USB Type-C普适性解析

　　作为最新的接口标准，USB Type-C？已然获得了计算和消费电子市场的诸多关注。集功能与满足消费者的诉求于一体，USB Type-C很有希望成为最受人们欢迎的接口之一，但同时也可能是为人们带来最多困扰的接口。替代模式（Alternate Mode，简称"Alt Mode"）、外设模式（Accessory Mode）、结构化VDM（Structured VDM）以及非结构化VDM（Unstructured VDM）等大量术语使得消费者和技术人员摸不着头脑。这些术语定义了USB Type-C接口是如何支持各种非USB功能。本文将为读者解析USB Type-C接口支持的所有非USB功能、系统工程师将会用到的元器件以及消费者需要了解的功能。本文也将讨论视频模式、数据模式、音频模式、调试模式以及高功率供电模式。

　　本文将为您简要介绍一下USB Type-C。它有五项主要特性使USB Type-C成为灵活、可扩展的接口。

　　供电

　　USB Type-C接口默认的5V供电向后兼容之前的USB接口。不仅如此，全新的USB Type-C接口包含4个引脚分别专门用于供电和接地。"USB供电规范（USB Power Delivery Specification ）"可使USB Type-C接口最高可支持20V的电压以及5A的电流。

　　对称的连接

　　USB Type-C接口是对称的，所以它的插拔以及线缆方向正反皆可。插拔方向的解放解決了之前接口带来的主要烦恼。以前接口的种类预示着附属设备的功能（Type-A接口用于主机，Type-B接口用于外部设备）。USB Type-C接口可以接入两端中的任一端，而功能则由被接入的硬件定义。USB Type-C线缆两端的接口是相同的，因此线缆的插拔得以简化。

　　带宽

　　USB Type-C支持USB 2.0、USB 3.1 Gen 1（SuperSpeed USB 5Gbps）和USB 3.1 Gen 2（SuperSpeed USB 10Gbps）数据速率。USB 2.0和 USB 3.1分别由单独的规范定义。SuperSpeed USB 差分信号对被分配在接口的两侧，因此以任一方向插入接口时均会使用到一组SuperSpeed USB信号传输连接。

　　通道配置

　　USB Type-C接口包含2个通道配置（Channel Configuration）信号引脚（CC1 & CC2），用于功能协商。上述信号确定接口插入方向，并用于协商接口上的供电功能、替代模式和外设模式。

　　非USB信号传输

　　USB Type-C接口支持多种OEM产品定制模式，以扩展设备功能。图1展示了USB Type-C的引脚图。某些引脚可根据产品类型重新指派功能。当中黄色标注部分的引脚可通过全功能的USB Type-C线缆进行重新配置。不仅如此，橙色标注部分的引脚也可被重新配置用于直连应用（Direct Connect Application）。

　　信号的重新分配是通过CC通道上的协商实现。接口可进入两种模式，外设模式和替代模式。要进入外设模式，CC通道上将进行简单的逻辑检测以确定需要哪种外设模式。要进入替代模式，CC通道上将使用双相符号编码（Biphase Mark Code， BMC）进行双向通信以正确地设置链路。在这个协商过程中，两端的设备均需要在进行任何改变之前对信号的重新分配协商一致。所有的USB Type-C接口均被要求在非替代模式或非外设模式下能够作为兼容USB的接口使用。

　　图1：USB Type-C接口引脚图

　　外设模式

　　外设模式支持通过USB Type-C接口传输模拟音频或调试信号。在音频模式下，音频输出源设备（如手机或笔记本电脑）能够通过USB 2.0（D+/D-）引脚传输模拟音频信号（R/L），同时通过边带通道（SBU1或 SBU2）中的一条来接收来自外部音频源的麦克风信号。外设模式在不远的将来预计很有可能会支持数字音频。外设模式需要使用简单的直流电平电压比较器来检测链路要求哪种外设模式。该检测块将由音频源设备实现。一旦检测完毕，音频源设备需要使用支持音频信号的模拟开关，并在通过相同引脚传输音频时隔离USB 2.0信号，如图2展示。由于手机/笔记本电脑的外设模式不是强制规定，所以消费者需要详细阅读电子设备的资料以确定其是否支持通过USB Type-C接口传输音频。

　　图2：系统框图——通过USB Type-C接口支持音频外设模式

　　供电数据对象（Power Data Object， PDO）和供电传输协议（Power Delivery Contract）

供电数据对象（PDO）是包含电压和电流性能信息的数据包，可通过USB Type-C接口传输。每个USB Type-C接口（有能力支持供电）在新建连接时可发送最多6个PDO。随后接收设备筛选这6个PDO，在确定合适的电压和电流配对后建立供电协议，从而实现USB Type-C接口间的电力传输。USB type-C接口支持的电压范围为0V至 20V，以50mV幅度增减，支持的电流范围为0A至 5A，以10mA幅度增减。USB Type-C接口原生支持5V @ 900mA供电，其他参数均