Einführung in Typ-C-Steckverbinder
USB Typ-CUSB Typ-C hat sich dank seiner Anschlussvorteile als Marktführer etabliert und steht kurz davor, die Spitze zu erreichen. Seine Anwendung in verschiedenen Bereichen ist unaufhaltsam. Apples MacBook hat die Benutzerfreundlichkeit der USB-Typ-C-Schnittstelle bekannt gemacht und den Entwicklungstrend zukünftiger Geräte aufgezeigt. In naher Zukunft werden immer mehr Geräte mit USB Typ-C auf den Markt kommen. Zweifellos wird sich die USB-Typ-C-Schnittstelle in den nächsten Jahren weiter verbreiten und den Markt dominieren. Darüber hinaus bietet sie auf mobilen Geräten wie Smartphones und Tablets zahlreiche Funktionen, die schnelleres Laden, höhere Datenübertragungsraten und die Unterstützung von Displayausgabe ermöglichen. Sie eignet sich daher besonders gut als Ausgabeschnittstelle für mobile Geräte. Vor allem besteht ein großer Bedarf an einer universellen Schnittstelle, um die Konnektivität zwischen verschiedenen Geräten zu verbessern. Diese Eigenschaften könnten die Typ-C-Schnittstelle tatsächlich zur einheitlichen Schnittstelle der Zukunft machen – und zwar nicht nur in den Anwendungsbereichen, die wir kennen!
Wenn der USB-Typ-C-Anschluss gemäß den Industriestandards der USB Association entwickelt wird, ist er modern, dünn und kompakt und eignet sich daher für mobile Geräte. Gleichzeitig muss er die hohen Anforderungen der Association an die Festigkeit erfüllen und für verschiedene industrielle Anwendungen geeignet sein. Der USB-Typ-C-Anschluss verfügt über eine reversible Steckverbindung; die Buchse kann von jeder Seite eingesteckt werden und ermöglicht so eine einfache und zuverlässige Verbindung. Dieser Anschluss muss zudem verschiedene Protokolle unterstützen und über Adapter abwärtskompatibel mit HDMI, VGA, DisplayPort und anderen Anschlussarten sein, die über einen einzigen USB-Typ-C-Anschluss realisiert werden können. Um die Leistungsfähigkeit in Umgebungen mit elektromagnetischen Störungen (EMI) und anderen rauen Bedingungen zu gewährleisten, sind weitere Designüberlegungen erforderlich. Herstellern wird empfohlen, Steckverbinderhersteller mit TID-Zertifizierung zu wählen, um Probleme in Endgeräten zu vermeiden.
DerUSB Typ-C 3.1Die Schnittstelle bietet sechs wesentliche Vorteile:
1) Volle Funktionalität: Es unterstützt gleichzeitige Datenübertragung, Audio, Video und Ladefunktion und schafft damit die Grundlage für schnelle Datenübertragung, digitales Audio, hochauflösendes Video, schnelles Laden und die gemeinsame Nutzung mit mehreren Geräten. Ein einziges Kabel ersetzt die bisher verwendeten mehreren Kabel.
2) Umkehrbares Einstecken: Ähnlich wie bei der Apple Lightning-Schnittstelle sind Vorder- und Rückseite des Anschlusses identisch, sodass ein umgekehrtes Einstecken möglich ist.
3) Bidirektionale Übertragung: Daten und Energie können in beide Richtungen übertragen werden.
4) Abwärtskompatibilität: Durch Adapter ist es mit USB Typ-A, Micro-B und anderen Schnittstellen kompatibel.
5) Kleine Größe: Die Schnittstellengröße beträgt 8,3 mm x 2,5 mm, also etwa ein Drittel der Größe einer USB-A-Schnittstelle.
6) Hohe Geschwindigkeit: Kompatibel mit derUSB 3.1Protokoll, es kann Datenübertragungen von bis zu 10 Gbit/s unterstützen, wie zum BeispielUSB-C 10 Gbit/sUndUSB 3.1 Gen 2Standards, die eine ultraschnelle Übertragung ermöglichen.
USB-PD-Kommunikationsanweisungen
USB Power Delivery (USB PD) ist eine Protokollspezifikation, die die gleichzeitige Übertragung von bis zu 100 W Leistung und Daten über ein einziges Kabel ermöglicht. USB Typ-C ist eine völlig neue Spezifikation für einen USB-Anschluss, der eine Reihe neuer Standards wie USB 3.1 (Gen1 und Gen2), DisplayPort und USB PD unterstützt. Die standardmäßig unterstützte maximale Spannung und Stromstärke für einen USB-Typ-C-Anschluss beträgt 5 V und 3 A. Wenn USB PD in einem USB-Typ-C-Anschluss implementiert ist, kann er die in der USB-PD-Spezifikation definierte Leistung von 240 W unterstützen. Daher bedeutet ein USB-Typ-C-Anschluss nicht automatisch, dass er USB PD unterstützt. USB PD scheint lediglich ein Protokoll für die Stromübertragung und -verwaltung zu sein, kann aber tatsächlich die Portfunktion ändern, mit aktiven Kabeln kommunizieren, DFP als Stromversorgungsgerät nutzen und viele weitere erweiterte Funktionen ermöglichen. Daher müssen Geräte, die PD unterstützen, CC-Logic-Chips (E-Mark-Chips) verwenden, beispielsweise durch die Verwendung eines5A 100W USB-C-Kabelkann eine effiziente Stromversorgung erreichen.
