Схема кабеля usb type c to type c

Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

USB Type C: распиновка, режимы и особенности применения

Что нужно знать о USB Type-C

USB Type-C – это спецификация системы USB-разъемов, которая завоевывает популярность в области смартфонов и мобильных устройств. USB Type-C способен как доставлять энергию, так и передавать данные. Одной из особенностей USB C является то, что в отличие от своих предшественников, этот разъем не имеет четкого верха или низа, то есть его можно переворачивать, поэтому вам не нужно пытаться подключать его не с первого раза.

В этой статье будут рассмотрены некоторые из наиболее важных функций стандарта USB-C. Перед тем, как окунуться в распиновку и объяснить, на что способен каждый вывод, мы быстро расскажем о том, что такое USB-C и в чем он лучше всего работает.

Что такое USB-C?

USB-C является относительно новым стандартом, целью которого является обеспечение высокоскоростной передачи данных до 10 Гбит/с, а также пропускной способности передачи мощности до 100 Вт. Эти функции могут сделать USB-C действительно универсальным стандартом подключения для современных устройств.

Некоторые задаются вопросом, как правильно писать: USB-C или USB Type-C? Эти два термина обычно взаимозаменяемы (мы будем использовать оба в этой статье). Хотя USB-C используется чаще, USB Type-C является официальным названием стандарта, как указано на USB.org.

Особенности USB-C

Интерфейс USB-C имеет три основные функции и особенности:

• Имеет переворачиваемый разъем. Интерфейс выполнен таким образом, что разъем может быть перевернут относительно гнезда.
• Он поддерживает стандарты USB 2.0, USB 3.0 и USB 3.1 Gen 2. Кроме того, он может поддерживать сторонние протоколы, такие как DisplayPort и HDMI, в режиме работы, который называется альтернативным режимом (Alternate Mode).
• Он позволяет устройствам согласовывать и выбирать соответствующий уровень потока энергии через интерфейс.

В следующих разделах мы увидим, как эти функции обеспечиваются стандартом USB Type-C.

Разъемы / штекеры USB Type-C (распиновка)

Разъем USB-C имеет 24 контакта. На приведенных ниже рисунках показаны контакты разъема USB Type-C и ответного штекера (гнезда) соответственно.

Дифференциальные пары USB 2.0 в разъеме USB-C

Контакты D + и D- представляют собой дифференциальные пары, используемые для подключения USB 2.0. В разъеме есть два контакта D + и два контакта D-. Однако контакты соединены друг с другом, и на самом деле для использования доступна только одна дифференциальная пара данных USB 2.0. Избыточность включена только для обеспечения переворачиваемости разъема.

Линии питания и заземления разъема USB Type-C

Контакты VBUS и GND являются питанием и обратными путями для сигналов. Напряжение VBUS по умолчанию составляет 5 В, но стандарт позволяет устройствам согласовывать и выбирать напряжение VBUS, отличное от значения по умолчанию. Блок питания позволяет VBUS иметь напряжение до 20 В. Максимальный ток также может быть увеличен до 5 А. Следовательно, USB Type-C может выдавать максимальную мощность 100 Вт.

Поток высокой мощности может быть полезен при зарядке большого устройства, такого как ноутбук. На следующем рисунке показан пример от RICHTEK, где используется повышающий преобразователь для создания соответствующего напряжения, запрошенного ноутбуком.

Обратите внимание, что технология подачи питания делает USB Type-C более универсальным, чем старые стандарты, потому что он делает уровень мощности адаптируемым к потребностям нагрузки. Вы можете заряжать смартфон и ноутбук с помощью одного кабеля.

Линии RX и TX разъема USB Type-C

В разъеме есть два набора дифференциальных пар RX и два набора дифференциальных пар TX. Одна из этих двух пар RX вместе с парой TX может использоваться для протокола USB 3.0 / USB 3.1. Поскольку разъем является переключаемым, мультиплексор необходим для правильного перенаправления данных по используемым дифференциальным парам через кабель.

