科普小课堂|不同版本USB接口详细解析

USB接口凭借其广泛的兼容性和高性能，已成为连接多样外设的主要接口，囊括了日常的键盘、鼠标等输入设备以及其他更多的领域。不仅如此，USB还展现了高度灵活性，能够便捷地转换为其他总线接口，例如实现USB到以太网或USB到CAN总线的桥接，极大地丰富了其应用场景。下面我们将深入探讨各类常用USB规范的特性，解析不同形态的USB物理接口，助力各位小伙伴全面掌握USB接口。

USB版本

USB 插头与版本的兼容性

USB 机械接口

标准 USB的机械接口和引脚定义如下所示：

Mini USB的机械接口和引脚定义如下所示：

USB Type-C

USB TYPE-C全功能引脚图

端口类型

下行端口（Downstream Facing Port，DFP）：主机 / 下行集线器端口，典型示例为传统的标准 Type-A 端口。

上行端口（Upstream Facing Port，UFP）：设备 / 上行集线器端口，典型示例为传统的标准 Type-B 端口。

双重角色端口（Dual-Role Port，DRP）：连接事件发生前，在 DFP 端口和 UFP 端口之间切换的端口。初始连接事件后，可通过 USB 供电协议协商进行动态交换。

拉电流电源 / 供电设备：5V-20V 时的拉电流最多为 5A，典型示例为传统的标准 Type-A 端口。

灌电流电源 / 耗电设备：5V-20V 时的灌电流最多为 5A，典型示例为传统的标准 Type-B 端口。

引脚定义

Type-C 分公母头（插头与插座），两者引脚大部分呈镜像分布。

Type-C 插座：

Type-C 插头：

对接示意图（全功能）：

引脚功能描述：

供电协议：

CC引脚

在USB Type-C规范中，主机（下行端口，DFP）通过CC1和CC2引脚使用上拉电阻（Rp）来向设备（上行端口，UFP）指示其供电能力。具体的上拉电阻值会影响设备检测到的电流能力，以下是一个典型的电阻值与对应的电流能力表：

工作原理

上拉电阻 (Rp)：用于DFP（主机）端，通过连接到3.3V或5V的电源，告知UFP（设备）DFP可以提供的电流。

下拉电阻 (Rd)：用于UFP（设备）端，通过连接到地，以检测DFP的供电能力。

当设备（UFP）连接到主机（DFP）时，它会通过CC1或CC2引脚检测到相应的电压，这个电压由DFP的上拉电阻（Rp）决定，并根据表中的电阻值来判断主机的供电能力。

正反向检测

在USB Type-C的连接中，CC1和CC2引脚用于正反向检测：

如果CC1检测到有效的上下拉（即检测到Rp），则表示连接为正向。

如果CC1没有检测到有效的上下拉，但CC2检测到了，则表示连接为反向。

具体步骤

1、连接时：DFP通过上拉电阻（Rp）将CC1和CC2引脚分别上拉至3.3V或5V。UFP通过下拉电阻（Rd）将CC1或CC2引脚拉至地。

2、电缆插入：如果插入方向使得CC1引脚接触到DFP的上拉电阻（Rp），则CC1会被上拉，UFP检测到相应的电压，表示正向连接。如果插入方向使得CC2引脚接触到DFP的上拉电阻（Rp），则CC2会被上拉，UFP检测到相应的电压，表示反向连接。

电压检测与电流能力

Default USB Power：当Rp为56 kΩ时，CC引脚的电压范围约为0.8V至2.2V。

1.5A：当Rp为22 kΩ时，CC引脚的电压范围约为1.6V至3.0V。

3A：当Rp为10 kΩ时，CC引脚的电压范围约为2.7V至3.6V。

通过这种机制，UFP可以检测到实际的电压并确定DFP的供电电流能力，从而实现安全有效的供电和通信。

本篇文章，深入探讨了USB设备的兼容性、数据传输速率、供电能力以及接口类型。掌握了这些关键知识点，能助力各位小伙伴做出更为合适的设备选择。衷心希望每位嵌入式爱好者在这一过程中满载而归，收获丰富知识的同时也能享受探索的乐趣！