ZHDA093 March   2026 TUSB320HAI , TUSB320HI , TUSB320LAI , TUSB320LI , TUSB321AI , TUSB422

 

  1.   1
  2.   摘要
  3.   商标
  4. 1简介
  5. 2详细说明
  6. 3总结
  7. 4参考资料

1 简介

常见术语和定义

表 1-1 常见术语和定义
术语定义
差分信号使用一对传输线路传输的信号。发送器使用一对导线上的两个互补、极性相反的信号发送数据。接收器使用这些互补信号的差异来解释数据。
共模电压链路的直流空闲电压。共模电压是未传输任何数据时链路的电压
直流耦合直流耦合是指链路的共模电压可以为非零值的情况。
交流耦合交流耦合是指链路的共模电压为 0V 的情况。这通常使用交流耦合电容器阻断直流电压来实现。
全双工在单个通道上进行双向通信
半双工通过两个通道在两个方向上进行单向通信
GBPS千兆位每秒。
CC配置通道
MUX多路复用器
源端数据/电力从源端发送。
灌电流数据/电力由接收端接收。
DFP下行端口
UFP上行端口
DRP双角色端口
CC 控制器CC 控制器用于配置 USB Type C 链路的方向和电源功能。
PD 控制器电力传输控制器。此类控制器通常集成 CC 控制器的功能和 PD 功能（例如高功率功能和 USB Type-C 交替模式）。
PHY物理层。该层包括接口所需的所有硬件连接。
AEQ Q100汽车认证规范
try.SNKUSB Type-C 状态机中的一种状态，允许 DRP 优先用作接收端
try.SRCUSB Type-C 状态机中的一种状态，允许 DRP 优先用作源端

什么是 USB？

通用串行总线 (USB) 是一种串行协议，允许在 USB 主机与 USB 器件之间进行通信。该协议最初于 1996 年推出，如今是世界上广受欢迎的通信协议之一。USB 可用于从手机到电动汽车的各种应用。自 1996 年以来，对该协议规格进行过多次更新与改进，因而广受欢迎。如表 1 所示，目前使用的 USB 的主要版本包括 USB 2.0、USB 3.2 和 USB 4。

注意：USB3.2 是包含 USB 3.0（USB 3.2 第 1 代）和 USB 3.1（USB 3.2 第 2 代）的统称协议

表 1-2 主要 USB 版本及相关数据通信速度
USB 版本 符号 数据速率
USB 2.0 LS 低速 1.5Mbps
FS 全速 12Mbps
HS 高速 480Mbps
USB 3.2 第 1 代 SuperSpeed 5Gbps
第 2 代 SuperSpeed 10Gbps 10Gbps
Gen 2x2 SuperSpeed 20Gbps 20Gbps
USB 4 40Gbps

USB 的最新版本始终向后兼容上一个迭代。这意味着支持最新版本（通信速度为 40Gbps 的 USB 4）的 USB 端口，也需要支持最早版本（低速通信速度为 1.5Mbps 的 USB 2.0）。

当 USB 从 USB2 转换为 USB3.x 时，USB 端口的物理特性发生了重大变化。

  • 在 USB2.0 速度下，所有通信都发生在利用半双工通信的单个直流耦合差分对之间。（在单个通道上进行双向通信）
  • 在 USB3.2 及后续版本中，通信发生在两个支持全双工通信的交流耦合差分对之间。（在两个通道上进行单向通信）

USB 规格还定义了与 USB 协议相关的标准连接器。下图重点展示了不同的 USB 连接器和封装：

典型 USB 2.0 连接器类型图 1-1 典型 USB 2.0 连接器类型

有关更多详细信息，请访问此处的 USB 网站链接：https://www.usb.org/documents

什么是 USB Type-C？它与之前的 USB 规格有何不同？

标准 USB 2.0 Type-A 连接器以 y 轴为对称轴，因此只能将 USB 连接器朝一个方向插入插座。USB 2.0 连接器有 4 个引脚。

  • Vbus（5V 电源）
  • D+（差分信号的正数据输入/输出）
  • D-（差分信号的负数据输入/输出）
  • GND（接地连接）

下图展示了标准 USB 2.0 Type-A 连接器的引脚排列外观。

USB 2.0 Type-A 引脚排列图 1-2 USB 2.0 Type-A 引脚排列

在全双工 USB 3.2 协议的实现方案中，需要将一些引脚添加到 USB 连接器。增加的差分对 SSTX 和 SSRX 可实现高速通信，同时保留 D+和 D- 引脚以实现向后兼容。标准 USB 3.2 Type-A 连接器的示例如图 1-3 所示。

