¿Conoces un conector USB tipo C? Este artículo presenta la anatomía del pinout USB Tipo-C y toca brevemente sus diferentes modos.
USB Type-C es una especificación para un sistema de conector USB que está ganando popularidad entre los teléfonos inteligentes y los dispositivos móviles y es capaz de entregar energía y transmitir datos.
A diferencia de sus predecesores USB, también es intercambiable, por lo que no es necesario que lo intentes tres veces para conectarlo.
Un puerto USB tipo-C. Imagen cortesía de Denys Vitali.
Índice
Este artículo introductorio analizará algunas de las características más importantes del estándar USB-C. Antes de zambullirse en el pinout y explicar de qué es capaz cada uno, veremos rápidamente qué es USB-C y en qué es mejor.
¿Qué es USB-C?
El USB-C es un estándar relativamente nuevo que apunta a proporcionar una transferencia de datos de alta velocidad de hasta 10 Gb / s junto con una capacidad de flujo de potencia de hasta 100W. Estas características pueden hacer que el USB-C sea un estándar de conectividad verdaderamente universal para los dispositivos modernos.
¿USB-C o USB Type-C?
Estos dos términos son generalmente intercambiables (usaremos ambos a lo largo de este artículo). Aunque USB-C se usa más comúnmente, USB Type-C es el nombre oficial de la norma tal como aparece en USB.org.
Características de USB-C
La interfaz USB-C tiene tres características principales:
- Tiene un conector abatible. La interfaz está diseñada de manera que el enchufe se puede voltear en relación con el receptáculo.
- Es compatible con USB 2.0, USB 3.0 y USB 3.1 Gen 2. Además, puede admitir protocolos de terceros como DisplayPort y HDMI en un modo de operación llamado Modo Alternativo.
- Permite que los dispositivos negocien y elijan un nivel apropiado de flujo de energía a través de la interfaz.
En las siguientes secciones, veremos cómo estas características son proporcionadas por el estándar USB Type-C.
El conector USB tipo C / clavijas de enchufe
El conector USB tipo C tiene 24 pines. Las figuras 1 y 2, respectivamente, muestran los pines del receptáculo y el enchufe USB tipo C.
Figura 1. El receptáculo USB tipo-C. Imagen cortesía de microchip.
Figura 2. El conector USB Tipo-C. Imagen cortesía de microchip.
Pares diferenciales USB 2.0
Los pines D + y D son los pares diferenciales utilizados para la conectividad USB 2.0. Hay dos clavijas D + y dos clavijas D en el receptáculo.
Sin embargo, las clavijas están conectadas entre sí y, en realidad, solo hay un par diferencial de datos USB 2.0 disponible para su uso. La redundancia se incluye solo para proporcionar un conector que se pueda voltear.
Pasadores de potencia y tierra
Los pines VBUS y GND son alimentación y las rutas de retorno para las señales. El voltaje VBUS predeterminado es de 5 V, pero el estándar permite que los dispositivos negocien y elijan un voltaje VBUS diferente al valor predeterminado. Power Delivery permite que VBUS tenga un voltaje de hasta 20 V. La corriente máxima también se puede aumentar hasta 5 A. Por lo tanto, el USB Type-C podría entregar una potencia máxima de 100 W.
El flujo de alta potencia podría ser útil cuando se carga un dispositivo grande como una computadora portátil. La Figura 3 muestra un ejemplo de RICHTEK en el que se usa un convertidor Buck-boost para generar el voltaje apropiado solicitado por la computadora portátil.
Figura 3. Imagen cortesía de Richtek.
Tenga en cuenta que la tecnología de suministro de energía hace que el USB Type-C sea más versátil que los estándares anteriores porque hace que el nivel de energía se adapte a las necesidades de la carga. Puede cargar tanto su teléfono inteligente como su portátil usando el mismo cable.
Los pines RX y TX
Hay dos conjuntos de pares diferenciales de RX y dos conjuntos de pares diferenciales de TX.
Uno de estos dos pares de RX junto con un par de TX podría usarse para el protocolo USB 3.0 / USB 3.1. Dado que el conector es plegable, se requiere un multiplexor para redireccionar correctamente los datos en los pares diferenciales empleados a través del cable.
Tenga en cuenta que un puerto USB tipo C podría admitir los estándares USB 3.0 / 3.1, pero el conjunto de funciones mínimo de USB Type-C no incluye USB 3.0 / 3.1. En tales casos, los pares RX / TX no son utilizados por la conectividad USB 3.0 / 3.1 y pueden ser utilizados por otras funcionalidades USB Tipo-C, como el Modo Alternativo y el protocolo de Entrega de Energía USB. Estas funcionalidades pueden utilizar incluso todos los pares diferenciales RX / TX disponibles.
Los pines CC1 y CC2
Estos pines son los pines de configuración del canal. Realizan una serie de funciones, como la conexión del cable y la detección de extracción, la detección de la orientación del enchufe / enchufe y la publicidad actual. Estos pines también se pueden usar para las comunicaciones requeridas por la entrega de energía y el modo alternativo.
