Gb/s,即是USB 3.1 Gen2标准
5. 配备USB-C连接器的标准规格连接线可通过3A电流，同时还支持超出现有USB供电能力的USB Power Delivery，可以最大提供100W电力（20V/5A）

1.2 引脚定义
Figure 1-2 引脚定义
母口：

 

公头：

 

Figure 1-3 引脚映射图

1.3 USB-C设备识别方法
Figure 1-4 USB-C设备识别方法

 

电阻和充电电流映射如Table 1-1所示。
Table 1-1 USB-C Rp和Rd具体值（以上拉电压5V为例）

 

1.4 正反可插原理
Figure 1-5 正反可插图示

 

1.5 DRP设备如何工作
Figure 1-6 DRP设备电路原理图

 

DRP状态机伪代码示例如下所示（该示例伪代码状态机来源于P124 Figure 4-15 of USB Type-C Specification Release 1.1），为便于理解下一章节讲述的USB PD，所以也加入了USB PD的简单状态。

drp_toggle_timeout = 50ms;
tc_sm(void *arg)
{
    switch (state) {
    case UFP_STATE_DETACHED:
        if (DFP连接) {
            state = UFP_STATE_ATTACHED_DEBOUNCE;
            debounce_timeout = 100ms;
        } else if (drp_toggle_timeout) {
            set_drp_mode(CC电阻上拉);
            state = DFP_STATE_DETACHED;
        }
        break;

    case UFP_STATE_ATTACHED_DEBOUNCE:
        if (DFP仍然连接) {
            state = UFP_STATE_ATTACHED;
        } else {
            state = UFP_STATE_DETACHED;
        }
        break;

    case UFP_STATE_ATTACHED:
        // TODO
        state = UFP_STATE_DISCOVERY;
        break;

    case UFP_STATE_DISCOVERY:
        // TODO: PD negotiate
        break;

    [...]

    case DFP_STATE_DETACHED:
        if (UFP连接) {
            state = DFP_STATE_ATTACHED_DEBOUNCE;
            debounce_timeout = 100ms;
        } else if (drp_toggle_timeout) {
            set_drp_mode(CC电阻下拉);
            state = UFP_STATE_DETACHED;
        }
        break;

    case DFP_STATE_ATTACHED_DEBOUNCE:
        if (UFP仍然连接) {
            state = DFP_STATE_ATTACHED;
        } else {
            state = DFP_STATE_DETACHED;
        }
        break;

    case DFP_STATE_ATTACHED:
        // TODO
        state = DFP_STATE_DISCOVERY;
        break;

    case DFP_STATE_DISCOVERY:
        // TODO: PD negotiate
        break;
    } // end of switch
}

1.6 防伪以及线缆验证
Figure 1-7 eMarker（EMCA）原理简介

 

Question：USB-C的接口是否一定要IC支持？

2 Abbreviations
ARC：Argonant RISC Core
AT91SAM9260：SAM means Smart ARM-based Microcontroller
ATMEL SAMBA：ATMEL Smart ARM-based Microcontroller Boot Assistant
DWC2：Design Ware Controller 2，Apple的嵌入式设备，包括iPad和iPhone都是使用的DWC2
ISP1161：Philips' Integrated host Solution Pairs 1161，“Firms introduce USB host controllers”，https://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1290054
SL811HS：Cypress/ScanLogic 811 Host/Slave，性能上与ISP1161（Integrated host Solution Pairs 1161）相当
TDI：TransDimension Inc.，该公司首先发明了将TT集成到EHCI RootHub中的方法，这样对于嵌入式系统来说，就省去了OHCI/UHCI的硬件，同时降低了成本，作为对该公司的纪念，Linux内核定义了宏ehci_is_TDI(ehci)
TT：Transaction Translator（事务转换器，将USB2.0的包转换成USB1.1的包）