تعریف پین رابط Type-C چیست؟

آخرین مشخصات رابط معرفی شده پس از Type-B. متفاوت از رابط USB سنتی، Type-C از طراحی متقارن استفاده می‌کند که نیازی به تشخیص جهت دوشاخه ندارد و از عملکرد خسته‌کننده کاربرانی که در جهت‌های درست و غلط وصل می‌شوند جلوگیری می‌کند. علاوه بر این، USB Type-C از پروتکل USB PD (Power Delivery) پشتیبانی می کند که قدرت شارژ را از حداکثر 7.5 وات (5V1.5A) به حداکثر 100 وات (20V5A) افزایش می دهد. آخرین مشخصات USB PD3.1 قدرت شارژ Type-C را با حداکثر توان 240 وات (28V5A) بهبود می بخشد.

برای دستگاه‌های USB Type-A یا Type-B سنتی، رابط منبع تغذیه (منبع) و رابط دریافت برق (Sink) از قبل در تعریف رابط استاندارد شده‌اند، بنابراین نیازی به نگرانی در مورد اتصال معکوس یا اشتباه نیست. برای دستگاه‌های دارای رابط Type-C، از آنجایی که چنین تفاوت‌هایی وجود ندارد، کاربران نمی‌توانند نوع رابط را بدانند، بنابراین خود کنترل‌کننده Type-C باید آن را تکمیل کند. بنابراین چگونه رابط های Type-C یکدیگر را تشخیص می دهند و منطق منبع تغذیه صحیح را ارائه می دهند؟

تعریف پین رابط Type-C

رابط Type-C به سر ماده (Receptacle) و سر نر (Plug) تقسیم می شود. پین های Type-C کامل 24 عدد است و تعاریف هر پایه به شرح زیر است:

1. VBUS: در مجموع چهار کانال، پایه های ولتاژ BUS برای تغذیه بین دستگاه ها، صرف نظر از اینکه آنها به جلو یا معکوس وارد شوند، این چهار پایه منبع تغذیه را فراهم می کند.

2. GND: مجموعا چهار کانال، مدارهای منبع تغذیه بین دستگاه ها، صرف نظر از اینکه آنها به جلو یا معکوس وارد شوند، این چهار پین مدارهای منبع تغذیه را فراهم می کند.

3. TX+/TX- و RX+/RX-: مجموعاً چهار جفت، برای سیگنال‌های پرسرعت USB3.0

4. D+/D-: مجموعا دو جفت، برای سیگنال های USB2.{4}}. در کانکتور مادگی، این دو جفت به یک جفت اتصال کوتاه می‌کنند

5. CC/VCONN: پین CC یک پین پیکربندی است که برای تشخیص اتصال دستگاه و جهت اتصال به جلو و معکوس استفاده می‌شود، و همچنین خط ارتباط USB PD است. VCONN یک پایه است که به طور مایل متقارن با پایه CC است. هنگامی که یک پین به عنوان CC تأیید می شود، دیگری به عنوان VCONN تعریف می شود که برای تغذیه کابل eMark استفاده می شود.

6. SBU1/SBU2: پین های چندگانه، مانند ارائه SBTX و SBRX اضافی برای USB4

کانکتور مادگی دارای 24 پین با تقارن مورب در پایه های بالا و پایین است تا نیازهای کاربر را برای اتصال رو به جلو و معکوس برآورده کند. کانکتور نر 22 پین است. از آنجایی که فقط یک جفت D+/D- در مشخصات USB2.0 وجود دارد، تنها یک جفت پین D+/D- در کانکتور مرد باقی می‌ماند.

البته، در طراحی واقعی محصول، مهندسان برای صرفه جویی در هزینه ها، تعداد پین ها را مطابق با تعریف محصول کاهش می دهند. به عنوان مثال، برای محصولاتی که فقط شارژ می‌کنند، مانند آداپتورهای برق، چنین محصولاتی به ارتباط داده پرسرعت USB3 نیاز ندارند.0، بنابراین فقط پین‌های CC، VBUS، GND و D+/D- حفظ می‌شوند.

از نظر منبع تغذیه، دستگاه های Type-C را می توان به سه دسته تقسیم کرد

1. دستگاه های Type-C که فقط به عنوان منبع تغذیه (Source) قابل استفاده هستند، مانند شارژر Type-C و غیره.

2. دستگاه های Type-C که فقط به عنوان گیرنده برق (Sink) قابل استفاده هستند مانند تلفن های همراه Type-C و ....