Обратите внимание, что порт USB Type-C может поддерживать стандарты USB 3.0 / 3.1, но минимальный набор функций USB Type-C не включает USB 3.0 / 3.1. В таких случаях пары RX / TX не используются соединением USB 3.0 / 3.1 и могут использоваться другими функциями USB Type-C, такими как альтернативный режим и протокол USB Power Delivery. Эти функциональные возможности могут использовать даже все доступные дифференциальные пары RX / TX.

Линии CC1 и CC2 разъема USB Type-C

Эти линии являются контактами конфигурации канала. Они выполняют ряд функций, таких как обнаружение подключения и извлечения кабеля, определение ориентации разъема / штекера и текущие извещения. Эти контакты могут также использоваться для связи, необходимой для подачи питания и альтернативного режима.

На рисунке ниже показано, как выводы CC1 и CC2 определяют ориентацию разъема / штекера. На этом рисунке DFP обозначает нисходящий выходной порт, который является портом, действующим либо в качестве хоста при передаче данных, либо в качестве источника питания. UFP обозначает восходящий выходной порт, который является устройством, подключенным к хосту или потребителю энергии. Flipped здесь означает перевернутый разъем, Unflipped – неперевернутый.

DFP подтягивает выводы CC1 и CC2 через резисторы Rp, но UFP подтягивает их через Rd. Если кабель не подключен, источник видит высокий логический уровень на выводах CC1 и CC2. При подключении кабеля USB Type-C создается токовый путь от источника питания 5 В до земли. Поскольку в кабеле USB-C имеется только один провод CC, формируется только один путь тока. Например, на верхнем рисунке вывод CC1 DFP подключен к выводу CC1 UFP. Следовательно, вывод DFP CC1 будет иметь напряжение ниже 5 В, но на выводе DFP CC2 будет по-прежнему высокий логический уровень. Поэтому, отслеживая напряжение на выводах DFP CC1 и CC2, мы можем определить подключение кабеля и его ориентацию в пространстве.

В дополнение к ориентации кабеля, путь Rp-Rd используется как способ передачи информации о текущих возможностях источника. С этой целью потребитель энергии (UFP) контролирует напряжение на линии CC. Когда напряжение на линии CC имеет самое низкое значение (около 0,41 В), источник может обеспечить питание по умолчанию USB, которое составляет 500 мА и 900 мА для USB 2.0 и USB 3.0 соответственно. Когда напряжение в линии CC составляет около 0,92 В, источник может выдавать ток 1,5 А. Максимальное напряжение в линии CC, которое составляет около 1,68 В, соответствует допустимому току источника 3 А.

Линия VCONN разъема USB Type-C

Как было упомянуто выше, USB Type-C стремится обеспечить невероятно высокую скорость передачи данных наряду с высоким уровнем потока энергии. Эти функции могут потребовать использования специальных кабелей при использовании микросхемы внутри. Кроме того, некоторые активные кабели используют микросхему повторного драйвера для усиления сигнала и компенсации потерь, понесенных кабелем. В этих случаях мы можем питать электрическую схему внутри кабеля, подводя питание 5 В, 1 Вт к выводу VCONN. Это показано на следующем рисунке.

Как вы видите, активный кабель использует резисторы Ra, чтобы подтянуть к земле линии CC2. Значение Ra отличается от Rd, поэтому DFP по-прежнему может определять ориентацию в пространстве кабеля, проверяя напряжение на выводах DFP CC1 и CC2. После определения ориентации кабеля контакт конфигурации канала, соответствующий «активной кабельной ИС», будет подключен к источнику питания 5 В, 1 Вт, для питания схемы внутри кабеля. Например, на рисунке 5 действительный путь Rp-Rd соответствует выводу CC1. Следовательно, вывод CC2 подключен к источнику питания, обозначенному VCONN.

Линии SBU1 и SBU2 разъема USB Type-C

Эти два контакта соответствуют низкоскоростным трактам сигналов, которые используются только в альтернативном режиме.

Теперь, когда мы знакомы с распиновкой стандарта USB-C, давайте кратко рассмотрим обеспечение питанием (USB Power Delivery) и альтернативные режимы.