USB Typ-C VBUS-Stromerkennung und -nutzung
Der USB-Typ-C-Anschluss verfügt über zusätzliche Stromerkennungs- und Nutzungsfunktionen. Drei neue Strommodi wurden eingeführt: der Standard-USB-Leistungsmodus (500 mA/900 mA), 1,5 A und 3,0 A. Diese drei Strommodi werden über die CC-Pins übertragen und erkannt. Für DFPs, die eine Stromausgangsleistung benötigen, sind unterschiedliche Werte der CC-Pull-up-Widerstände Rp erforderlich. Bei UFPs muss der Spannungswert am CC-Pin ermittelt werden, um die Stromausgangsleistung des anderen DFP zu bestimmen.
DFP-zu-UFP- und VBUS-Management und -Erkennung
DFP ist ein USB-Typ-C-Anschluss am Host oder Hub, der mit dem Gerät verbunden ist. UFP ist ein USB-Typ-C-Anschluss am Gerät oder Hub, der mit dem DFP des Hosts oder Hubs verbunden ist. DRP ist ein USB-Typ-C-Anschluss, der sowohl als DFP als auch als UFP fungieren kann. Im Standby-Modus schaltet DRP alle 50 ms zwischen DFP und UFP um. Beim Umschalten auf DFP muss ein Widerstand Rp an VBUS oder ein Stromquellenausgang am CC-Pin angeschlossen sein. Beim Umschalten auf UFP muss ein Widerstand Rd an GND am CC-Pin angeschlossen sein. Dieser Schaltvorgang wird vom CC-Logikchip ausgeführt.
VBUS kann nur ausgegeben werden, wenn DFP das Einstecken von UFP erkennt. Nach dem Entfernen von UFP muss VBUS abgeschaltet werden. Dieser Vorgang muss vom CC-Logik-Chip durchgeführt werden.
Hinweis: Das oben erwähnte DRP unterscheidet sich von USB-PD DRP. USB-PD DRP bezieht sich auf Stromanschlüsse, die sowohl als Stromquelle (Anbieter) als auch als Stromsenke (Verbraucher) fungieren. Beispielsweise unterstützt der USB-Typ-C-Anschluss eines Laptops USB-PD DRP und kann als Stromquelle (beim Anschließen eines USB-Laufwerks oder Mobiltelefons) oder als Stromsenke (beim Anschließen eines Monitors oder Netzteils) dienen.
DRP-Konzept, DFP-Konzept, UFP-Konzept
Die Datenübertragung besteht im Wesentlichen aus zwei Sätzen differenzieller Signale, TX/RX. CC1 und CC2 sind zwei wichtige Pins mit vielen Funktionen:
Verbindungen erkennen, zwischen Vorder- und Rückseite unterscheiden, zwischen DFP und UFP unterscheiden, dies ist die Master-Slave-Konfiguration für Vbus, es gibt zwei Arten von USB Typ-C und USB Power Delivery.
Konfiguration von Vconn. Befindet sich ein Chip im Kabel, überträgt ein CC-Anschluss ein Signal, der andere dient als Stromversorgungs-Vconn. In anderen Konfigurationsmodi, z. B. beim Anschluss von Audiozubehör, DP oder PCIe, stehen jeweils vier Strom- und Masseleitungen zur Verfügung. DRP (Dual Role Port): Ein Dual-Role-Port (DRP) kann als DFP (Host) oder UFP (Gerät) verwendet werden oder dynamisch zwischen diesen beiden Modi umschalten. Typische DRP-Geräte sind Computer (die als USB-Host oder zu ladendes Gerät fungieren können, z. B. Apples neues MacBook Air), Mobiltelefone mit OTG-Funktion (die als zu ladendes Gerät und Datenleser oder als Host zur Stromversorgung oder zum Lesen von Daten von einem USB-Laufwerk fungieren können) und Powerbanks (die über einen USB-Typ-C-Anschluss geladen und entladen werden können).
Die typische Host-Client (DFP-UFP) Implementierungsmethode von USB Typ-C
CCpin-Konzept
CC (Konfigurationskanal): Der Konfigurationskanal ist ein neu hinzugefügter Schlüsselkanal in USB Typ-C. Zu seinen Funktionen gehören das Erkennen von USB-Verbindungen, das Erkennen der korrekten Einsteckrichtung, das Herstellen und Verwalten der Verbindung zwischen USB-Geräten und VBUS usw.
Am CC-Pin des DFP befindet sich ein oberer Pull-up-Widerstand Rp, am UFP ein unterer Pull-down-Widerstand Rd. Im nicht verbundenen Zustand liefert der VBUS des DFP keinen Ausgang. Nach dem Verbinden erkennt der CC-Pin des DFP den Pull-down-Widerstand Rd des UFP und signalisiert so die hergestellte Verbindung. Daraufhin öffnet der DFP den Vbus-Leistungsschalter und versorgt den UFP mit Strom. Welcher CC-Pin (CC1 oder CC2) den Pull-down-Widerstand erkennt, bestimmt die Einsteckrichtung der Schnittstelle und schaltet gleichzeitig RX/TX um. Der Widerstand Rd beträgt 5,1 kΩ, der Wert von Rp ist unbestimmt. Wie aus dem vorherigen Diagramm hervorgeht, gibt es verschiedene Stromversorgungsmodi für USB Typ-C. Wie lassen sich diese unterscheiden? Dies geschieht anhand des Werts von Rp. Die vom CC-Pin gemessene Spannung ändert sich mit dem Wert von Rp und steuert so den DFP, welcher Stromversorgungsmodus aktiviert wird. Es ist zu beachten, dass die beiden in der obigen Abbildung dargestellten CC-Pins in Wirklichkeit nur eine CC-Leitung im Kabel ohne Chip darstellen.
Veröffentlichungsdatum: 03.11.2025
