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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

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USB 插头与版本的兼容性

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USB 机械接口

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标准 USB的机械接口和引脚定义如下所示:

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Mini USB的机械接口和引脚定义如下所示:

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USB Type-C

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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:

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Type-C 插头:

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对接示意图(全功能):

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引脚功能描述:

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供电协议:

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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:

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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。

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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!

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