Najnowsza specyfikacja interfejsu wprowadzona po Type-B. W odróżnieniu od tradycyjnego interfejsu USB, Type-C przyjmuje symetryczną konstrukcję, która nie wymaga rozróżniania kierunku wtyczki, unikając żmudnej operacji podłączania przez użytkowników w odpowiednim i złym kierunku. Ponadto USB Type-C obsługuje protokół USB PD (Power Delivery), który zwiększa moc ładowania z tradycyjnego maksimum 7,5 W (5 V 1,5 A) do maksymalnie 100 W (20 V 5 A). Najnowsza specyfikacja USB PD3.1 dodatkowo poprawia moc ładowania Type-C, z maksymalną mocą do 240 W (28 V 5 A).
W przypadku tradycyjnych urządzeń USB typu A lub typu B interfejs zasilania (Source) i interfejs odbioru zasilania (Sink) są już ujednolicone w definicji interfejsu, więc nie ma potrzeby martwić się o odwrotne lub nieprawidłowe połączenie. W przypadku urządzeń z interfejsami typu C, ponieważ nie ma takich różnic, użytkownicy nie mogą znać typu interfejsu, więc sam kontroler typu C musi to uzupełnić. Jak więc interfejsy typu C rozpoznają się nawzajem i zapewniają prawidłową logikę zasilania?
Definicja pinów interfejsu typu C
Interfejs typu C dzieli się na żeńską głowicę (gniazdo) i męską głowicę (wtyczka). Całkowita liczba pinów typu C wynosi 24, a definicje każdego pinu są następujące:
1. VBUS: Łącznie cztery kanały, piny napięcia magistrali do zasilania między urządzeniami, niezależnie od tego, czy są włożone do przodu czy do tyłu, te cztery piny zapewnią zasilanie
2. GND: Łącznie cztery kanały, obwody zasilania między urządzeniami, niezależnie od tego, czy są włożone do przodu czy do tyłu, te cztery piny zapewnią obwody zasilania
3. TX+/TX- i RX+/RX-: Łącznie cztery pary dla sygnałów USB3.0 o dużej prędkości
4. D+/D-: Łącznie dwie pary dla sygnałów USB2.0. Na złączu żeńskim te dwie pary zwierają się w jedną parę
5. CC/VCONN: Pin CC to pin konfiguracyjny używany do wykrywania połączenia urządzenia i kierunku podłączania do przodu i do tyłu, a także linia do komunikacji USB PD; VCONN to pin, który jest symetryczny ukośnie do pinu CC. Gdy jeden pin jest potwierdzony jako CC, drugi jest definiowany jako VCONN, który służy do zasilania kabla eMark
6. SBU1/SBU2: Multipleksowane piny, np. zapewniające dodatkowe SBTX i SBRX dla USB4
Złącze żeńskie ma 24 piny ze skośną symetrią na górnym i dolnym pinie, aby spełnić potrzeby użytkownika dotyczące podłączania do przodu i do tyłu; złącze męskie ma 22 piny. Ponieważ w specyfikacji USB2.0 jest tylko jedna para pinów D+/D-, w złączu męskim zachowano tylko jedną parę pinów D+/D-.
Oczywiście, w rzeczywistym projektowaniu produktu inżynierowie odpowiednio zmniejszą liczbę pinów zgodnie z definicją produktu, aby zaoszczędzić na kosztach. Na przykład w przypadku produktów, które zapewniają tylko ładowanie, takich jak zasilacze, takie produkty nie wymagają szybkiej komunikacji danych USB3.0, więc zachowane są tylko piny CC, VBUS, GND i D+/D-.
Pod względem zasilania urządzenia typu C można podzielić na trzy kategorie
1. Urządzenia typu C, które mogą być używane wyłącznie jako źródło zasilania, takie jak ładowarki typu C itp.
2. Urządzenia typu C, które mogą być używane wyłącznie do odbioru energii (Sink), np. telefony komórkowe typu C itp.
3. Urządzenia typu C (DRP, Dual RolePort), które mogą być używane zarówno jako źródło zasilania (Source), jak i odbiornik zasilania (Sink), np. notebooki z wejściem typu C, dwukierunkowe power banki itp.