Подача питания от USB-C

Как было упомянуто выше, устройства, использующие стандарт USB Type-C, могут согласовывать и выбирать соответствующий уровень потока мощности через интерфейс. Эти согласования мощности достигаются с помощью протокола, называемого USB Power Delivery, который представляет собой однопроводную связь по линии CC, рассмотренной выше. На следующем рисунке показан пример USB Power Delivery, где приемник отправляет запросы источнику и регулирует напряжение VBUS по мере необходимости. Сначала запрашивается 9-вольтовая шина. После того, как источник стабилизирует напряжение шины на уровне 9 В, он отправляет сообщение «готов к питанию» в приемник. Затем приемник запрашивает шину 5 В, а источник предоставляет ее и снова отправляет сообщение о готовности источника питания.

Важно отметить, что «USB Power Delivery» – это не только переговоры, связанные с доставкой энергии. Помимо этого другие переговоры, например, связанные с альтернативным режимом, проводятся с использованием протокола Power Delivery на линии CC данного стандарта.

Альтернативные режимы USB Type-C

Этот режим работы позволяет нам реализовывать сторонние протоколы, такие как DisplayPort и HDMI, используя стандарт USB Type-C. Все альтернативные режимы должны по крайней мере поддерживать соединение USB 2.0 и USB Power Delivery.

Выводы о USB-C

USB Type-C имеет интересные особенности. Он поддерживает невероятно быструю скорость передачи данных до 10 Гбит/с и передачу высокой мощности до 100 Вт. Эти особенности вместе с перевертываемым разъемом могут сделать USB Type-C по-настоящему универсальным стандартом для современных устройств.

Источник

USB 3.1 Type-C. Коротко, ясно, детально

• назначение контактов
• распиновка
• питание и заряд
• схемы переходников

Достоинства порта USB 3.1:
★ быстрый
★ мощный
★ универсальный

Достоинства разъёма Type-C:
★ долговечный
★ симметричный
Теперь гарантированно можно подключить USB кабель к устройству с первого раза.

⚠ Следует различать понятия «порт» и «разъём». Разъём (гнездо) Type-C можно припаять хоть к старому телефону (вместо micro-USB), но порт так и останется старым USB 2.0 — скорости заряда и передачи данных это не прибавит. Из удобств появится лишь симметричность и надёжность разъёма.

⚠ Таким образом наличие Type-C ещё ни о чём не говорит. Продаются модели смартфонов с новым разъёмом, но со старым портом. Перечисленные в этой статье достоинства к таким смартфонам не относятся.

Назначение контактов

Контакты разъёмов на схемах показаны с внешней (рабочей) стороны, если обратное не оговаривается особо.

Порт содержит 24 контакта (12 контактов на каждой стороне). «Верхняя» линейка нумеруется A1…A12, «нижняя» — B1…B12. По большей части линейки идентичны друг другу, что и делает этот порт равнодушным к ориентации штекера. Контакты каждой линейки можно разбить на 6 групп: USB 2.0 , USB 3.1 , Питание , Земля , Согласующий канал и Дополнительный канал . А теперь рассмотрим подробнее.

• Собственно, USB 3.1. Линии высокоскоростной передачи данных: TX+, TX-, RX+, RX- (контакты 2, 3, 10, 11). Скорость до 10 Гб/с. В кабеле эти пары перекроссированы, и что для одного устройства является RX, другому представляется как TX. И наоборот. По особому распоряжению эти пары могут переквалифицироваться под другие задачи, например — под передачу видео.

• Старый добрый USB 2.0. Линии низкоскоростной передачи данных: D+/D- (контакты 6, 7). Этот раритет включили в порт ради совместимости со старыми тихоходными устройствами до 480 Мб/с.

• Плюс питания — Vbus (контакты 4, 9). Стандартное напряжение 5 вольт. Ток выставляется в зависимости от потребностей периферии: 0,5А; 0,9А; 1,5А; 3А. Вообще, спецификация порта подразумевает передаваемую мощность до 100Вт, и «в случае войны» порт способен питать монитор или заряжать ноутбук напряжением 20 вольт!

