USB Type-C工做原理解析

自從蘋果發佈了新MacBook，USB Type-C接口就成爲了熱議對象。我來從硬件角度解析下這個USB Type-C，以便你們更好的瞭解USB Type-C的工做原理。
特點
尺寸小，支持正反插，速度快(10Gb)。這個小是針對之前電腦上的USB接口說的，實際相對android機上的microUSB還大了點：
USB Type-C：8.3mmx2.5mm
microUSB：7.4mmx2.35mm
lightning：7.5mmx2.5mm
因此，從尺寸上我看不到USB Type-C在手持設備上的優點。而速度，只能看視頻傳輸是否須要了。

引腳定義

能夠看到，數據傳輸主要有TX/RX兩組差分信號，CC1和CC2是兩個關鍵引腳，做用不少：
• 探測鏈接，區分正反面，區分DFP和UFP，也就是主從
• 配置Vbus，有USB Type-C和USB Power Delivery兩種模式
• 配置Vconn，當線纜裏有芯片的時候，一個cc傳輸信號，一個cc變成供電Vconn
• 配置其餘模式，如接音頻配件時，dp，pcie時

電源和地都有4個，這就是爲何能夠支持到100W的緣由。

不要看着USB Type-C好像能支持最高20V/5A，實際上這須要USB PD，而支持USB PD須要額外的pd芯片，因此不要覺得是USB Type-C接口就能夠支持到20V/5A。固然，之後應該會出現集成到一塊兒的芯片。
輔助信號sub1和sub2(Side band use)，在特定的一些傳輸模式時才用。
d+和d-是來兼容USB以前的標準的。
這裏說一下，USB3.0只有一組RX/TX，速度是5Gb，USB Type-C爲了保證正反均可以插就用了兩組，但實際上數據傳輸仍是隻用了一組RX/TX,速度就已經達到10Gb了。若是後面升級協議，兩組都傳的話就和DisplayPort同樣20Gb了。

工做流程

上圖DFP (Downstream Facing Port)也就是主，UFP (Upstream Facing Port)爲從。除了DFP、UFP，還有個DRP (Dual Role port)，DRP能夠作DFP也能夠作UFP。當DPR接到UFP，DRP轉化爲DFP。當DRP接到DFP，DRP轉化爲UFP。兩個DRP接在一塊兒，這時就是任意一方爲DFP，另外一方爲UFP。
在DFP的CC pin有上拉電阻Rp，在UFP有下拉電阻Rd。未鏈接時，DFP的VBUS是無輸出的。鏈接後，CC pin相連，DFP的CC pin會檢測到UFP的下拉電阻Rd，說明鏈接上了，DFP就打開Vbus電源開關，輸出電源給UFP。而哪一個CC pin(CC1，CC2)檢測到下拉電阻就肯定接口插入的方向，順便切換RX/TX。
電阻Rd=5.1k，電阻Rp爲不肯定的值，根據前面的圖看到USB Type-C有幾種供電模式，靠什麼來甄別? 就靠Rp的值，Rp的值不同，CC pin檢測到的電壓就不同，而後來控制DFP端執行哪一種供電模式。
須要注意的是，上圖裏畫了兩個CC，實際上在不含芯片的線纜裏只有一根cc線。
含芯片的線纜也不是兩根cc線，而是一根cc，一根Vconn，用來給線纜裏的芯片供電(3.3V或5V)，這時就cc端沒有下拉電阻Rd，而是下拉電阻Ra，800-1200歐。

當CC pin兩個都接了下拉電阻<=Ra，DFP進入音頻配件模式，左右聲道，mic都俱全，如上圖。

USB Type-C和DisplayPort，PCIE
USB PD是BMC編碼的信號，而以前的USB則是FSK，因此存在不兼容，不知道目前市面上有沒有能轉換的產品。
USB PD是在CC pin上傳輸，PD有個VDM (Vendor defined message)功能，定義了裝置端ID，讀到支持DP或PCIe的裝置，DFP就進入替代(alternate)模式。
若是DFP認到device爲DP，便切換MUX/Configuration Switch，讓Type-C USB3.1信號腳改成傳輸DP信號。AUX輔助由Type-C的SBU1,SUB2來傳。HPD是檢測腳，和CC差很少，因此共用。
而DP有lane0-3四組差分信號，Type-C有RX/TX1-2也是四組差分信號，因此徹底替代沒問題。並且在DP協議裏的替代模式，能夠USB信號和DP信號同時傳輸，RX/TX1傳輸USB數據，RX/TX2替換爲lane0,1兩組數據傳輸，此時可支持到4k。
若是DFP認到device爲DP，便切換MUX/Configuration Switch，讓Type-C USB3.1信號腳改成傳輸PCIe信號。一樣的，PCIe使用RX/TX2和SBU1,SUB2來傳輸數據，RX/TX1傳輸USB數據。
這樣的好處就是一個接口同時使用兩種設備，固然了，轉換線就能夠作到，不用任何芯片。
總結
USB Type-C終結了長期以來USB插來插去的缺陷，節省了人們大量的時間，換一次方向至少2s吧，按全球10億人天天插拔一次USB，50%機率插錯，共耗時277000多小時，約爲31年，太恐怖了。
一個接口搞定了音視頻數據三種，體積還算小。能夠預見，之後安卓機能夠改成USB Type-C接口了，若是隻須要USB2.0的話，只須要重作線纜，不用芯片，成本上徹底能夠忽略不計。
至於Thunderbolt，lightning，該怎樣仍是怎樣吧，畢竟百花齊放纔是五彩的世界。