Złącze USB typu C
Definicja
USB typu C to kompaktowe, dwustronne złącze z 24 stykami. To samo złącze może przenosić sygnały USB 2.0, USB 3.2, USB4, zasilanie i wybrane tryby alternatywne, ale sam jego kształt nie gwarantuje określonej szybkości transmisji, trybu obrazu ani mocy ładowania. Oba porty oraz kabel muszą obsługiwać wymaganą funkcję.
Widoki gniazda i wtyku od przodu
Gniazdo
Wtyk
Oba rysunki są widokami od przodu, w kierunku powierzchni styku. Gdy wtyk i gniazdo są skierowane ku sobie, ich położenia od lewej do prawej są więc lustrzane. Przy sprawdzaniu wzoru pól na PCB kieruj się oznaczeniami styków A/B, a nie samym ich położeniem na rysunku.
Gniazdo udostępnia CC1 i CC2. We wtyku kabla jeden styk pełni funkcję CC, a drugi może służyć jako VCONN do zasilania kabla z elektronicznym oznaczeniem lub kabla aktywnego. VCONN nie jest drugim kanałem konfiguracji prowadzonym przez kabel.
Wyprowadzenia gniazda — 24 styki
Grupy sygnałów: zasilanie · masa · USB 2.0 · pary szybkiej transmisji · konfiguracja · sygnały pomocnicze
| Styk A | Sygnał | Funkcja | Styk B | Sygnał | Funkcja |
|---|---|---|---|---|---|
| A1 | GND | Powrót prądu przez masę | B12 | GND | Powrót prądu przez masę |
| A2 | TX1+ | Dodatnia linia pary szybkiej transmisji 1 | B11 | RX1+ | Dodatnia linia pary szybkiej transmisji 1 |
| A3 | TX1− | Ujemna linia pary szybkiej transmisji 1 | B10 | RX1− | Ujemna linia pary szybkiej transmisji 1 |
| A4 | VBUS | Zasilanie magistrali | B9 | VBUS | Zasilanie magistrali |
| A5 | CC1 | Kanał konfiguracji 1 | B8 | SBU2 | Sygnał pomocniczy 2 |
| A6 | D+ | Dodatnia linia danych USB 2.0 | B7 | D− | Ujemna linia danych USB 2.0 |
| A7 | D− | Ujemna linia danych USB 2.0 | B6 | D+ | Dodatnia linia danych USB 2.0 |
| A8 | SBU1 | Sygnał pomocniczy 1 | B5 | CC2 | Kanał konfiguracji 2 |
| A9 | VBUS | Zasilanie magistrali | B4 | VBUS | Zasilanie magistrali |
| A10 | RX2− | Ujemna linia pary szybkiej transmisji 2 | B3 | TX2− | Ujemna linia pary szybkiej transmisji 2 |
| A11 | RX2+ | Dodatnia linia pary szybkiej transmisji 2 | B2 | TX2+ | Dodatnia linia pary szybkiej transmisji 2 |
| A12 | GND | Powrót prądu przez masę | B1 | GND | Powrót prądu przez masę |
Metalowa obudowa łączy ekran kabla z obudową urządzenia. Oznaczenia TX/RX są zgodne ze standardową nomenklaturą złącza; kontroler portu i multiplekser szybkich sygnałów kierują aktywne pary zależnie od orientacji kabla i trybu pracy.
Funkcje grup sygnałów
- VBUS i GND: po cztery styki dzielą prąd zasilania i zapewniają drogę powrotną o małej impedancji. W zgodnym projekcie wszystkie odpowiadające im styki muszą być podłączone.
- D+ i D−: para USB 2.0 jest zdublowana w gnieździe, aby działać przy obu orientacjach wtyku. Połącz styki o tych samych nazwach blisko gniazda i unikaj długich odgałęzień.