La figura 4 a continuación muestra cómo los pines CC1 y CC2 revelan la orientación del receptáculo / enchufe. En esta figura, DFP significa Downstream Facing Port, que es el puerto que actúa como host en la transmisión de datos o como fuente de energía. UFP denota el Puerto orientado hacia arriba que es el dispositivo conectado al host o al consumidor de energía.
Figura 4. Imagen cortesía de microchip.
El DFP levanta los pines CC1 y CC2 a través de las resistencias Rp, pero el UFP los empuja hacia abajo a través de Rd. Si no se conecta ningún cable, la fuente ve una lógica alta en los pines CC1 y CC2. La conexión del cable USB tipo C crea una ruta de corriente desde el suministro de 5 V a tierra. Como solo hay un cable CC dentro del cable USB tipo C, solo se forma una ruta de corriente. Por ejemplo, en el gráfico superior de la Figura 4, el pin CC1 del DFP está conectado al pin CC1 del UFP. Por lo tanto, el pin DFP CC1 tendrá un voltaje inferior a 5 V, pero el pin DFP CC2 seguirá estando en el nivel lógico alto. Por lo tanto, al monitorear el voltaje en los pines DFP CC1 y CC2, podemos determinar la conexión del cable y su orientación.
Además de la orientación del cable, la ruta Rp-Rd se utiliza como una forma de comunicar información sobre las capacidades actuales de la fuente. Con este fin, el consumidor de energía (UFP) monitorea el voltaje en la línea CC. Cuando el voltaje en la línea CC tiene su valor más bajo (aproximadamente 0,41 V), la fuente puede proporcionar la alimentación USB predeterminada, que es de 500 mA y 900 mA para el USB 2.0 y el USB 3.0 respectivamente. Cuando el voltaje de la línea CC es aproximadamente 0,92 V, la fuente puede proporcionar una corriente de 1,5 A. El voltaje más alto de la línea CC que es aproximadamente 1,68 V corresponde a la capacidad de corriente de la fuente de 3 A.
El Pin VCONN
Como se mencionó anteriormente, el USB Type-C apunta a proporcionar velocidades de transferencia de datos increíblemente rápidas junto con altos niveles de flujo de energía. Estas características pueden requerir el uso de cables especiales que están marcados electrónicamente al emplear un chip en su interior. Además, algunos cables activos utilizan un chip re-driver para reforzar la señal y compensar las pérdidas incurridas por el cable, etc. En estos casos, podemos alimentar los circuitos dentro del cable aplicando una potencia de 5 V, 1 W Suministro al pin VCONN. Esto se muestra en la Figura 5.
Figura 5. Imagen cortesía de microchip.
Como puede ver, el cable activo usa las resistencias Ra para tirar hacia abajo de los pines CC2. El valor de Ra es diferente de Rd, por lo que el DFP aún puede determinar la orientación del cable al examinar el voltaje en los pines CC1 y CC2 del DFP. Después de determinar la orientación del cable, el pin de configuración del canal correspondiente al "IC del cable activo" se conectará a una fuente de 5 V, 1 W para alimentar los circuitos dentro del cable. Por ejemplo, en la Figura 5, la ruta Rp-Rd válida corresponde al pin CC1. Por lo tanto, el pin CC2 está conectado a la fuente indicada por VCONN.
Los pasadores SBU1 y SBU2
Estos dos pines corresponden a las rutas de señal de baja velocidad que se usan solo en el modo alternativo.
Ahora que estamos familiarizados con la fijación del estándar USB-C, veamos brevemente la entrega de energía USB y los modos alternos.
La entrega de energía USB
Como se mencionó anteriormente, los dispositivos que utilizan el estándar USB Tipo-C pueden negociar y elegir un nivel apropiado de flujo de energía a través de la interfaz. Estas negociaciones de poder se logran a través de un protocolo llamado USB Power Delivery, que es una comunicación de un solo cable a través de la línea CC que se explicó anteriormente. La figura 6 a continuación muestra un ejemplo de entrega de energía USB donde el receptor envía solicitudes a la fuente y ajusta el voltaje VBUS según sea necesario. Al principio, se solicita un bus 9-V. Una vez que la fuente estabiliza la tensión del bus a 9 V, envía un mensaje de "listo para suministro de energía" al sumidero. Luego, el receptor solicita un bus de 5 V y la fuente lo proporciona y envía nuevamente un mensaje de "listo para la alimentación".
Figura 6. Imagen cortesía de Richtek.
Es importante tener en cuenta que la "Entrega de energía USB" no se trata solo de las negociaciones relacionadas con la entrega de energía, otras negociaciones, como las relacionadas con el modo alternativo, se realizan mediante el protocolo de entrega de energía en la línea CC de la norma.
Modos alternos
Este modo de operación nos permite implementar protocolos de terceros, como DisplayPort y HDMI, utilizando el estándar USB Type-C. Todos los modos alternativos deben al menos admitir una conexión USB 2.0 y USB Power Delivery. Para obtener más información, consulte este documento de TI.
Conclusión
El USB Type-C tiene características interesantes. Admite una velocidad de transferencia de datos increíblemente rápida de hasta 10 Gb / sy un flujo de alta potencia de hasta 100 W. Esto, junto con un conector que se puede voltear, puede hacer que el USB Type-C sea un estándar verdaderamente universal para los dispositivos modernos.
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