Connettore USB Type‑C
Definizione
USB Type‑C è un connettore compatto e reversibile a 24 contatti. Lo stesso connettore può trasportare USB 2.0, USB 3.2, USB4, alimentazione e alcune modalità alternative, ma la sola forma non garantisce una particolare velocità dati, modalità video o potenza di ricarica. Entrambe le porte e il cavo devono supportare la funzione richiesta.
Vista frontale della presa e della spina
Presa
Spina
Entrambi i disegni sono viste frontali rivolte verso l'interfaccia di accoppiamento. Quando spina e presa si fronteggiano, le loro posizioni da sinistra a destra risultano quindi specchiate. Per verificare un'impronta, usare gli identificatori dei contatti A/B e non soltanto la posizione apparente.
Una presa dispone di CC1 e CC2. La spina di un cavo usa un contatto come CC e può usare l'altro come VCONN per alimentare un cavo con marcatura elettronica o attivo. VCONN non è un secondo canale di configurazione lungo il cavo.
Piedinatura della presa — 24 contatti
Gruppi di segnali: alimentazione · massa · USB 2.0 · coppie ad alta velocità · configurazione · segnali ausiliari
| Pin A | Segnale | Funzione | Pin B | Segnale | Funzione |
|---|---|---|---|---|---|
| A1 | GND | Ritorno a massa | B12 | GND | Ritorno a massa |
| A2 | TX1+ | Coppia ad alta velocità 1, positivo | B11 | RX1+ | Coppia ad alta velocità 1, positivo |
| A3 | TX1− | Coppia ad alta velocità 1, negativo | B10 | RX1− | Coppia ad alta velocità 1, negativo |
| A4 | VBUS | Alimentazione del bus | B9 | VBUS | Alimentazione del bus |
| A5 | CC1 | Canale di configurazione 1 | B8 | SBU2 | Segnale ausiliario 2 |
| A6 | D+ | Dati USB 2.0, positivo | B7 | D− | Dati USB 2.0, negativo |
| A7 | D− | Dati USB 2.0, negativo | B6 | D+ | Dati USB 2.0, positivo |
| A8 | SBU1 | Segnale ausiliario 1 | B5 | CC2 | Canale di configurazione 2 |
| A9 | VBUS | Alimentazione del bus | B4 | VBUS | Alimentazione del bus |
| A10 | RX2− | Coppia ad alta velocità 2, negativo | B3 | TX2− | Coppia ad alta velocità 2, negativo |
| A11 | RX2+ | Coppia ad alta velocità 2, positivo | B2 | TX2+ | Coppia ad alta velocità 2, positivo |
| A12 | GND | Ritorno a massa | B1 | GND | Ritorno a massa |
L'involucro collega la schermatura del cavo al telaio. Le etichette TX/RX seguono la nomenclatura standard del connettore; il controller della porta e il multiplexer ad alta velocità instradano le coppie attive secondo l'orientamento del cavo e la modalità operativa.
Funzione dei gruppi di segnali
- VBUS e GND: quattro contatti per ciascun gruppo condividono la corrente di alimentazione e forniscono un percorso di ritorno a bassa impedenza. In un progetto conforme devono essere collegati tutti i contatti corrispondenti.
- D+ e D−: la coppia USB 2.0 è duplicata nella presa per funzionare in entrambi gli orientamenti. Unire i contatti con lo stesso nome vicino alla presa ed evitare derivazioni lunghe.
- Coppie TX/RX ad alta velocità: trasportano il traffico USB 3.2 o USB4 e possono essere riassegnate da una modalità alternativa. Normalmente è necessario un multiplexer che tenga conto dell'orientamento.
- CC1 e CC2: rilevano connessione e orientamento, stabiliscono i ruoli di sorgente, utilizzatore e dati, dichiarano la corrente Type‑C e trasportano la comunicazione USB Power Delivery sul pin CC attivo.
- SBU1 e SBU2: conduttori ausiliari usati solo da modalità alternative definite e da funzioni USB4; non sono segnali generici.
- VCONN: alimentazione fornita sul contatto CC inutilizzato della spina quando un cavo attivo o con marcatura elettronica la richiede.
Capacità di trasmissione dati
| Tecnologia | Velocità dati nominale massima | Contatti principali utilizzati |
|---|---|---|
| USB 2.0 Hi-Speed | 480 Mbit/s | D+ / D− |
| USB 3.2 Gen 1 | 5 Gbit/s | Una linea ad alta velocità |
| USB 3.2 Gen 2 | 10 Gbit/s | Una linea ad alta velocità |
| USB 3.2 Gen 2x2 | 20 Gbit/s | Due linee ad alta velocità |
| USB4 | Fino a 80 Gbit/s | Linee ad alta velocità e funzioni di configurazione / ausiliarie |
USB Type‑C identifica il sistema di connessione, non le prestazioni. Una porta o un cavo USB‑C può limitarsi a USB 2.0, non supportare il video o fornire meno potenza di un altro prodotto con lo stesso connettore.
Tensione, corrente e USB Power Delivery
| Modalità di alimentazione | Tensione nominale / negoziata | Corrente massima | Potenza massima |
|---|---|---|---|
| Alimentazione USB predefinita | 5 V | Dipende dalla modalità USB e dallo stato del dispositivo | Dipende dalla modalità |
| Corrente USB Type‑C | 5 V | 1.5 A | 7.5 W |
| Corrente USB Type‑C | 5 V | 3 A | 15 W |
| USB PD SPR | Negoziata fino a 20 V | Fino a 5 A | 100 W |
| USB PD EPR | Negoziata fino a 48 V | Fino a 5 A | 240 W |
Non dedurre mai tensione o corrente disponibili dal solo connettore. Valori superiori a 5 V richiedono una negoziazione USB PD riuscita; oltre 3 A occorre un cavo da 5 A con marcatura elettronica adeguata, mentre per EPR servono componenti e cavo idonei a EPR.
Verifiche per la progettazione PCB
- Selezionare il ruolo corretto della porta: sorgente, utilizzatore o doppio ruolo; realizzare il comportamento Rp/Rd previsto su CC1/CC2 con un controller Type‑C/PD adatto, quando necessario.
- Instradare D+/D− e ogni coppia ad alta velocità come coppie differenziali controllate, rispettando i limiti di impedenza, perdita e disallineamento temporale della specifica USB implementata.
- Posizionare il multiplexer di orientamento, la protezione ESD e i componenti di accoppiamento AC secondo il progetto di riferimento di controller e connettore; limitare capacità aggiunta e derivazioni.
- Collegare ogni contatto VBUS e GND con piste di rame dimensionate per la corrente dichiarata. Aggiungere le protezioni da sovracorrente e sovratensione e il circuito di scarica richiesti dal ruolo scelto.
- Trattare il collegamento tra schermatura e telaio come una scelta progettuale EMC; non sostituirlo automaticamente alla massa dei segnali.
- Verificare l'impronta del connettore sul datasheet del produttore: linguette dell'involucro, geometria del montaggio a mezza altezza e numerazione dei contatti variano tra i componenti.