¿Cuál es la definición de pin de la interfaz tipo C?

La última especificación de interfaz introducida después del Tipo B. A diferencia de la interfaz USB tradicional, el Tipo C adopta un diseño simétrico, que no necesita distinguir la dirección del enchufe, lo que evita la tediosa operación de los usuarios de enchufar en las direcciones correcta e incorrecta. Además, el USB Tipo C admite el protocolo USB PD (Power Delivery), que aumenta la potencia de carga del máximo tradicional de 7,5 W (5 V 1,5 A) a un máximo de 100 W (20 V 5 A). La última especificación USB PD3.1 mejora aún más la potencia de carga del Tipo C, con una potencia máxima de hasta 240 W (28 V 5 A).

En el caso de los dispositivos USB tradicionales de tipo A o tipo B, la interfaz de suministro de energía (fuente) y la interfaz de recepción de energía (sumidero) ya están estandarizadas en la definición de la interfaz, por lo que no hay necesidad de preocuparse por conexiones inversas o incorrectas. En el caso de los dispositivos con interfaces de tipo C, dado que no existen tales diferencias, los usuarios no pueden saber el tipo de interfaz, por lo que el propio controlador de tipo C debe completarla. Entonces, ¿cómo se reconocen entre sí las interfaces de tipo C y proporcionan la lógica de suministro de energía correcta?

Definición de pines de la interfaz tipo C

La interfaz de tipo C se divide en un conector hembra (receptáculo) y un conector macho (enchufe). Los pines de tipo C completos son 24 y las definiciones de cada pin son las siguientes:

1. VBUS: Un total de cuatro canales, pines de voltaje BUS para suministro de energía entre dispositivos, independientemente de si se insertan hacia adelante o hacia atrás, estos cuatro pines proporcionarán suministro de energía.

2. GND: Un total de cuatro canales, circuitos de suministro de energía entre dispositivos, independientemente de si se insertan hacia adelante o hacia atrás, estos cuatro pines proporcionarán circuitos de suministro de energía.

3. TX+/TX- y RX+/RX-: un total de cuatro pares, para señales de alta velocidad USB3.0

4. D+/D-: Un total de dos pares, para señales USB2.0. En el conector hembra, estos dos pares se cortocircuitarán en un solo par.

5. CC/VCONN: el pin CC es un pin de configuración que se utiliza para detectar la conexión del dispositivo y la dirección de conexión hacia adelante y hacia atrás, y también es la línea para la comunicación USB PD; VCONN es un pin que es oblicuamente simétrico al pin CC. Cuando un pin se confirma como CC, el otro se define como VCONN, que se utiliza para alimentar el cable eMark

6. SBU1/SBU2: Pines multiplexados, como proporcionar SBTX y SBRX adicionales para USB4

El conector hembra tiene 24 pines con simetría oblicua en los pines superior e inferior para satisfacer las necesidades de conexión directa e inversa del usuario; el conector macho tiene 22 pines. Dado que solo hay un par de pines D+/D- en la especificación USB2.0, solo se conserva un par de pines D+/D- en el conector macho.

Por supuesto, en el diseño de productos reales, los ingenieros reducirán adecuadamente la cantidad de pines según la definición del producto para ahorrar costos. Por ejemplo, para productos que solo brindan carga, como adaptadores de corriente, dichos productos no requieren comunicación de datos de alta velocidad de USB3.0, por lo que solo se conservan los pines CC, VBUS, GND y D+/D-.

En términos de suministro de energía, los dispositivos Tipo-C se pueden dividir en tres categorías

1. Dispositivos tipo C que solo pueden usarse como fuente de alimentación (fuente), como cargadores tipo C, etc.

2. Dispositivos tipo C que solo se pueden usar como receptores de energía (sumidero), como teléfonos móviles tipo C, etc.

