Qual è la definizione di pin dell'interfaccia Type-C?

L'ultima specifica dell'interfaccia introdotta dopo Type-B. Diversamente dalla tradizionale interfaccia USB, Type-C adotta un design simmetrico, che non ha bisogno di distinguere la direzione della spina, evitando la noiosa operazione degli utenti che collegano nella direzione giusta e sbagliata. Inoltre, USB Type-C supporta il protocollo USB PD (Power Delivery), che aumenta la potenza di carica dal tradizionale massimo di 7,5 W (5 V 1,5 A) a un massimo di 100 W (20 V 5 A). L'ultima specifica USB PD3.1 migliora ulteriormente la potenza di carica Type-C, con una potenza massima fino a 240 W (28 V 5 A).

Per i dispositivi USB Type-A o Type-B tradizionali, l'interfaccia di alimentazione (Source) e l'interfaccia di ricezione dell'alimentazione (Sink) sono già standardizzate nella definizione dell'interfaccia, quindi non c'è bisogno di preoccuparsi di connessioni inverse o errate. Per i dispositivi con interfacce Type-C, poiché non ci sono tali differenze, gli utenti non possono conoscere il tipo di interfaccia, quindi il controller Type-C stesso deve completarlo. Quindi, come fanno le interfacce Type-C a riconoscersi a vicenda e a fornire la corretta logica di alimentazione?

Definizione pin dell'interfaccia Type-C

L'interfaccia Type-C è divisa in testa femmina (Receptacle) e testa maschio (Plug). I pin Type-C completi sono 24 e le definizioni di ciascun pin sono le seguenti:

1. VBUS: un totale di quattro canali, pin di tensione BUS per l'alimentazione tra i dispositivi, indipendentemente dal fatto che siano inseriti in avanti o all'indietro, questi quattro pin forniranno l'alimentazione

2. GND: un totale di quattro canali, circuiti di alimentazione tra i dispositivi, indipendentemente dal fatto che siano inseriti in avanti o all'indietro, questi quattro pin forniranno circuiti di alimentazione

3. TX+/TX- e RX+/RX-: un totale di quattro coppie, per segnali USB3.0 ad alta velocità

4. D+/D-: un totale di due coppie, per segnali USB2.0. Al connettore femmina, queste due coppie andranno in cortocircuito in una coppia

5. CC/VCONN: il pin CC è un pin di configurazione utilizzato per rilevare la connessione del dispositivo e la direzione di inserimento in avanti e indietro, ed è anche la linea per la comunicazione USB PD; VCONN è un pin che è obliquamente simmetrico al pin CC. Quando un pin è confermato come CC, l'altro è definito come VCONN, che è utilizzato per alimentare il cavo eMark

6. SBU1/SBU2: pin multiplexati, come la fornitura di SBTX e SBRX aggiuntivi per USB4

Il connettore femmina è a 24 pin con simmetria obliqua sui pin superiori e inferiori per soddisfare le esigenze di collegamento diretto e inverso dell'utente; il connettore maschio è a 22 pin. Poiché c'è solo una coppia di D+/D- nella specifica USB2.0, solo una coppia di pin D+/D- è mantenuta nel connettore maschio.

Naturalmente, nella progettazione effettiva del prodotto, gli ingegneri ridurranno opportunamente il numero di pin in base alla definizione del prodotto per risparmiare sui costi. Ad esempio, per i prodotti che forniscono solo la ricarica, come gli adattatori di alimentazione, tali prodotti non richiedono la comunicazione dati ad alta velocità di USB3.0, quindi vengono mantenuti solo i pin CC, VBUS, GND e D+/D-.

In termini di alimentazione, i dispositivi Type-C possono essere suddivisi in tre categorie

1. Dispositivi di tipo C che possono essere utilizzati solo come alimentazione (sorgente), come caricabatterie di tipo C, ecc.

2. Dispositivi di tipo C che possono essere utilizzati solo come ricevitori di energia (Sink), come i telefoni cellulari di tipo C, ecc.