USB 3.2 Type-A 引脚排列图 1-3 USB 3.2 Type-A 引脚排列

USB Type-C 是一种跨 x 轴和 y 轴对称的物理连接器类型，这意味着可插入插座的电缆有两个方向。无论电缆方向如何，USB 器件均需要正常工作；因此，Type-C 引脚排列包括每个引脚的重复引脚。USB-C 插座中的重复引脚如图 1-4 所示

USB Type-C 引脚排列图 1-4 USB Type-C 引脚排列

Type-C 插座的引脚 A5 和 B5 为配置通道 (CC) 引脚。

配置通道 (CC) 是如何在 USB Type-C 中实现的？

CC 协商是 USB Type-C 枚举的初始步骤之一。CC 协商有三重目的：

  1. 确定 USB Type-C 连接器的朝向
  2. 在主机和器件之间协商源端和接收端功能
  3. 在交替模式和调试模式下相应配置系统

USB Type-C 控制器的朝向通过测量 CC 引脚的共模电压来确定。USB Type-C CC 连接的标准表示如下所示。

USB Type-C 上拉/下拉 CC 模型图 1-5 USB Type-C 上拉/下拉 CC 模型

在此图中，我们看到源端在 CC1 和 CC2 上接有上拉 (PUP) 电阻器，这些电阻器定义为 Rp。接收端在 CC1 和 CC2 上接有下拉电阻器 (PDOWN)，这些电阻器定义为 Rd。Ra 是电缆内部的电阻器，用于端接未使用的 CC 引脚。当使用 USB Type-C 电缆连接源端和接收端端口时，我们可以看到其中一个 CC 通道被连接起来，形成一个分压器网络。

源端和接收端都在监测 CC 引脚上的电压。没有连接时，源端的 CC 电压为 3.3V。建立连接后，CC 电压降至 3.3V 以下，源端便知道有接收端连接。同样地，没有连接时，接收端的 CC 电压为 0V。建立连接后，CC 电压拉升至 0V 以上，接收端便知道有源端连接。

需要明确的是，源端有两个上拉电阻器 (Rp)。接收端有两个下拉电阻器 (Rd)。USB Type-C 电缆的四个引脚上均有一个弱下拉电阻器 (Ra)。插入 USB Type-C 电缆时，一对 Ra 和 Rd 形成连接。此连接决定了 USB 连接的朝向。

  • 如果在 CC1 上检测到电压变化，则端口判断连接为正插朝向。如果在 CC2 上检测到电压变化，则端口判断连接为反插朝向。这就是使用配置通道确定 USB Type-C 连接器朝向的方式。

接收端的下拉电阻值在所有 USB Type-C 中是相同的。但是，可以调节源端的上拉电阻值，以改变 DFP 与 UFP 之间的 CC 引脚共模电压。

DFP 上拉电阻器的不同阻值会导致 CC 连接产生不同的共模电压。这个可调的共模电压范围用于确定连接的功率。下图展示了用于广播 900mA、1.5A 和 3A 模式的电阻值。

用于 CC 功率协商的 Rp 电阻值图 1-6 用于 CC 功率协商的 Rp 电阻值

Rp 的这些不同电阻值会为 CC 分压器网络产生不同的共模电压范围。图 4 中的电阻值与图 5 中定义的电压直接相关。下表中定义的电压是 USB 源端的检测阈值。

5V PUP CC 模型的 CC 共模电压检测阈值图 1-7 5V PUP CC 模型的 CC 共模电压检测阈值

我们可以观察到 CC 的分压器网络可以确定连接的朝向和功率。我们还可以观察到，在使用 CC 网络确定功率时，只有三种功率模式可用。

  • 5V/ 900mA (4.5W)
  • 5V/ 1.5A (7.5W)
  • 5V/ 3A (15W)

但我们知道，USB Type-C 充电器可以实现 50W 以上的充电功率。这是如何做到的？任何超过 15W 的功率协商都需要使用 PD 控制器。有关这些器件的更多信息，可在此处查阅。

USB Type-C 配置通道 (CC) 的第三项功能是将系统适当配置为交替模式和调试模式。交替模式配置还需要一个 PD 控制器通过 CC 线路进行通信，该功能不在本文档中讨论。

USB Type-C 支持多种调试模式，适用于广泛的测试场景。这些模式是可选的，并非所有 USB 系统都必须支持它们。图 1-8展示了 USB 源端存在的端接方式以及相关的调试和附件模式。

预期 CC 端接方式及相关调试模式图 1-8 预期 CC 端接方式及相关调试模式