USB Type-C ? 除了比其前身更快且能夠提供更多功率外，還對這種無處不在的連接標準做出了一些明顯的改變。一方面，有一個新的可逆連接器，它沒有鍵控，因此可以向上插入端口。其次，USB Type-C 將看到電纜兩端使用相同的連接器。

對于使用 USB Type-C 的用戶來說，這意味著更大的便利性和靈活性。但對于我們這些參與構建將采用這一新標準的設備的人來說，它增加了一定程度的復雜性：我們用來連接設備的電纜和它們插入的端口不再只是簡單的機電連接。相反，我們需要建立一定程度的智能來促進新功能。

在這篇文章中，我們將解釋您需要了解的有關 USB Type-C 的所有信息：新特性、它可以做什么、它是如何工作的以及一些支持它的半導體套件。為了完全理解它，我們將首先了解 USB 的先前迭代以及 Type-C 是如何在這些迭代之上構建的。因此，將您的思緒帶回到 1990 年代中期，我們開始了 USB 及其速度、電纜和連接器的演變之旅。

為了完全理解它，我們將首先了解 USB 的先前迭代以及 Type-C 是如何在這些迭代之上構建的。因此，將您的思緒帶回到 1990 年代中期，我們開始了 USB 及其速度、電纜和連接器的演變之旅。

回顧：USB的歷史

通用串行總線，即 USB 的全名，已經存在了近 20 年，現在廣泛應用于從我們的計算機到汽車的各種電子設備中。雖然有 USB 1.0 版，但在 1.1 版中看到了計算機設備連接的大規模采用。USB 1.x 提供低速 （1.5Mbps） 和全速 （12Mbps） 數據速率，可用于從鍵盤、鼠標和操縱桿等輸入設備到外部驅動器、掃描儀和打印機的所有設備。USB 1.x 電纜在主機端有一個公認的 Type-A 連接器，而一個方形的 Type-B 插頭連接到外圍設備。使用不同插頭的原因是為了確保只能從主機向設備供電，從而防止兩臺計算機直接相互連接時可能發生的電氣損壞。

USB 2.0 于 2000 年出現，并帶來了顯著的速度提升，提供 480Mbps 的數據速率以滿足更高速度設備的需求。我們還看到了一系列新的連接器，主要是由于當時市場上的設備外形尺寸縮小，例如數碼相機和手機。Mini-B 插頭之后是更小的 Micro-A 和 Micro-B 連接器，這使得 USB 可以內置到更新的智能手機和平板電腦中，因為它們變得越來越薄。值得注意的是，較新的 Mini 和 Micro 連接器支持帶有 Mini- 和 Micro-AB 插座的 USB On-The-Go （OTG）。OTG 使某些 USB 設備能夠作為主機和外圍設備工作。一個例子是智能手機，它可以作為計算機的外部存儲設備，但也可以作為主機從另一個存儲設備中提取數據，

2008 年引入了 USB 3.0，稱為 SuperSpeed（或 SS），這要歸功于其 5Gbps 的數據速率。由于 USB 3.0 規范包含在 USB 3.1 （2013） 中，SuperSpeed/5Gbps 現在通常被稱為 USB 3.1 Gen 1。USB 3.1 標準還引入了 10Gbps 速度，當時作為 SuperSpeed+ 或 USB 3.1 Gen 2 銷售。除了增強的速度之外，USB 3 還出現了另一個新的連接器：Micro-B SuperSpeed。由于各種插座和插頭排列，它仍然向后兼容 USB 1 和 USB 2 的較低速度。

圖 1. USB 時間線，截至 2014 年推出 USB Type-C。

（由 SlideShare 貢獻者 Rainny Tu 提供）

除了速度的顯著提高外，USB 標準的每次迭代都提高了它可以提供的功率量。USB 最初提供從主機（或另一個所謂的“上游”設備）到連接的“下游”設備的標稱 5V 總線電源 （VBUS）。低功率下游設備的額定電流為 100mA （0.5W），高功率設備的額定電流為 2.5W。SuperSpeed 設備的額定功率為 0.75W（低功率）和 4.5W（高功率）。USB 還可用于為電池充電，通過從充電器、具有專用充電端口 （DCP） 或充電下游端口 （CDP） 的主機設備提供高達 25W 的功率，后者還提供數據信號。USB 電源的下一個發展是 2012 年 USB 電源傳輸 （PD） 規范。這使兼容的下游設備能夠從兼容的主機設備請求更大的電源電壓和電流。

USB Type-C 與其前代產品有何不同

由于 USB 已經存在了這么長時間，開發 USB Type-C 的人在接受之前所有規范的遺產時面臨著重大挑戰。USB Type-C 的最終規格僅在 USB 3.1 一年后出現，但發生了很多變化，尤其是新的可逆插頭。就像 Apple 現在在 iPhone 和 iPad 中使用的 Lightning 連接器一樣，您無需考慮插入 USB Type-C 插頭的方式這一事實使其比其前身更加方便。然而，為了實現這一點，系統需要更高級別的智能來正確路由電源和數據信號。與 Lightning 不同，USB Type-C 不需要將這種智能內置到電纜本身中。相反，它允許有源和無源電纜。

USB Type-C 的連接器引腳數量大幅增加。類似尺寸的 Micro-USB 插頭僅包含 5 個針腳，而 USB Type-C 則擁有 24 個針腳。這是為了使其能夠以任何一種方式插入，并為未來的性能增強和新功能提供空間。

