USB除了TYPE-C之外有TYPE-A，TYPE-B嗎？

從柜子里翻出了十幾年前購(gòu)買(mǎi)的筆記本，看著這臺(tái)筆記本密密麻麻的接口，再看看我現(xiàn)在的華為輕薄筆記本，感覺(jué)這完全是兩個(gè)世紀(jì)的產(chǎn)物。十幾年前太長(zhǎng)，我又翻出了四年前購(gòu)買(mǎi)的一臺(tái)惠普 360PC 平板二合一，也感覺(jué)和現(xiàn)在的這臺(tái)輕薄本完全不一樣。不一樣的地方就在于，我找來(lái)找去都找不到一個(gè) TYPE-C 的 USB 接口。我想 TYPE-C 發(fā)展的這幾年對(duì)于我們的工作方式改變的實(shí)在是太大了。

1.TYPE-C 和 USB3.0

“TYPE-C 絕對(duì)不是 USB3.0，這一點(diǎn)一定要清楚，TYPE-C 只不過(guò)是 USB 接口外形的一種形狀，它是叫做 C 類(lèi)型，所以被稱(chēng)為‘TYPE-C’”。這段話我之前和我一個(gè)朋友解釋過(guò)，愛(ài)抬杠的他總是不服輸?shù)臅?huì)來(lái)杠一下，“那么為什么沒(méi)有‘TYPE-A’和‘TYPE-B’？”他又杠到。此問(wèn)題一出，我瞬間拋出科普知識(shí)的態(tài)度，準(zhǔn)備打其臉。USB 不僅有 TYPE-C，還有 TYPE-A 和 TYPE-B。我們來(lái)看一下自己的優(yōu)盤(pán)，大多數(shù)優(yōu)盤(pán)是一個(gè)方形 USB 插頭，這種方形的 USB 插頭就是 TYPE-A。

圖 2 USB-A 接口

而我們工業(yè)上面常用到的那種長(zhǎng)方形的 USB 接口，就是 TYPE-B 類(lèi)型的 USB 口了，這種接口在日常生活中用的比較少，但是在一些工業(yè)應(yīng)用，或者在某些打印機(jī)上面用的很多，比如我的 51 單片機(jī)開(kāi)發(fā)板，還有惠普的打印機(jī)。其形狀可以參考圖 3。

圖 3 TYPE-B 接口

大家可以注意自己手中的以前的 USB 數(shù)據(jù)線，一般都是一頭是 USB 的插頭，另一頭是 Mini USB 或者 Micro USB 的接頭。如圖 4 所示。

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圖 4 傳統(tǒng) USB 線

好了，現(xiàn)在又仔細(xì)閱讀的讀者可能就有疑問(wèn)了，這里的 Mini USB 和 Micro USB 算是 TYPE what？這里就要說(shuō)到 USB 的主從模式了，我們用 USB 線把手機(jī)連到筆記本上面時(shí)，手機(jī)會(huì)提示你是否作為存儲(chǔ)介質(zhì)，一旦當(dāng)你選定好之后，那么這個(gè) USB 通訊就被建立起來(lái)了，此時(shí)手機(jī)扮演的角色是 USB 從機(jī)（Slave），而筆記本電腦扮演的是 USB 主機(jī)（Host）。而以前的 USB 通訊中，主機(jī)上面用到的都是標(biāo)準(zhǔn)的 USB TYPE A 接口，從機(jī)上面的都是 Mini USB 或者 Micro USB 接口。但是，隨著智能手機(jī)的發(fā)展，手機(jī)再也不單單只是一個(gè)筆記本的附屬產(chǎn)品了，我們可以將手機(jī)變成一臺(tái)臺(tái)式電腦，插上鼠標(biāo)，鍵盤(pán)，就可以使其像電腦一樣處理我們工作中的郵件，文檔，PPT 等等事務(wù)。換句話說(shuō)，手機(jī)上面的 USB 也是可以扮演 USB 主機(jī)的角色，因此，從 2015 年蘋(píng)果第一次將 TYPE C 用到 Macbook 上面之后，越來(lái)越多的 TYPE C 接口被放到了手機(jī)上，這也就導(dǎo)致了我們現(xiàn)在對(duì)這種新型的 USB 都簡(jiǎn)稱(chēng)為 TYPE C 接口。

而 USB3.0 和 USB2.0 的區(qū)別又是另外一回事情了。我相信絕大多數(shù)人接觸 USB 都是從 USB2.0 時(shí)代開(kāi)始的，它需要四根線來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，即 VBUS，D+，D-，GND。其中這里的 D+和 D- 是一對(duì)差分線，由于這些線都是按照某一個(gè)特定順序排列的，因此在使用時(shí)絕對(duì)不能插反。最終導(dǎo)致了 Mini USB 和 Micro USB 這兩種防呆接口的誕生。

圖 5 USB2.0 引腳及定義

而 USB3.0 為了大大提高傳輸效率，因此在原有的 USB2.0 四線制的基礎(chǔ)上，又增加了一組超級(jí)差分線，用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。

