简介
USB Type-C 规范于2014年8月引入，大幅扩展了USB 的功能。要利用该扩展功能集，每个USB 端口的实现成本会显著 增加。但是，低成本设计仍有可能实现。本应用笔记介绍了如何利用精选的少量分立元件实现基本的USB Type-C 上行 端口，从而以简单且低成本的方式实现传统Type-B 、mini B 和micro B 设计的迁移。
上行端口（Upstream Facing Port ，UFP ）是可进行或不可进行充电或者由VBUS 供电的设备侧端口。UFP 必须至少：?具有USB2.0设备连接
?在CC 引脚上提供Rd 下拉电阻另外，UFP 也可以：
?在未实现USB3.0的情况下检测电缆的插入状态和方向
?在UFP 仅消耗传统USB 负载电流的情况下检测DFP 的电流能力
受众
本应用笔记主要面向期望将USB 2.0和USB 3.0设计转换为USB Type-C 电缆的硬件设计人员。此外，还需要对 USB Type-C 规范有一些基本了解。
参考资料
使用本应用笔记时应参考下列文档。关于可用性，请咨询您的Microchip 代表。
?USB Type-C? Cable and Connector Specification v1.0 Release （2014年8月11日）
AN1914
基本的USB Type-C?上行端口实现
作者：
Andrew Rogers
Microchip Technology Inc.
AN1914
1.0
USB TYPE-C 简介
USB Type-C 电缆是由USB-IF 推出的一种可逆的24引脚互连。USB Type-C 规范于2014年8月第一次发布。
USB Type-C 电缆是一种通用电缆，能够满足各种计算、显示和充电应用的需求。USB Type-C 电缆的长期目标是在大幅 扩展总体功能的同时，取代所有以前的几代USB 电缆。最近引入的USB 供电和备用模式功能进一步扩展了原始潜能，从而使USB 标准得以在各个应用领域中更广泛地采用。
实现USB 供电和备用模式支持的成本远高于传统USB 设计，并且这些功能并非所有应用所必需的。本文档介绍了使用USB Type-C 插座实现低成本USB2.0和USB3.0设备的要求。
1.1
USB Type-C 插座
图1：
USB TYPE-C?插座
1.1.1USB
2.0差分对
连接器引脚排列中的2组USB2.0差分对仅连接标准USB2.0或全功能USB Type-C 电缆中的单个差分对。在典型设计中， PCB 上的D+和D-引脚将简单地进行短接，因此无需多路开关或开关。第二组引脚（B6/B7）只能在仅支持单一方向的插接型应用中重新使用。
1.1.2USB3.1差分对
默认情况下，只有一组TX/RX 差分对用于USB3.0/USB3.1通信，具体取决于电缆插入方向。由于电缆的可逆性，USB3.0/USB3.1通道必须根据连接方向重新连线。典型应用可使用2选1多路开关来实现这一点。
1.1.3CC1/CC2引脚在基本的USB Type-C UFP 应用中，CC 引脚用于检测电缆方向和USB Type-C 电流能力。
1.1.4
SBU1/SBU2
SBU 线是低速信号线，仅分配给备用模式使用。
GND
SBU2
SBU1CC2VBUS TX2-TX2+RX2+RX2-VBUS D-D+CC1RX1+GND RX1-VBUS GND TX1+TX1-VBUS D-
D+
GND A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12
B12 B11 B10 B9 B8 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1
AN1914
2.0
实现上行端口（UFP ）
USB Type-C UFP 的最基本和最低成本实现需要3个元件：?USB2.0设备或集线器上行端口?USB Type-C 插座
?CC 引脚上的下拉电阻Rd
如果想要实现能够检测USB Type-C 电流能力的USB3.0设备/集线器，需要以下元件：?USB3.0设备或集线器上行端口?USB Type-C 插座
?CC 引脚上的下拉电阻Rd ?USB3.0 2选1多路开关?
CC 比较器：
-方向检测：至少1个比较器用于确定USB Type-C 插头方向并控制USB3.0 2选1多路开关。
-USB Type-C 电流能力检测：2个比较器用于检测1.5A 电流能力，2个比较器用于检测3.0A 电流能力，4个比 较器用于同时检测两种电流能力。
Type-C??
