Ποιος είναι ο ορισμός pin της διεπαφής Type-C

Η πιο πρόσφατη προδιαγραφή διεπαφής που εισήχθη μετά το Type-B. Διαφορετικό από την παραδοσιακή διεπαφή USB, το Type-C υιοθετεί μια συμμετρική σχεδίαση, η οποία δεν χρειάζεται να διακρίνει την κατεύθυνση του βύσματος, αποφεύγοντας την κουραστική λειτουργία των χρηστών που συνδέουν τη σωστή και τη λάθος κατεύθυνση. Επιπλέον, το USB Type-C υποστηρίζει το πρωτόκολλο USB PD (Power Delivery), το οποίο αυξάνει την ισχύ φόρτισης από το παραδοσιακό μέγιστο 7,5W (5V1,5A) σε μέγιστο 100W (20V5A). Η τελευταία προδιαγραφή USB PD3.1 βελτιώνει περαιτέρω την ισχύ φόρτισης Type-C, με μέγιστη ισχύ έως 240W (28V5A).

Για τις παραδοσιακές συσκευές USB Type-A ή Type-B, η διεπαφή τροφοδοσίας (Πηγή) και η διεπαφή λήψης ισχύος (Sink) είναι ήδη τυποποιημένες στον ορισμό της διεπαφής, επομένως δεν χρειάζεται να ανησυχείτε για αντίστροφη ή λάθος σύνδεση. Για συσκευές με διεπαφές Type-C, καθώς δεν υπάρχουν τέτοιες διαφορές, οι χρήστες δεν μπορούν να γνωρίζουν τον τύπο της διεπαφής, επομένως ο ίδιος ο ελεγκτής Type-C πρέπει να το ολοκληρώσει. Πώς λοιπόν οι διεπαφές Type-C αναγνωρίζουν η μία την άλλη και παρέχουν τη σωστή λογική τροφοδοσίας;

Ορισμός pin της διεπαφής Type-C

Η διεπαφή Type-C χωρίζεται σε γυναικεία κεφαλή (Receptacle) και αρσενική κεφαλή (Plug). Οι πλήρεις ακίδες Τύπου C είναι 24 και οι ορισμοί κάθε ακίδας είναι οι εξής:

1. VBUS: Συνολικά τέσσερα κανάλια, ακίδες τάσης BUS για τροφοδοσία μεταξύ συσκευών, ανεξάρτητα από το αν έχουν εισαχθεί προς τα εμπρός ή προς τα πίσω, αυτοί οι τέσσερις ακροδέκτες θα παρέχουν τροφοδοσία ρεύματος

2. GND: Συνολικά τέσσερα κανάλια, κυκλώματα τροφοδοσίας μεταξύ συσκευών, ανεξάρτητα από το αν εισάγονται προς τα εμπρός ή προς τα πίσω, αυτοί οι τέσσερις ακροδέκτες θα παρέχουν κυκλώματα τροφοδοσίας

3. TX+/TX- και RX+/RX-: Συνολικά τέσσερα ζεύγη, για σήματα υψηλής ταχύτητας USB3.0

4. D+/D-: Συνολικά δύο ζεύγη, για σήματα USB2.{4}}. Στον θηλυκό σύνδεσμο, αυτά τα δύο ζεύγη θα βραχυκυκλωθούν σε ένα ζεύγος

5. CC/VCONN: Ο ακροδέκτης CC είναι ένας ακροδέκτης διαμόρφωσης που χρησιμοποιείται για την ανίχνευση της σύνδεσης της συσκευής και της κατεύθυνσης σύνδεσης προς τα εμπρός και προς τα πίσω, και είναι επίσης η γραμμή επικοινωνίας USB PD. Το VCONN είναι μια ακίδα που είναι λοξά συμμετρική με την ακίδα CC. Όταν ένας ακροδέκτης επιβεβαιώνεται ως CC, ο άλλος ορίζεται ως VCONN, ο οποίος χρησιμοποιείται για την τροφοδοσία του καλωδίου eMark

