USB Type-C普适性解析：工程师朋友更应当了解

作为最新的接口标准，USB Type-C?已然获得了核算和消费电子市场的许多重视。集功用与满意顾客的诉求于一体，USB Type-C很有期望成为最受人们欢迎的接口之一，但一起也或许是为人们带来最多困扰的接口。代替形式（Alternate Mode，简称“Alt Mode”）、外设形式（Accessory Mode）、结构化VDM（Structured VDM）以及非结构化VDM（Unstructured VDM）等许多术语使得顾客和技术人员摸不着头脑。这些术语界说了USB Type-C接口是怎么支撑各种非USB功用。本文将为读者解析USB Type-C接口支撑的一切非USB功用、体系工程师将会用到的%&&&&&%以及顾客需求了解的功用。

本文也将评论视频形式、数据形式、音频形式、调试形式以 及高功率供电形式。

本文将为您扼要介绍一下USB Type-C。它有五项首要特性使USB Type-C成为灵敏、可扩展的接口。

供电

USB Type-C接口默许的5V供电向后兼容之前的USB接口。不仅如此，全新的USB Type-C接口包括4个引脚别离专门用于供电和接地。“USB供电标准（USB Power Delivery Specification ）”可使USB Type-C接口最高可支撑20V的电压以及5A的电流。

对称的衔接

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首要烦恼。曾经接口的品种预示着隶属设备的功用 （Type-A接口用于主机，Type-B接口用于外部设备）。USB Type-C接口能够接入两头中的任一端，而功用则由被接入的硬件界说。USB Type-C线缆两头的接口是相同的，因而线缆的插拔得以简化。

带宽

USB Type-C支撑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别离由独自的标准界说。SuperSpeed USB 差分信号对被分配在接口的两边，因而以任一方向刺进接口时均会运用到一组SuperSpeed USB信号传输衔接。

通道装备

USB Type-C接口包括2个通道装备（Channel Configuration）信号引脚（CC1 & CC2），用于功用洽谈。上述信号承认接口刺进方向，并用于洽谈接口上的供电功用、代替形式和外设形式。

非USB信号传输

USB Type-C接口支撑多种OEM产品定制形式，以扩展设备功用。图1展现了USB Type-C的引脚图。某些引脚可依据产品类型从头指使功用。傍边黄色标示部分的引脚可经过全功用的USB Type-C线缆进行从头装备。不仅如此，橙色标示部分的引脚也可被从头装备用于直连运用（Direct Connect Application）。

信号的从头分配是经过CC通道上的洽谈完成。接口可进入两种形式，外设形式和代替形式。要进入外设形式，CC通道大将进行简略的逻辑检测以承认需求哪种外设 形式。要进入代替形式，CC通道大将运用双相符号编码（Biphase Mark Code, BMC）进行双向通信以正确地设置链路。在这个洽谈过程中，两头的设备均需求在进行任何改动之前对信号的从头分配洽谈一致。一切的USB Type-C接口均被要求在非代替形式或非外设形式下能够作为兼容USB的接口运用。

图1：USB Type-C接口引脚图

外设形式

外设形式支撑经过USB Type-C接口传输模仿音频或调试信号。在音频形式下，音频输出源设备（如手机或笔记本电脑）能够经过USB 2.0（D+/D-）引脚传输模仿音频信号（R/L），一起经过边带通道（SBU1或 SBU2）中的一条来接纳来自外部音频源的麦克风信号。外设形式在不远的将来估计很有或许会支撑数字音频。外设形式需求运用简略的直流电平电压比较器来检 测链路要求哪种外设形式。该检测块将由音频源设备完成。一旦检测结束，音频源设备需求运用支撑音频信号的模仿开关，并在经过相同引脚传输音频时阻隔USB 2.0信号，如图2展现。因为手机/笔记本电脑的外设形式不是强制规则，所以顾客需求具体阅览电子设备的材料以承认其是否支撑经过USB Type-C接口传输音频。

图2：体系框图——经过USB Type-C接口支撑音频外设形式

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

供电数据目标（PDO）是包括电压和电流功用信息的数据包，可经过USB Type-C接口传输。每个USB Type-C接口（有才能支撑供电）在新建衔接时可发送最多6个PDO。随后接纳设备挑选这6个PDO，在承认适宜的电压和电流配对后树立供电协议，然后 完成USB Type-C接口间的电力传输。USB type-C接口支撑的电压规模为0V至 20V，以50mV起伏增减，支撑的电流规模为0A至 5A，以10mA起伏增减。USB Type-C接口原生支撑5V @ 900mA供电，其他参数均是可选的。购买USB Type-C接口的供电和用电设备时有必要细心承认它们的功用以及要求，以完成最快的充电。不然顾客将有或许会遇到只要1个PDO匹配的局势，即5V @ 900mA（4.5W）。因为上述状况，未来的开发会让用户能够愈加方便地匹配供电和用电设备。