• GND — «Земля»-матушка (контакты 1, 12). Минус всего и вся.

• Согласующий канал (или конфигурирующий) — СС (контакт 5). Это главная фишка USB type-C! Благодаря этому каналу система может определить:

— Факт подключения/отключения периферийного устройства;
— Ориентацию подключенного штекера. Как это ни странно, но разъём не абсолютно симметричен, и в некоторых случаях устройству хочется знать его ориентацию;
— Ток и напряжение, которое следует предоставить периферии для питания или заряда;
— Необходимость работы в альтернативном режиме, например, для передачи аудио-видео потока.
— Кроме функций мониторинга этот канал в случае необходимости подаёт питание на активный кабель.

• Дополнительный канал — SBU (контакт 8). Дополнительный канал обычно не используется и предусмотрен лишь для некоторых экзотических случаев. Например, при передаче по кабелю видео, по SBU идёт аудиоканал.

Распиновка USB 3.1 Type-C

«Полосатым цветом» здесь изображены контакты неизолированного провода.

Странным решением было отмаркировать провода D+ и D- не как в USB 2.0, а наоборот: D+ белый, D- зелёный.

Серой обводкой помечены провода, чей цвет по словам Википедии не регламентирован стандартом. Автор вообще не нашёл каких-либо указаний на цвета проводов в официальной документации.

Распайка коннекторов Type-C ▼

Схема типового кабеля USB-C «вилка-вилка»▼

Технология питания/заряда USB PD Rev.2 ( USB Power Delivery)

У кабеля USB-C нет таких понятий как «коннектор-A» или «коннектор-B» — коннекторы теперь во всех случаях одинаковы.

Роли устройства обозначены новыми терминами:

DFP — активное, питающее устройство (как бы порт USB-A)
UFP — пассивное, приёмное устройство (как бы порт USB-B)
DRP — «двуличное», динамически изменяющее свой статус устройство.
Кроме того, заряжающее устройство называется Power Provider, заряжаемое — Power Consumer.

Распределение ролей осуществляется установкой на контакте CC определённого потенциала с помощью того или иного резистора:

▶Активное устройство (DFP) определяется по резистору между контактами CC и V_bus.
Номинал резистора сообщает потребителю, на какой ток он может рассчитывать:
56±20% кОм — 500 или 900 мА
22±5% кОм — 1,5 А
10±5% кОм — 3 А

▲ Переходники с USB 2.0 (3.0) на USB-C, служащие для подключения новых смартфонов к старым ПК или ЗУ распаяны по схеме DFP, то есть, показывают себя смартфону как активное устройство

▶Пассивное устройство (UFP) определяется по резистору между контактами CC и GND.
Номинал резистора: 5,1 кОм

▲ Переходники с USB-C на USB-OTG распаяны именно по схеме UFP, то есть, имитируют потребляющее устройство.

⚠ Технологию USB PD Rev2 в которой по контакту CC согласуются ток и напряжение заряда не следует путать с технологией Quick Charge (QC), где по контактам D− и D+ согласуется только напряжение заряда. USB PD Rev2 поддерживается только в USB 3.1.
QC поддерживается без привязки к версии порта.

Переходник USB-micro—USB-C

Переходник micro-USB 2.0 на USB type-C служит для подключения гаджета с гнездом Type-C к стандартному дата-кабелю USB 2.0 для заряда и синхронизации с ПК. В переходнике установлен резистор 56 кОм между контактами CC и V_bus.

Этот резистор как бы говорит смартфону: «К тебе подключили активное устройство − заряжайся. Больше 0,9 ампер не дам».

То есть, даже от мощного зарядного устройства (скажем, на 3 ампера) через такой переходник мы не возьмём больше 0,9 ампер. Чтобы смартфон не стеснялся и взял 3 ампера, нужно заменить резистор на 10 кОм ▼

Внешний вид платы ▼

Универсальный переходник USB-micro—USB-C с поддержкой OTG

Наш читатель Сергей выслал схему универсального переходника micro-USB-BF to USB type-C (Тип 51125 Z22) − через него можно подключить как Data-кабель так и OTG-кабель USB 2.0. В зависимости от кабеля смартфон либо заряжается, либо работает с периферией.