6. SBU1/SBU2: Πολυσύνθετες ακίδες, όπως παροχή πρόσθετων SBTX και SBRX για USB4

Ο θηλυκός σύνδεσμος είναι 24 ακίδων με λοξή συμμετρία στις επάνω και κάτω ακίδες για να ανταποκρίνεται στις ανάγκες βουλώματος του χρήστη προς τα εμπρός και προς τα πίσω. ο αρσενικός σύνδεσμος είναι 22 ακίδων. Εφόσον υπάρχει μόνο ένα ζεύγος D+/D- στην προδιαγραφή USB2.0, μόνο ένα ζεύγος ακίδων D+/D- διατηρείται στον αρσενικό σύνδεσμο.

Φυσικά, στον πραγματικό σχεδιασμό του προϊόντος, οι μηχανικοί θα μειώσουν κατάλληλα τον αριθμό των ακίδων σύμφωνα με τον ορισμό του προϊόντος για εξοικονόμηση κόστους. Για παράδειγμα, για προϊόντα που παρέχουν μόνο φόρτιση, όπως μετασχηματιστές ρεύματος, τέτοια προϊόντα δεν απαιτούν επικοινωνία δεδομένων υψηλής ταχύτητας USB3.0, επομένως διατηρούνται μόνο οι ακίδες CC, VBUS, GND και D+/D-.

Όσον αφορά την τροφοδοσία, οι συσκευές Type-C μπορούν να χωριστούν σε τρεις κατηγορίες

1. Συσκευές τύπου C που μπορούν να χρησιμοποιηθούν μόνο ως τροφοδοτικό (Πηγή), όπως φορτιστές Type-C κ.λπ.

2. Συσκευές Type-C που μπορούν να χρησιμοποιηθούν μόνο ως λήψη ρεύματος (Sink), όπως κινητά τηλέφωνα Type-C κ.λπ.

3. Συσκευές Type-C (DRP, Dual RolePort) που μπορούν να χρησιμοποιηθούν και ως τροφοδοτικό (Source) και ως λήψη ρεύματος (Sink), όπως notebooks Type-C, αμφίδρομα power bank κ.λπ.

Προφανώς, όταν δύο συσκευές Type-C συνδέονται μεταξύ τους μέσω καλωδίων C2C, και τα δύο μέρη πρέπει να γνωρίζουν σε ποιον τύπο συσκευής ανήκει το άλλο μέρος, διαφορετικά θα οδηγήσει σε μη ικανοποιητική φόρτιση (όπως αντίστροφη φόρτιση) ή μη φόρτιση, ακόμη και προβλήματα ασφάλειας.

Για παράδειγμα, όταν ένας χρήστης χρησιμοποιεί έναν φορτιστή (Πηγή) για να φορτίσει μια αμφίδρομη τράπεζα τροφοδοσίας τύπου C (DRP), ιδανικά, το power bank θα πρέπει να «χρησιμεύει» ως νεροχύτη. Ωστόσο, λόγω εσφαλμένης αναγνώρισης τύπου συσκευής, το power bank μπορεί να "χρησιμοποιήσει" ως πηγή και να προκαλέσει "τρέχουσα αντίστροφη ροή", καταστρέφοντας και τις δύο συσκευές.

Η προδιαγραφή διεπαφής Type-C κάνει διάκριση μεταξύ Source, Sink και DRP μέσω μιας σειράς μηχανισμών "pull-up" και "pull-down" στον ακροδέκτη CC. Για συσκευές Source, ο ακροδέκτης CC απαιτείται να διαμορφωθεί με μια αντίσταση pull-up Rp. για συσκευές Sink, ο ακροδέκτης CC απαιτείται να διαμορφωθεί με μια πτυσσόμενη αντίσταση Rd. και για συσκευές DRP, το pull-up και το pull-down εναλλάσσονται εναλλάξ με διακόπτες μεταγωγής.