USB2.0? /?? к?ㄟ
AN1914
2.1USB2.0设备、USB
3.0设备或集线器上行端口
可使用任何符合USB 标准的USB2.0设备端口、USB3.0设备端口或集线器上行端口。
2.2USB TYPE-C 插座
可使用任何标准24引脚USB Type-C 插座。
2.3
CC 引脚电路
2.3.1
下拉电阻RD
UFP 需要通过电阻Rd 将两个CC 引脚连接至GND 。DFP 必须将上拉电阻Rp 连接至5.0V 或3.3V 。当DFP 连接到UFP 时，将形成电阻分压器，此时可通过测量CC 引脚的电压来解析连接类型。表1介绍了下拉电阻Rd 的可能值。注：
可以使用电压钳位来代替下拉电阻，但不会执行电源能力检测。
表1：下拉电阻RP 的电阻值
Rd 实现
电阻值是否检测电源能力？
最大引脚电压
± 10%电阻连接至GND 5.1 k ? ± 5%是 2.04V ± 20%电阻连接至GND
5.1 k ?否 2.18V ± 20%电压钳位
1.1V
否
1.32V
Type-C ??
USB3.0 ? /
USB3.0? /?? к?ㄟ
DP/DM
AN1914
2.3.2比较器存储区
2.3.3方向检测
UFP上不需要单片机，但是需要监视CC引脚上的电压来检测插头方向和DFP的拉电流能力（如果需要超过传统USB水平的灌电流）。使用比较器是执行这种检测的一种简单方法。
可在CC1或CC2引脚上使用参考电压为0.25V的单个比较器来检测电缆的方向。例如，如果提供了VBUS，且CC线已连接到CC1引脚，则比较器的输出将不会置为有效，随后UFP可推断出电缆已经以“未翻转的”方向插入。如果提供了VBUS，且CC线已连接到CC2引脚（CC2上的电压将超过0.25V），则比较器的输出将置为有效，随后UFP可推断出电缆已经以“翻转的”方向插入。
2.3.4USB TYPE-C电流充电
如果需要高于传统USB水平的电流，可使用额外的比较器来检测DFP的电流能力。USB Type-C规范定义了CC引脚上 用于传达DFP电流能力的电压范围。下面的表2给出了相应的电压范围。
表2：CC引脚电压范围
CC引脚电压
0.00V - 0.25V无连接
0.25V - 0.70V传统电流（USB2.0为500 mA，USB3.0为900 mA）
0.70V - 1.31V 1.5A电流能力
> 1.31V 3.0A电流能力
在可以认定DFP电流通告有效前，必须通过tPDDebounce对充电电流检测的测量进行消抖处理。认定此检测有效后，UFP必须在tSinkAdj范围内调整其负载。有关时序参数，请参见最新版本的USB Type-C规范。
2.4USB信号多路开关（可选）
有几种选项可用于将USB信号连接到USB Type-C插座。对于USB2.0和USB3.0应用，这些选项略有不同。
2.4.1USB2.0 UFP选项：高速多路开关/开关
对于USB2.0应用，最可靠的解决方案是使用USB高速开关来控制USB信号的路由。为此，Microchip提供了USB3740这一经济高效的解决方案，此器件具有诸多优势：
?极限ESD防护能力：± 15 kV（IEC）
?低功耗：5 μA（开启），1 μA（关闭）
?关闭隔离：小于-40 dB
?高带宽：最高1 GHz
?保存信号完整性
?小外形封装：1.3 mm x 1.8 mm——10引脚DFN（0.4 mm间距）
AN1914
2.4.2USB2.0 DFP 选项2：短接DP/DM 引脚
最简单的解决方案是在插座上短接DP/DM 引脚。此时，连接器上将仅有一个DP/DM 对处于活动状态。请注意，由于这会在USB 走线上形成短桩线，因此这种实现将对USB 信号的完整性造成不利影响。
2.4.3USB
3.0选项1：超高速多路开关/开关
对于USB3.0 UFP ，惟一可行的选项是利用超高速USB3.0开关来控制USB 信号的路由。
T y p e -C ??
A 6A 7
B 6
B 7D+D-D+
D-
T y p e -C ??
A 6
A 7
B 6
B 7D+D-D+D-
AN1914
AN1914
附录A：应用笔记版本历史
表A-1：版本历史
版本与日期节/图/条目修正注：AN1914，版本A取代了之前的SMSC版本（版本X.X）。
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? 2015, Microchip Technology Inc.版权所有。
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01/27/15