Oczywistym jest, że gdy dwa urządzenia typu C zostaną połączone ze sobą za pomocą kabli C2C, obie strony muszą wiedzieć, do jakiego typu urządzenia należy druga strona, w przeciwnym razie doprowadzi to do niezadowalającego ładowania (np. ładowania zwrotnego) lub braku ładowania, a nawet może spowodować problemy z bezpieczeństwem.
Na przykład, gdy użytkownik używa ładowarki (Źródło) do ładowania dwukierunkowego power banku typu C (DRP), w idealnym przypadku power bank powinien „służyć” jako Odbiornik. Jednak z powodu nieprawidłowej identyfikacji typu urządzenia power bank może „służyć” jako Źródło i powodować „przepływ wsteczny prądu”, uszkadzając oba urządzenia.
Specyfikacja interfejsu typu C rozróżnia Source, Sink i DRP poprzez serię mechanizmów „pull-up” i „pull-down” na pinie CC. W przypadku urządzeń Source pin CC musi być skonfigurowany za pomocą rezystora pull-up Rp; w przypadku urządzeń Sink pin CC musi być skonfigurowany za pomocą rezystora pull-down Rd; a w przypadku urządzeń DRP pull-up i pull-down są przełączane naprzemiennie za pomocą przełączników.
Źródło ustala, czy urządzenie jest podłączone, wykrywając pin CC na końcu Rp, a odbiornik ustala kierunek podłączenia do przodu i do tyłu, wykrywając pin CC na końcu Rd.
Rezystor pull-down Rd=5.1k i rezystor pull-up Rp są ustawione zgodnie z pojemnością zasilania i napięciem pull-up. Pojemność zasilania USB typu C jest następująca:
1. Domyślna moc zasilania USB (Domyślne zasilanie USB). Interfejs USB2.0 ma 500 mA; interfejs USB3.2 ma 900 mA i 1500 mA
2. Protokół BC1.2 (BatteryCharge 1.2). Obsługuje maksymalną moc 7,5 W, tj. 5 V 1,5 A
3. Prąd USB typu C 1,5 A, obsługuje maksymalną moc 7,5 W, tj. 5 V 1,5 A
4. Prąd USB typu C 3A, obsługuje maksymalną moc 15W, tj. 5V3A
5. Protokół USB PD (USB Power Delivery) obsługuje maksymalną moc 100 W, tj. 20 V 5 A
Priorytety tych pięciu możliwości zasilania rosną w kolejności, a moc zasilania również stopniowo wzrasta. Możliwość zasilania o wysokim priorytecie zastąpi możliwość zasilania o niskim priorytecie. Spośród nich domyślne zasilanie USB, prąd USB Type-C 1,5 A i prąd USB Type-C 3 A można ustawić, konfigurując wartość Rp.
Gdy oba urządzenia są połączone, Sink uzyskuje zdolność zasilania Źródła poprzez wykrycie wartości dzielnika napięcia vRd Rp i Rd. Poniżej przedstawiono odpowiednią zależność między wartością Rp, zakresem napięcia vRd i zdolnością zasilania Źródła.
W tym samym czasie drugi CC urządzenia został pozostawiony w stanie unoszenia się lub ściągnięty w dół przez Ra=1k. Jeśli Ra jest ściągnięty w dół, oznacza to, że kabel USB-C ma wbudowany układ eMarker, a Source musi przełączyć pin na VCONN, aby zasilić kabel.
Do tej pory wyjaśniliśmy, że urządzenia wykorzystują „pull-up” lub „pull-down” lub naprzemiennie przełączają się między nimi, aby określić Źródło, Odbiornik i DRP, a także ustawić i określić pojemność zasilania Źródła za pomocą wartości rezystancji Rp i wartości napięcia vRd. Jednak w jaki sposób ten proces jest wdrażany? W jaki sposób Type-C unika ładowania wstecznego lub nieprawidłowego ładowania?