USB Type-C 中的新操作模式（例如備用模式和附件模式）形成了一種新的 USB 定義的創新方法。

此外，在電纜的兩端具有相同的連接器意味著 USB Type-C 必須能夠正確識別主機和外圍設備，以確保整個總線按預期工作。由于需要支持可以執行任一角色的設備，這使情況變得復雜。

圖 2. USB Type-C 連接器中的引腳分配圖

（由 OFweek.com 提供）

USB Type-C 也見證了總線可以提供的功率水平的階梯式變化。在 SuperSpeed 的最大功率為 4.5W 的情況下，Type-C 通過 VBUS 連接可達到 15W（通過 5V 時的 1.5A 和 3A 電流）。USB Type-C 支持 Power Delivery 2.0 規范，通過使用電子標記的有源 Type-C 電纜，或通過雙相標記代碼 （BMC） 編碼的配置線。還有一個額外的電源通過未使用的 CC 引腳（CC1 或 CC2）為外部設備、有源電纜或電子標記電纜供電。

讓 USB Type-C 工作

USB Type-C 需要大量的電路選項來支持其無數的功能模型。下面顯示了一個這樣的示例，其中設備通過全功能電纜連接到主機。由于電纜的端到端方向由 CC 線確定，您需要在任一端的端口中支持邏輯來識別它是翻轉還是未翻轉，以及電纜是直的還是扭曲的。因此，有四種潛在的數據路徑：

直接未翻轉：將 TX1 和 RX1 托管到設備 TX1 和 RX1，CC1 到 CC1

Twisted unflipped：主機 TX1 和 RX1 到設備 TX2 和 RX2 與 CC1 到 CC2

直接翻轉：主機 TX2 和 RX2 到設備 TX2 和 RX2，CC2 到 CC2

扭曲翻轉：主機 TX2 和 RX2 到設備 TX1 和 RX1，CC2 到 CC1

圖 3. USB Type-C 實現的功能模型，使用全功能電纜。CC 線確定方向。（由 USB 實施者論壇 2015 提供）

連接引線后，選定的信號驅動器、接收器和開關/多路復用器將啟動，但對于完整的 USB Type-C 實施，您需要所有這些都存在。令人高興的是，您仍然可以在 USB Type-C 中使用許多最初為 USB 3.1 創建的多路復用器、接收器和驅動程序。請注意，您可能會在主機和設備端口中看到更多電路，例如驅動顯示器所需的電路。

Diodes Incorporated 最近收購了 Pericom Semiconductor Corporation，現在提供范圍廣泛的組件和集成電路選擇，使您能夠通過 USB Type-C 連接器連接計算機、移動設備和其他設備。Diodes 在超高速 （10Gbps+） 信號切換和調節方面的開創性工作為創建 USB 3.1 Gen 1 和 USB 3.1 Gen 2 兼容設備奠定了基礎。

下面，我們簡要探討三個用例，如圖所示。

筆記本電腦、平板電腦和個人電腦

在此示例中，位于 USB Type-C 連接器和主機設備的 I/O 集線器之間的是一個 Type-C 交叉開關 （ PI3USB31532 ），它可以通過 USB 類型切換 USB 3.1 Gen 1、Gen 2 和 DisplayPort 1.2 和 1.3 -C 連接器。在 USB 端，它連接到一個PI3EQX1002B ReDriver，由于它能夠減少符號間干擾，它可以優化各種物理介質的性能。

Diodes 組件為主機端和設備端提供多種充電和控制解決方案，包括過溫和過壓保護以及通過 Type-C 插頭提供高達 100W 的充電能力。

在此示例中，請注意PI5USB2546A主機端充電控制器及其內置高速數據線（D+ 和 D-）。這有助于睡眠模式充電，并使您能夠通過鍵盤或鼠標喚醒設備。在設備端，有一個PI3USB9281C，提供對不同類型充電器或 OTG 配件的外部檢測。這部分包括過流和過壓保護。

圖 4. USB Type-C 的筆記本電腦、平板電腦或 PC 實施示例。

電話

在智能手機中，我們使用PI5USB30213A開關將 Type-C 端口與主芯片組連接起來。該組件使設備能夠充當主機、外圍設備和雙重角色模式。配置是自動的，基于在 CC 引腳上檢測到的電壓。

圖 5. 智能手機中 USB Type-C 的實現。

塢站

最后一個示例是通用擴展塢，它通過單個 USB Type-C 導線連接到上游主機。它承載 USB 3 和 DisplayPort 信號，以及為主機供電。在擴展塢的 USB 端，有一個 PI3USB31532 Type-C 交叉開關、PI3EQX1002B ReDriver 和一個 USB 3 集線器。為了使擴展塢能夠通過 VBUS 向主機供電，還有一個電源開關。

圖 6. 同時為主機設備供電的 USB Type-C 通用擴展塢。

結論

隨著 Type-C 的出現，無處不在的計算連接標準 USB 被賦予了新的生命。憑借其更小、可逆的連接器、高數據速率和總線功率，Type-C 的創造者希望它能顯著延長 USB 已經長達 20 年的使用壽命。但與多年來逐步發展的任何技術標準一樣，在向后兼容性方面存在很多挑戰。通過將智能融入物理端口并包括使用有源電纜，USB Type-C 克服了這些障礙。

但要處理種類繁多的主機和外圍設備功能，那些構建 USB Type-C 實現的人仍然需要高性能和低成本的集成電路 （IC） 和其他組件，例如 Diodes 的 Pericom 產品提供的那些。