3. Dispositivi Type-C (DRP, Dual RolePort) che possono essere utilizzati sia come alimentatore (Source) che come ricevitore di energia (Sink), come notebook Type-C, power bank bidirezionali, ecc.

Ovviamente, quando due dispositivi Type-C vengono collegati tra loro tramite cavi C2C, entrambe le parti devono sapere a quale tipo di dispositivo appartiene l'altra parte, altrimenti si verificherà una ricarica insoddisfacente (ad esempio la ricarica inversa) o nessuna ricarica, e persino problemi di sicurezza.

Ad esempio, quando un utente utilizza un caricabatterie (Source) per caricare un power bank bidirezionale Type-C (DRP), idealmente, il power bank dovrebbe "fungere" da Sink. Tuttavia, a causa di un'identificazione errata del tipo di dispositivo, il power bank potrebbe "fungere" da Source e causare un "flusso di corrente inverso", danneggiando entrambi i dispositivi.

La specifica dell'interfaccia Type-C distingue tra Source, Sink e DRP attraverso una serie di meccanismi "pull-up" e "pull-down" sul pin CC. Per i dispositivi Source, il pin CC deve essere configurato con un resistore pull-up Rp; per i dispositivi Sink, il pin CC deve essere configurato con un resistore pull-down Rd; e per i dispositivi DRP, il pull-up e il pull-down vengono commutati alternativamente tramite interruttori di commutazione.

La sorgente determina se un dispositivo è connesso rilevando il pin CC all'estremità Rp, mentre il pozzo determina la direzione di inserimento in avanti e indietro rilevando il pin CC all'estremità Rd.

La resistenza di pull-down Rd=5.1k e la resistenza di pull-up Rp sono impostate in base alla loro capacità di alimentazione e alla tensione di pull-up. La capacità di alimentazione di USB Type-C è la seguente:

1. Capacità di alimentazione USB predefinita (alimentazione USB predefinita). L'interfaccia USB2.0 è 500mA; l'interfaccia USB3.2 è 900mA e 1500mA

2. Protocollo BC1.2 (BatteryCharge 1.2). Supporta una potenza massima di 7,5 W, ovvero 5 V 1,5 A

3. USB Type-C Corrente 1,5 A, supporta una potenza massima di 7,5 W, ovvero 5 V 1,5 A

4. USB Type-C Corrente 3A, supporta una potenza massima di 15W, ovvero 5V3A

5. Protocollo USB PD (USB Power Delivery), supporta una potenza massima di 100 W, ovvero 20 V 5 A

Le priorità di queste cinque capacità di alimentazione aumentano in sequenza e anche la potenza dell'alimentazione aumenta gradualmente. La capacità di alimentazione con priorità alta sovrascriverà la capacità di alimentazione con priorità bassa. Tra queste, Default USB Power, USB Type-C Current 1.5A e USB Type-C Current 3A possono essere impostate configurando il valore Rp.

Quando i due dispositivi sono collegati, il Sink ottiene la capacità di alimentazione della Source rilevando il valore del partitore di tensione vRd di Rp e Rd. Di seguito è riportata la relazione corrispondente tra il valore Rp, l'intervallo di tensione vRd e la capacità di alimentazione della Source.

Allo stesso tempo, l'altro CC del dispositivo è stato lasciato flottante o tirato verso il basso da Ra=1k. Se Ra viene tirato verso il basso, significa che il cavo USB-C ha un chip eMarker integrato e la sorgente deve commutare il pin su VCONN per alimentare il cavo.

Finora abbiamo spiegato che i dispositivi utilizzano "pull-up" o "pull-down", o alternano tra i due, per determinare Source, Sink e DRP, e impostare e determinare la capacità di alimentazione della Source tramite il valore di resistenza Rp e il valore di tensione vRd. Tuttavia, come viene implementato questo processo? In che modo Type-C evita la carica inversa o la carica errata?