代替形式（结构化VDM）

代替形式是经过USB Type-C接口洽谈来传输非USB数据的另一种可选方法。现在已有2款与USB开发者论坛（USB Implementers Forum）达到协作协议的标准化代替形式——DisplayPort和MHL?，由其所属的标准安排开发。Thunderbolt 3是Intel开发的私有代替形式。DisplayPort和 MHL致力于将支撑USB Type-C的产品衔接至外部显示器，Thunderbolt则得益于Intel最新的Alpine Ridge控制器集成了PCI Express Gen3和 USB 3.1 Gen 2功用，所以还添加了支撑数据的附加层。依据arstechnica的报导，Thunderbolt代替形式凭仗其先进的集成功用可供给USB Type-C接口上第一流的协议支撑，原生支撑PCI Express Gen 3、USB 3.1 Gen 2、DisplayPort 1.2以及Thunderbolt。Thunderbolt 3支撑最高40 Gbps速率，可驱动两个4K 60 fps显示屏或一个5K 60 fps显示屏。

DisplayPort更重视视频分辨率，致力于经过单个USB Type-C接口传输8K分辨率视频。DP1.3能够供给32.4Gbps速率，支撑无损视频数据，VESA FAQ页面供给的信息标明其可满意8K 60 fps 4:2:0视频的传输要求。

第二种适用于USB Type-C接口的标准化代替形式是MHL，它能够支撑紧缩或无损的视频信号。在未经紧缩的状况下，MHL可供给24 Gbps的速率，适用于4K 60 fps 12位色深视频的传输。运用视频流紧缩（Display Stream Compression, DSC）技术后，MHL可支撑高达72Gbps的速率，满意8K 60 fps 4:4:4视频传输的带宽需求，这使得MHL成为满意有用视频带宽需求的首选。DSC是依据行的紧缩算法，可供给视觉无损的解决计划，一起最小化运用紧缩 技术后的视频推迟。图3展现了运用DSC前和运用DSC后的图画实例。

图3：右侧图片依照DSC标准进行了2.5x紧缩，左边图片未经紧缩。阅览者很难看出两者的不同。

为了运用上述两种标准化代替形式，体系架构工程师有必要首要挑选支撑所选标准的芯片组。Intel是Thunderbolt的独家供货商，而MHL或 DisplayPort的供货商则有许多。体系架构工程师接下来还需求代替形式洽谈芯片，如莱迪思最新的USB Type-C接口控制器产品。因为没有对相关标志的强制性规则，顾客在购买产品之前需求阅览产品文档来了解产品支撑哪些代替形式，防止产生购买了 DisplayPort产品却要将其衔接到MHL配件的状况。

结构化和非结构化的供货商自界说音讯（Vendor Defined Messages, VDM）

结构化和非结构化VDM均树立于SVID（标准ID或供货商ID）并由USB-IF同意，所以能够保证两者均是绝无仅有的。标准ID被指定为标准化代替模 式，适用于整个USB Type-C生态体系（如MHL和DisplayPort）。供货商ID是仅有的，适用于某个企业，或许不为大众所知。

USB 供电（USB Power Delivery, USB PD）音讯/指令由上述两种标准或供货商独家界说。结构化VDM音讯是可扩展的指令，在USB PD标准中有界说，是进入和退出代替形式的首要机制。非结构化VDM完全由供货商界说，并在进入代替形式中遍及（但非必需）运用。

举个比如，假如设备进入了代替形式，那么它或许继续发送结构化VDM以办理代替形式的运转。不过有些指令的需求是很难用结构化VDM来支撑的。

顾客培育

USB Type-C接口成功的关键在于教育顾客以及培育他们的重视度。在初次面临顾客时应当着重强调USB Type-C接口的全新优势：

·正反皆可的插拔和线缆方向。

·灵敏和快速的充电，依据USB供电协议支撑高达20V的电压和高达5A的电流。

·规划用于支撑可选的信号传输形式，如音频耳机和视频输出。

顾客在购买USB Type-C充电器时需求承认充电器是否满意设备的快速充电功用要求（电压和电流）以享用最快的充电体会。

对手机和笔记本电脑支撑的外设形式没有强制规则，所以顾客需求承认产品是否具有所需的功用，如USB Type-C接口是否支撑音频形式。

对代替形式的标志也没有强制规则，所以顾客也要承认产品支撑哪种或哪些代替形式（如MHL、DisplayPort或Thunderbolt）。

已上市的USB Type-C产品

下方表格中所列的终端产品已宣告支撑USB Type-C。一起，表格还列出了每个产品的文档中所记载的特性。