В идеале вместо 55 кОм стоило бы использовать 51 (как в аналогичном переходнике от Huawei), чтобы в цепи V_cc-CC получались каноничные 56 кОм. Но спецификация не требует такой точности. Номинал сопротивления V_cc-CC допускается в диапазоне 45…67 кОм.

Внешний вид платы ▼

Вариант универсального переходника

Наш читатель Кирилл поделился схемой занятного переходника, подобного предыдущему▲. Ключевое отличие — в гнезде micro-USB не задействован контакт ID (№5), и оба резистора (и DFP, и UFP) подключены постоянно.

Устройство, к которому подключен этот переходник через Type-C, определяет свою роль по наличию или отсутствию напряжения на контакте V_bus. Если сперва подключить к переходнику зарядное устройство через гнездо micro-USB, а потом подключить переходник к смартфону, то порт смартфона обнаружит напряжение заряда и переведёт смартфон в режим потребления. Если же просто подключить переходник, то смартфон входит в режим OTG и подаёт напряжение сам.
Переходник испытывался на смартфоне Samsung Galaxy S8.

Переходник USB-C—USB-AF

Чтобы подключить USB-периферию к устройству с портом USB-C, в переходнике необходим резистор 5,1 кОм между контактами CC и GND.
Этот резистор сообщает смартфону: «К тебе подключено пассивное устройство. Подай питание».

Рассмотрим схему переходника OTG type-C на примере Type-C USB 3.1 To USB 3.0 OTG Adapter. Это переходник для подключения периферии USB 3.0 (2.0) к ПК или к смартфону Type-C.
Цвета проводов Data, TX и RX в этой модели несколько отличаются от каноничных, прошу обратить на это внимание! ▼

Ещё одна важная деталь — во всех переходниках типа USBtype-C—type-C или USBtype-C—USB3.0 (не обязательно OTG!) между контактами V_bus и Gnd необходим конденсатор для защиты контактов разъёма от искр при подключении. Например, для переходников на USB 3.0 требуется номинал конденсатора — 10нФ±20%×30В. Переходники на USB 3.1 требуют конденсатор большей ёмкости, а переходники на USB 2.0 не требуют конденсатора вовсе. Подробнее читайте в англоязычной статье «VBUS Bypass Capacitor».

Распайка платы переходника Type-C to USB 3.0 OTG с разных сторон ▼

Аналоговый звук через Type-C

Стандартом предусмотрена возможность передачи аналогового звука через цифровой порт. Эта возможность реализована в смартфонах HTC серии U, HTC 10 Evo, Xiaomi Mi, LeTV. Автор будет признателен, если читатель пополнит этот список.

Режим называется «Audio Adapter Accessory Mode». За подробностями обращайтесь к статье «Аналоговый звук через USB-C».

Для работы в этом режиме служат аналоговые гарнитуры с вилкой Type-C. Для подключения классической гарнитуры со штекером «джек» предусмотрены переходники.

Аналоговый звук передаётся по каналам Data−, Data+, SBU1 и SBU2. Смартфон переходит в этот режим, если в вилке гарнитуры или переходника между контактами A1—A5 и B1—B5 установлено сопротивление менее 0,8…1,2 кОм. Вместо резистора доводилось видеть просто перемычку.

Видео через USB-C

Для передачи видео через USB 3.1 разработан режим «DisplayPort Alternate Mode».
См. перечень устройств, поддерживающих этот режим.
В режиме «Display Port» назначение контактов порта меняется — две пары TX2/RX2 превращаются в видеоканал, а звуком занимается SBU1/2 ▼

Единственное, что не сказано в статье это как вывести цифровой аудиосигнал на каоксиал. Сейчас многие аудио плееры заявляют выход usb-c на каоксиал, но провод не кладут в коробку. Как быть? Где брать схему? По каким проводам идёт сигнал?

Подскажите к каким контактам припаять два провода для цифрового сигнала на коаксиал.

Источник