3. دستگاه های Type-C (DRP, Dual RolePort) که هم به عنوان منبع تغذیه (Source) و هم به عنوان گیرنده برق (Sink) قابل استفاده هستند، مانند نوت بوک Type-C، پاور بانک های دو طرفه و ....

بدیهی است که وقتی دو دستگاه Type-C از طریق کابل های C2C به یکدیگر متصل می شوند، هر دو طرف باید بدانند طرف مقابل متعلق به چه نوع دستگاهی است، در غیر این صورت منجر به شارژ نامناسب (مانند شارژ معکوس)، یا عدم شارژ و حتی باعث می شود. مشکلات ایمنی

به عنوان مثال، هنگامی که یک کاربر از شارژر (منبع) برای شارژ یک پاور بانک دو طرفه Type-C (DRP) استفاده می کند، در حالت ایده آل، پاور بانک باید به عنوان یک سینک "خدمت" کند. با این حال، به دلیل شناسایی نادرست نوع دستگاه، پاوربانک ممکن است به عنوان منبع "خدمت" کند و باعث "جریان برگشتی" شود و به هر دو دستگاه آسیب برساند.

مشخصات رابط Type-C بین Source، Sink و DRP از طریق یک سری مکانیسم های "کشش به بالا" و "کشش پایین" روی پین CC تمایز قائل می شود. برای دستگاه های منبع، پین CC باید با یک مقاومت کششی Rp پیکربندی شود. برای دستگاه های سینک، پین CC باید با یک مقاومت کششی Rd پیکربندی شود. و برای دستگاه های DRP، pull-up و pull-down به طور متناوب توسط سوئیچ های سوئیچینگ سوئیچ می شوند.

منبع با تشخیص پین CC در انتهای Rp تعیین می کند که آیا یک دستگاه متصل است یا خیر، و Sink با تشخیص پایه CC در انتهای Rd، جهت قرار دادن رو به جلو و معکوس را تعیین می کند.

مقاومت Pull-down Rd=5.1k و مقاومت کششی Rp با توجه به ظرفیت منبع تغذیه و ولتاژ کشش آن تنظیم می شود. ظرفیت منبع تغذیه USB Type-C به شرح زیر است:

1. ظرفیت منبع تغذیه پیش فرض USB (پاور پیش فرض USB). رابط USB2.{2}} 500 میلی آمپر است. رابط USB3.2 900 میلی آمپر و 1500 میلی آمپر است

2. پروتکل BC1.2 (BatteryCharge 1.2). حداکثر توان 7.5W یعنی 5V1.5A را پشتیبانی می کند

3. USB Type-C Current 1.5A، حداکثر توان 7.5W، یعنی 5V1.5A را پشتیبانی می کند.

4. USB Type-C Current 3A، حداکثر توان 15W را پشتیبانی می کند، یعنی 5V3A

5. پروتکل USB PD (USB Power Delivery)، حداکثر توان 100 وات، یعنی 20V5A را پشتیبانی می کند.

اولویت های این پنج قابلیت منبع تغذیه به ترتیب افزایش می یابد و قدرت منبع تغذیه نیز به تدریج افزایش می یابد. قابلیت منبع تغذیه با اولویت بالا بر قابلیت منبع تغذیه با اولویت پایین غلبه خواهد کرد. در میان آنها، Default USB Power، USB Type-C Current 1.5A و USB Type-C Current 3A را می توان با پیکربندی مقدار Rp تنظیم کرد.

هنگامی که دو دستگاه متصل می شوند، سینک قابلیت منبع تغذیه منبع را با تشخیص مقدار تقسیم کننده ولتاژ vRd از Rp و Rd به دست می آورد. در زیر رابطه متناظر بین مقدار Rp، محدوده ولتاژ vRd و قابلیت منبع تغذیه ارائه شده است.

در همان زمان، CC دیگر دستگاه شناور مانده یا توسط Ra{0}}ک پایین کشیده شده است. اگر Ra پایین کشیده شود، به این معنی است که کابل USB-C دارای یک تراشه eMarker داخلی است و منبع باید پین را به VCONN تغییر دهد تا کابل را تغذیه کند.

تا اینجا توضیح دادیم که دستگاه ها از "pull-up" یا "pull-down" یا به طور متناوب بین این دو سوئیچ برای تعیین منبع، سینک و DRP استفاده می کنند و ظرفیت منبع تغذیه منبع را تنظیم و تعیین می کنند. مقدار مقاومت Rp و مقدار ولتاژ vRd. با این حال، این فرآیند چگونه اجرا می شود؟ چگونه Type-C از شارژ معکوس یا شارژ نادرست جلوگیری می کند؟