3. Dispositivos tipo C (DRP, Dual RolePort) que se pueden usar como fuente de alimentación (fuente) y receptor de energía (sumidero), como portátiles tipo C, bancos de energía bidireccionales, etc.

Obviamente, cuando dos dispositivos Tipo C se conectan entre sí a través de cables C2C, ambas partes deben saber a qué tipo de dispositivo pertenece la otra parte, de lo contrario, provocará una carga insatisfactoria (como carga inversa) o ninguna carga, e incluso causará problemas de seguridad.

Por ejemplo, cuando un usuario utiliza un cargador (fuente) para cargar un banco de energía bidireccional tipo C (DRP), lo ideal sería que el banco de energía "funcionara" como receptor. Sin embargo, debido a una identificación incorrecta del tipo de dispositivo, el banco de energía puede "funcionar" como fuente y provocar un "reflujo de corriente", lo que dañaría ambos dispositivos.

La especificación de la interfaz de tipo C distingue entre fuente, receptor y DRP a través de una serie de mecanismos de "pull-up" y "pull-down" en el pin CC. Para los dispositivos de origen, se requiere que el pin CC esté configurado con una resistencia pull-up Rp; para los dispositivos receptores, se requiere que el pin CC esté configurado con una resistencia pull-down Rd; y para los dispositivos DRP, el pull-up y el pull-down se conmutan alternativamente mediante interruptores de conmutación.

La fuente determina si un dispositivo está conectado detectando el pin CC en el extremo Rp, y el receptor determina la dirección de inserción hacia adelante y hacia atrás detectando el pin CC en el extremo Rd.

La resistencia pull-down Rd=5.1k y la resistencia pull-up Rp se configuran de acuerdo con su capacidad de suministro de energía y voltaje pull-up. La capacidad de suministro de energía del USB Tipo-C es la siguiente:

1. Capacidad de alimentación USB predeterminada (Alimentación USB predeterminada). La interfaz USB2.0 es de 500 mA; la interfaz USB3.2 es de 900 mA y 1500 mA.

2. Protocolo BC1.2 (BatteryCharge 1.2). Admite una potencia máxima de 7,5 W, es decir, 5 V 1,5 A.

3. USB Tipo-C Corriente 1.5A, admite una potencia máxima de 7.5W, es decir 5V1.5A

4. USB Tipo-C Corriente 3A, admite una potencia máxima de 15W, es decir 5V3A

5. Protocolo USB PD (USB Power Delivery), admite una potencia máxima de 100 W, es decir, 20 V 5 A.

Las prioridades de estas cinco capacidades de suministro de energía aumentan en secuencia, y la potencia de suministro de energía también aumenta gradualmente. La capacidad de suministro de energía con una prioridad alta anulará la capacidad de suministro de energía con una prioridad baja. Entre ellas, la alimentación USB predeterminada, la corriente USB tipo C de 1,5 A y la corriente USB tipo C de 3 A se pueden configurar configurando el valor Rp.

Cuando los dos dispositivos están conectados, el receptor obtiene la capacidad de suministro de energía de la fuente detectando el valor del divisor de voltaje vRd de Rp y Rd. La siguiente es la relación correspondiente entre el valor de Rp, el rango de voltaje vRd y la capacidad de suministro de energía de la fuente.

Al mismo tiempo, el otro CC del dispositivo quedó flotando o fue derribado por Ra=1k. Si Ra es derribado, significa que el cable USB-C tiene un chip eMarker incorporado y la fuente necesita cambiar el pin a VCONN para alimentar el cable.

Hasta ahora, hemos explicado que los dispositivos utilizan "pull-up" o "pull-down", o alternan entre los dos, para determinar la fuente, el sumidero y el DRP, y establecen y determinan la capacidad de suministro de energía de la fuente mediante el valor de resistencia Rp y el valor de voltaje vRd. Sin embargo, ¿cómo se implementa este proceso? ¿Cómo evita el tipo C la carga inversa o la carga incorrecta?