usb otg type-c的硬件介绍

萝らか妹 提交于 2020-02-16 14:34:55

 

一 usb硬件接口:

Type A

Type B

Type C

Mini usb

Micro usb

1 typeA

 

2 Type-b

 

 

3 Type-c

 

 

4 Mini usb

 

5 Micro usb

 

 

二 usb线序

1 Usb2.0

 

usb2.0包含:

1、DM+:Data Minus,数据负信号;

2、DP -:USB Data Positive,数据正信号;

3、VCC(Voltage to Current Converter)正极

4、GND负极(Ground即地线)

 

 

Mini usb和micro usb在usb2.0 基础上引入了第五根线:ID检测线;用于OTG功能;

OTG功能就是设备既可以作为usb host又可以作为client;设备就是通过检测这个ID脚完成主从切换的;

OTG_ID:输入信号,由 USB OTG 协议定义,用于识别 USB 口所接设备的默认角色(HOST or device)。 USB_ID 默认上拉,处于 device 状况,如果要控制器进入 HOST 状态,需外接 mini-A 口或 micro-A 口将 USB_ID 短接到地。

Usb数据线

otg数据线

例如

当手机接入usb数据线后,检测到ID脚为悬空后自己切换为device模式;

当手机接入otg数据线后,检测到ID脚为低后自己切换到host模式;

 

2 Usb3.0

1-4管脚为兼容usb2.0;5-9为usb3.0输出;

 

这里在硬件接口上是这样连接;在芯片内部使用的是不同的usb phy;如一个usb3.0的type-A口,实际内部使用了一个usb2.0 phy加上一个3.0 phy组成;

3 type-c

1 功能描述

上面章节描述的都是外部接口,这个接口只针对usb协议;

而这个type-c不仅仅是一个外部接口,也是一个独立于usb的协议(USB Type-C Specification Release 1.3.pdf);除了可以支持到usb3.1的传输,也有下面描述的type-c主要特性:

1 插头没有方向,支持正反插(引入检测正反插问题);

2 线缆2端插头完全一样(引入两个设备主从协商问题);

3 USB PD功能:协商2个设备之间的电压、电流和充电方向

4 Alternate mode支持扩展功能;通过扩展功能,USB Type C接口可以变成任意其它协议的物理接口,例如音频接口、视频接口等;

2 外部引脚:

1 Power有关的信号,包括

a)VBUS,USB线缆的bus power(和我们通常意义上VBUS保持一致)。 电源和GND都有4根线,能支持输出到100W;

b)VCONN(只有在插头上才会有该信号),当线缆里有芯片的时候,用来给线缆里的芯片供电(3.3V或5V)

c)GND,接地。

2 USB 2.0数据线,D+/D-。它们在插头端只有一对,和旧的USB 2.0规范一致。但为了支持正反随意插。在插座端定义了两组。

 3 USB3.1数据线,TX+/-和RX+/-,用于高速的数据传输。插头和插座端都有两组,用于支持正反随意插。

4 用于Configuration的信号,对插头来说,只有一个CC,对插座来说,有两个CC1和CC2。

CC(Configuration Channel)用途如下:

检测USB设备是否接入;

检测USB插入方向,并以此建立USB 数据通道的路由;

插入后帮助建立USB设备角色(谁为HOST,谁为Device);

发现并配置VUBS,配置USB PD供电模式;

配置Vconn;

5 SBB(Sideband Use)信号扩展功能所需的信号,具体使用场景由相应的扩展功能决定。

 

3 USB PD介绍

在USB PD中,一对直连的端口用USB Type-C连接器中的CC线作为通讯信道来协商出电压,电流以及在Cable里面供电的方向;如下图

PD协商通过功率提供者(provider)和功率消费者(Consumer)之间的信息交换完成的,功率提供者如笔记本电脑,功率消费者如手机。

如pc给手机通过typc-c充电流程:

1. P首先发起PD协商,向C发送P具有的Power能力的消息,也就是P支持哪些功率类型

2. C收到P发送的Power能力的消息后,分析P的Power能力并选择其中一个Power配置发送给P

3. P收到C请求的power配置,决定是否接受这个请求

4. 切换到C请求的Power配置并通知C

 

4 Alternate mode

扩展模式主要有DP、模拟音频的耳机、Thunderbolt 3等

DP输出:

 

模拟音频输出:

 

京东搜索的实际产品:

 

三 usb phy

1 usb2.0 phy;

每个phy有2个port:HOST0_DP HOST0_DM是直接外界usb2.0接口输出;TYPEC_DP TYPE0_DM是和3.0 phy组成一个3.0 usb口输出

 

2 Usb3.0 type-c phy

 

这个tpye-c phy还可以输出dp信号;系统需要把dp控制器配置到和这个phy连接即可;

下图是DP的管脚,上面的phy管脚和dp管脚按照一定关系连接即可;

 

文章部分图片来自网络;

其中Phy的2个图来自http://dev.t-firefly.com/forum.php?mod=viewthread&tid=12585下载的RK3399《Rockchip USB 开发指南 V1.0》文档

 

 

 

 

 

 

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