- Pary szybkiej transmisji TX/RX: przenoszą dane USB 3.2 lub USB4; w trybie alternatywnym mogą zostać przypisane do innych funkcji. Zwykle potrzebny jest multiplekser uwzględniający orientację wtyku.
- CC1 i CC2: wykrywają połączenie i orientację, ustalają role źródła/odbiornika zasilania oraz role danych, sygnalizują dostępny prąd typu C i przenoszą komunikację USB Power Delivery na aktywnym styku CC.
- SBU1 i SBU2: przewody pomocnicze używane wyłącznie przez określone tryby alternatywne i funkcje USB4; nie są sygnałami ogólnego przeznaczenia.
- VCONN: zasilanie podawane na nieużywany styk CC we wtyku, gdy wymaga tego kabel z elektronicznym oznaczeniem lub kabel aktywny.
Możliwości transmisji danych
| Technologia | Maksymalna nominalna szybkość transmisji | Główne używane styki |
|---|---|---|
| USB 2.0 Hi-Speed | 480 Mbit/s | D+ / D− |
| USB 3.2 Gen 1 | 5 Gbit/s | Jedna linia szybkiej transmisji |
| USB 3.2 Gen 2 | 10 Gbit/s | Jedna linia szybkiej transmisji |
| USB 3.2 Gen 2x2 | 20 Gbit/s | Dwie linie szybkiej transmisji |
| USB4 | Do 80 Gbit/s | Linie szybkiej transmisji oraz styki konfiguracji i sygnałów pomocniczych |
USB typu C określa system złącza, a nie osiągi. Port lub kabel USB‑C może obsługiwać jedynie USB 2.0, nie obsługiwać obrazu albo przenosić mniejszą moc niż inny produkt z takim samym złączem.
Napięcie, prąd i USB Power Delivery
| Tryb zasilania | Napięcie nominalne / wynegocjowane | Maksymalny prąd | Maksymalna moc |
|---|---|---|---|
| Domyślne zasilanie USB | 5 V | Zależny od trybu USB i stanu urządzenia | Zależna od trybu |
| Prąd USB typu C | 5 V | 1.5 A | 7.5 W |
| Prąd USB typu C | 5 V | 3 A | 15 W |
| USB PD SPR | Negocjowane do 20 V | Do 5 A | 100 W |
| USB PD EPR | Negocjowane do 48 V | Do 5 A | 240 W |
Nigdy nie wnioskuj o dostępnym napięciu ani prądzie na podstawie samego złącza. Napięcia powyżej 5 V wymagają udanej negocjacji USB PD; prąd powyżej 3 A wymaga odpowiednio oznaczonego elektronicznie kabla 5 A, a praca w EPR wymaga zgodnego urządzenia i kabla EPR.
Lista kontrolna projektu PCB
- Wybierz właściwą rolę portu: źródło zasilania, odbiornik lub port o dwóch rolach; zapewnij wymagane działanie Rp/Rd na CC1/CC2, w razie potrzeby używając odpowiedniego kontrolera typu C/PD.
- Prowadź D+/D− i wszystkie pary szybkiej transmisji jako pary różnicowe z kontrolowaną impedancją, uwzględniając limity strat i różnicy opóźnień właściwej specyfikacji USB.
- Rozmieść multiplekser orientacji, zabezpieczenia ESD i elementy sprzęgające AC zgodnie z projektem referencyjnym kontrolera i złącza; ogranicz dodatkową pojemność i długość odgałęzień.
- Połącz wszystkie styki VBUS i GND miedzią dobraną do deklarowanego prądu. Dodaj zabezpieczenie nadprądowe, przepięciowe i rozładowujące wymagane dla wybranej roli.
- Połączenie ekranu z obudową traktuj jako decyzję projektową dotyczącą EMC; nie zastępuj nim automatycznie masy sygnałowej.
- Porównaj wzór pól złącza z kartą katalogową producenta: wypustki obudowy, geometria montażu pośredniego i numeracja styków różnią się między modelami.