USB Type-C工做原理解析

自从苹果发布了新MacBook，USB Type-C接口就成为了热议对象。我来从硬件角度解析下这个USB Type-C，以便你们更好的了解USB Type-C的工做原理。
特点
尺寸小，支持正反插，速度快(10Gb)。这个小是针对之前电脑上的USB接口说的，实际相对android机上的microUSB还大了点：
USB Type-C：8.3mmx2.5mm
microUSB：7.4mmx2.35mm
lightning：7.5mmx2.5mm
因此，从尺寸上我看不到USB Type-C在手持设备上的优点。而速度，只能看视频传输是否须要了。

引脚定义

能够看到，数据传输主要有TX/RX两组差分信号，CC1和CC2是两个关键引脚，做用不少：
• 探测链接，区分正反面，区分DFP和UFP，也就是主从
• 配置Vbus，有USB Type-C和USB Power Delivery两种模式
• 配置Vconn，当线缆里有芯片的时候，一个cc传输信号，一个cc变成供电Vconn
• 配置其余模式，如接音频配件时，dp，pcie时

电源和地都有4个，这就是为何能够支持到100W的缘由。

不要看着USB Type-C好像能支持最高20V/5A，实际上这须要USB PD，而支持USB PD须要额外的pd芯片，因此不要觉得是USB Type-C接口就能够支持到20V/5A。固然，之后应该会出现集成到一块儿的芯片。
辅助信号sub1和sub2(Side band use)，在特定的一些传输模式时才用。
d+和d-是来兼容USB以前的标准的。
这里说一下，USB3.0只有一组RX/TX，速度是5Gb，USB Type-C为了保证正反均可以插就用了两组，但实际上数据传输仍是只用了一组RX/TX,速度就已经达到10Gb了。若是后面升级协议，两组都传的话就和DisplayPort同样20Gb了。

工做流程

上图DFP (Downstream Facing Port)也就是主，UFP (Upstream Facing Port)为从。除了DFP、UFP，还有个DRP (Dual Role port)，DRP能够作DFP也能够作UFP。当DPR接到UFP，DRP转化为DFP。当DRP接到DFP，DRP转化为UFP。两个DRP接在一块儿，这时就是任意一方为DFP，另外一方为UFP。
在DFP的CC pin有上拉电阻Rp，在UFP有下拉电阻Rd。未链接时，DFP的VBUS是无输出的。链接后，CC pin相连，DFP的CC pin会检测到UFP的下拉电阻Rd，说明链接上了，DFP就打开Vbus电源开关，输出电源给UFP。而哪一个CC pin(CC1，CC2)检测到下拉电阻就肯定接口插入的方向，顺便切换RX/TX。
电阻Rd=5.1k，电阻Rp为不肯定的值，根据前面的图看到USB Type-C有几种供电模式，靠什么来甄别? 就靠Rp的值，Rp的值不同，CC pin检测到的电压就不同，而后来控制DFP端执行哪一种供电模式。
须要注意的是，上图里画了两个CC，实际上在不含芯片的线缆里只有一根cc线。
含芯片的线缆也不是两根cc线，而是一根cc，一根Vconn，用来给线缆里的芯片供电(3.3V或5V)，这时就cc端没有下拉电阻Rd，而是下拉电阻Ra，800-1200欧。

当CC pin两个都接了下拉电阻<=Ra，DFP进入音频配件模式，左右声道，mic都俱全，如上图。

USB Type-C和DisplayPort，PCIE
USB PD是BMC编码的信号，而以前的USB则是FSK，因此存在不兼容，不知道目前市面上有没有能转换的产品。
USB PD是在CC pin上传输，PD有个VDM (Vendor defined message)功能，定义了装置端ID，读到支持DP或PCIe的装置，DFP就进入替代(alternate)模式。
若是DFP认到device为DP，便切换MUX/Configuration Switch，让Type-C USB3.1信号脚改成传输DP信号。AUX辅助由Type-C的SBU1,SUB2来传。HPD是检测脚，和CC差很少，因此共用。
而DP有lane0-3四组差分信号，Type-C有RX/TX1-2也是四组差分信号，因此彻底替代没问题。并且在DP协议里的替代模式，能够USB信号和DP信号同时传输，RX/TX1传输USB数据，RX/TX2替换为lane0,1两组数据传输，此时可支持到4k。
若是DFP认到device为DP，便切换MUX/Configuration Switch，让Type-C USB3.1信号脚改成传输PCIe信号。一样的，PCIe使用RX/TX2和SBU1,SUB2来传输数据，RX/TX1传输USB数据。
这样的好处就是一个接口同时使用两种设备，固然了，转换线就能够作到，不用任何芯片。
总结
USB Type-C终结了长期以来USB插来插去的缺陷，节省了人们大量的时间，换一次方向至少2s吧，按全球10亿人天天插拔一次USB，50%几率插错，共耗时277000多小时，约为31年，太恐怖了。
一个接口搞定了音视频数据三种，体积还算小。能够预见，之后安卓机能够改成USB Type-C接口了，若是只须要USB2.0的话，只须要重作线缆，不用芯片，成本上彻底能够忽略不计。
至于Thunderbolt，lightning，该怎样仍是怎样吧，毕竟百花齐放才是五彩的世界。