TYPE-C USB设计

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摘要

TYPE-C电路

握手过程

USB电路

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摘要

        TYPE-C,是USB的一种接口，USB的第一种接口为常见的USB接口，U盘即为这种接口；第二种接口的形状类似一个凸字，常应用在打印机中，第三种接口即为TYPE-C，支持正反插，支持PD，全称是Power Delivery，功率传输协议，即快速充电标准，截至今天，非常广泛应用在笔记本电脑、手机当中，是一种被看好的接口。

TYPE-C电路

UFP:Upstream Facing Port,面向上行端口，可以理解成Device，如U盘。

DFP:Downstream Facing Port,面向下行端口，可以理解成Host/HUB。

DRD:Dual-Role-Data,双角色数据端口，既可以是DFP，也可以是UFP。

Source:通过Vbus供电的端口。

Sink:通过Vbus耗电的端口。

DRP:Dual-Role-Power,双角色电源端口,可以成为Source或Sink

下图为其引脚图：

下图模式为Source对Sink的连接示意图：

源端将CC1、CC2上拉至5V，当Sink接入的时候，由于两个Rd电阻的作用，CC1、CC2的电位将发生变化，此时源端检测到了这个变化，打开MOS管，输出5V。

Source端的Rp的大小指示着Source端的供电能力。

Sink检测到Vbus为5V时，判断Source已连接；

Sink通过判断Rp的大小来判断Source的供电能力。

DPR，即可以当作Source，也可以当作Sink，即Rp、Rd都存在且可调。

为了实现这个功能，CC引脚不断拉高拉低，此时CC引脚为矩形波。

当CC脚下拉到GND时，识别过程与Sink一致;

当CC脚上拉至5V时，识别过程同Source一致;

握手过程

USB2.0考虑最高速率只有480Mbps，无需使用MUX芯片作为切换，将其A面的D+、D-分别与B面的D+、D-短接；USB3.0速率最低5Gbps，短接会被信号质量造成很大的影响，需要使用MUX芯片作为切换

正插时，CC1连接，CC2不连接，选择TX1/RX1；反插时，CC2连接

，CC1不连接，选择TX2/RX2。

1、CC中成功进入Alternater Mode中Display Port

2、UFP准备好EDID后，拉高HPD，在CC中发起Display Attention(HPD_High)

3、DFP通过CC读DPCD（DP配置数据），获取UFP的链路信息，如lane的数目、链路速率等

4、DFP读取EDID

5、DFP开始training，过程中通过调整电压摆幅、预加重

6、training成功后，DFP通过每lane送数据至UFP

USB电路

什么是Host、Device？OTG又是什么？

拿电脑和U盘做例子，U盘插入电脑，这个时候电脑就是Host，U盘就是Device。

OTG技术就是在没有Host的情况下，实现设备间的数据传送。例如数码相机直接连接到打印机上，通过OTG技术，连接两台设备间的USB口，将拍出的相片立即打印出来；也可以将数码照相机中的数据，通过OTG发送到USB接口的移动硬盘上，野外操作就没有必要携带价格昂贵的存储卡，或者背一个便携电脑。

下表是USB3.0和USB2.0的部分参数对比：

	USB3.0	USB2.0
速度模式	Super Speed	High Speed		Full Speed	Low Speed
最大传输速率	5.0Gbps	480Mbps		12Mbps	1.5Mbps
线缆最大长度	NA	5米
编码方式	8B/10B	NRZI
传输模式	全双工	半双工
线缆信号个数	6个（TX+、TX-、RX+、RX-、D+、D-）	2个（D+、D-）
信号电平	单端：400mV差分：800mV	400mV±10%		3.3V±0.5V
传输线阻抗要求	90Ω ± 7Ω	90Ω ±15%
上升时间要求	＜200ps	400~500ps	4～20ns		75～300ns

USB是如何判断Device是属于High Speed、Full Speed还是Low Speed的？

Low Speed：在USB Device端有一个1.5K电阻接在D-到VCC上；

High Speed、Full Speed：在USB Device端有一个1.5K电阻接在D+到VCC上；

可以这样记，速度快的上拉D+，速度慢的上拉D-。

Device切换到高速模式后，内部硬件会发生如下变化：

1、断开1.5K上拉电阻。

2、连接D+/D-上的45欧终端电阻。

3、进入高速状态。

   USB Hub是一个让多个USB设备连接到一个上行设备USB口的设备。

   USB Switch是一对多的切换开关，可以让USB信号在不同HOST间进行切换。电路上USB Switch的选取需要关注哪些参数呢，一般包括供电电压、电平幅度、导通时间、寄生电容和导通电阻。

Redriver是一个可以对输入信号进行接收均衡、对输出信号进行预加重、去加重的器件，如下图。

PCB布局放在HOST和Device的中间。

当我们的板卡上存在多个Hub，Device，我们尽量要保证这样的上电顺序：Host —> Hub —> Device依次上电，原因是，如果反向上电，Host最后上电的话，Host一上电就发现有这么多的“负载”，对其来说无疑是一种压力，有识别出错的风险，而先给Host上电的话，每一步通电，Host所感知到的负载较少，其更容易“适应”，出错率更低！