Το Source καθορίζει εάν μια συσκευή είναι συνδεδεμένη ανιχνεύοντας τον ακροδέκτη CC στο άκρο Rp και το Sink καθορίζει την κατεύθυνση της εισαγωγής προς τα εμπρός και προς τα πίσω ανιχνεύοντας τον ακροδέκτη CC στο άκρο Rd.

Η συρόμενη αντίσταση Rd=5.1k και η αντίσταση έλξης Rp ρυθμίζεται ανάλογα με την χωρητικότητα τροφοδοσίας και την τάση έλξης. Η χωρητικότητα τροφοδοσίας του USB Type-C είναι η εξής:

1. Προεπιλεγμένη χωρητικότητα τροφοδοσίας USB (Προεπιλεγμένη τροφοδοσία USB). Η διεπαφή USB2.{2}} είναι 500 mA. Η διασύνδεση USB3.2 είναι 900mA και 1500mA

2. Πρωτόκολλο BC1.2 (BatteryCharge 1.2). Υποστηρίζει μέγιστη ισχύ 7,5W, δηλαδή 5V1,5A

3. USB Type-C Current 1.5A, υποστηρίζει μέγιστη ισχύ 7.5W, δηλαδή 5V1.5A

4. USB Type-C Current 3A, υποστηρίζει μέγιστη ισχύ 15W, δηλαδή 5V3A

5. Πρωτόκολλο USB PD (USB Power Delivery), υποστηρίζει μέγιστη ισχύ 100W, δηλαδή 20V5A

Οι προτεραιότητες αυτών των πέντε δυνατοτήτων τροφοδοσίας αυξάνονται διαδοχικά και η ισχύς του τροφοδοτικού αυξάνεται επίσης σταδιακά. Η δυνατότητα παροχής ρεύματος με υψηλή προτεραιότητα θα υπερισχύσει της δυνατότητας τροφοδοσίας με χαμηλή προτεραιότητα. Μεταξύ αυτών, η προεπιλεγμένη ισχύς USB, το ρεύμα USB Type-C 1.5A και το ρεύμα USB Type-C 3A μπορούν να ρυθμιστούν διαμορφώνοντας την τιμή Rp.

Όταν οι δύο συσκευές είναι συνδεδεμένες, το Sink αποκτά την ικανότητα τροφοδοσίας της Πηγής ανιχνεύοντας την τιμή διαιρέτη τάσης vRd των Rp και Rd. Ακολουθεί η αντίστοιχη σχέση μεταξύ της τιμής Rp, του εύρους τάσης vRd και της δυνατότητας τροφοδοσίας πηγής.

Ταυτόχρονα, το άλλο CC της συσκευής έχει αφεθεί να επιπλέει ή έχει τραβηχτεί προς τα κάτω από τον Ra=1k. Εάν το Ra τραβηχτεί προς τα κάτω, σημαίνει ότι το καλώδιο USB-C έχει ενσωματωμένο τσιπ eMarker και η πηγή πρέπει να αλλάξει την ακίδα σε VCONN για να τροφοδοτήσει το καλώδιο.

Μέχρι στιγμής, έχουμε εξηγήσει ότι οι συσκευές χρησιμοποιούν "pull-up" ή "pull-down", ή εναλλακτικά εναλλάσσονται μεταξύ των δύο, για να προσδιορίσουν την Πηγή, το Sink και το DRP και ρυθμίζουν και προσδιορίζουν την χωρητικότητα τροφοδοσίας της πηγής με την τιμή αντίστασης Rp και την τιμή τάσης vRd. Πώς όμως υλοποιείται αυτή η διαδικασία; Πώς ο Type-C αποφεύγει την αντίστροφη φόρτιση ή τη λανθασμένη φόρτιση;