圖 6 USB3.0 引腳及定義

2.USB3.1 和 TYPE C

USB 3.1 Gen2 是最新的 USB 規(guī)范（USB4.0 也快來(lái)了），該規(guī)范由英特爾等公司發(fā)起。數(shù)據(jù)傳輸速度提升可至速度 10Gbps。與 USB 3.0（即 USB 3.1 Gen1）技術(shù)相比，新 USB 技術(shù)使用一個(gè)更高效的數(shù)據(jù)編碼系統(tǒng)，并提供一倍以上的有效數(shù)據(jù)吞吐率。它完全向下兼容現(xiàn)有的 USB 連接器與線纜。2008 年 11 月 12 日 USB 3.0 推出之后，SuperSpeed 帶來(lái)了 5Gbps 高速傳輸效能，附加提供 5V/0.9A 電源。隨著傳輸速率的要求提高，加上也希望能提升供電能力，2013 年 1 月 6 日 USB IF 協(xié)會(huì)（USB Implementers Forum）正式宣布要推出新的 USB 3.0 加強(qiáng)版(即 USB 3.1)。2013 年 7 月 31 日宣布正式開(kāi)始研發(fā) SuperSpeed 10Gbps，2013 年 12 月 3 日 USB 3.0 Promoter Group 正式宣布 USB 3.1 誕生。

USB3.1 有三種連接介面，分別為 Type-A（Standard-A）、Type-B（Micro-B）以及 Type-C。標(biāo)準(zhǔn)的 Type-A 是應(yīng)用最廣泛的介面方式，Micro-B 則主要應(yīng)用于智能手機(jī)和平板電腦等設(shè)備，而新定義的 Type-C 主要面向更輕薄、更纖細(xì)的設(shè)備。Type-C 大幅縮小了實(shí)體外型，更適合用于短小輕薄的手持式裝置上，Type-C 將取代 Micro-AB 型連接器（支援 USB 裝置直接對(duì)傳，不需要有主控系統(tǒng)介入），也將取代一般 Micro-USB 連接器，Type-C 仿 Apple Lightning 連接器，正反均可正常連接使用，較現(xiàn)有 Micro-USB 更理想，Micro-USB 雖有防止反接的防呆機(jī)制，但正反均可接的好處，勝過(guò)防止反接，摸黑狀況上都可順利完成接線。另外，Type-C 還有增進(jìn)的電磁干擾與 RFI mitigation (射頻干擾抑制)特性。

圖 7 TYPE C 接口

接下來(lái)我們先來(lái)看一下 TYPC 接口的幾個(gè)術(shù)語(yǔ)：

DFP【Downstream Facing Port】：下行端口。它與 USB 數(shù)據(jù)流有關(guān)。一般是指 HOST 或 HUB 的端口，從設(shè)備器件與此類(lèi)端口相連。

UFP【Upstream Facing Port】：上行端口。它與 USB 數(shù)據(jù)流有關(guān)。一般是指 DEVICE 端口或連接著其它 HOST 或 DFP HUB 的 HUB 端口。

SOURCE：供電端口。該端口上的 CC 腳接上拉電阻，并通過(guò) VBUS 對(duì)外供電。一般指 HOST 或 DFP HUB 端口，比方傳統(tǒng)的 Type-A 端口。

SINK：受電端口：該端口上的 CC 腳接下拉電阻，它從 VBUS 取電。一般指 device 端口，比方傳統(tǒng)的 Type-B 端口。

DRP【Dual Role Port】雙角色端口。既可做 SOURCE 又可以做 SINK 的端口，角色可以固定也可以協(xié)商切換。

USB Type-C 接口一共 24 個(gè)管腳，分對(duì)稱(chēng)性連接和非對(duì)稱(chēng)性連接。

對(duì)稱(chēng)性連接：

USB 2.0 差分信號(hào)對(duì)（D+/D-）；

電源腳：VBUS/GND；

非對(duì)稱(chēng)性連接：

TYPE C 的引腳定義如圖 8 所示。

兩套支持 USB3.1 數(shù)據(jù)傳輸速度的 TX/RX 信號(hào)腳；

通道配置腳【CC 腳】，用于接插及角色的監(jiān)測(cè)、供電等配置管理；

兩路邊帶信號(hào)腳【SBU】，用于模擬音頻模式或 DP 備選模式；

圖 8 TYPE C 引腳定義

圖 9 展示了 TYPE C 接口中每個(gè)引腳的含義。

圖 9 USB 接口引腳定義

3.STM32 使用 TYPE C

那么本文的重點(diǎn)來(lái)了，我們?cè)谠O(shè)計(jì) STM32 單片機(jī)電路的時(shí)候，如何將 STM32 的 USB2.0 移植到現(xiàn)有的 TYPE C 接口上面來(lái)呢？

TYPE C 插座中有兩個(gè) CC 引腳，但每個(gè)面向端口的電纜中只有一個(gè) CC 引腳連接。在 CC1 和 CC2 上，DFP 必須具有 Rp 上拉電阻，而 UFP 必須具有 Rd 下拉電阻。CC 引腳主要有兩個(gè)作用：插頭方向檢測(cè)和功率檢測(cè)。

? ?STM32 做 USB 設(shè)備時(shí)候的連接而我們?cè)谧?STM32 單片機(jī)移植的時(shí)候，我們往往需要 USB 提供最大的功率，因此不需要去做功率檢測(cè)。而由于 USB 插頭是雙向的的，所以在連接到 STM32xx 設(shè)備之前，兩對(duì) DP/DN 需要相互連接，盡可能靠近插座。如圖 10 所示。

圖 10 STM32 做 USB 設(shè)備時(shí)的 TYPE C 電路

? ?STM32 做 USB 主機(jī)時(shí)候的連接由于平臺(tái)是為 USB2.0 設(shè)計(jì)的，因此最大電流容量為 500 毫安。如果在實(shí)際應(yīng)用中有較高的電源電流，Rp 電阻可以調(diào)整到 1.5 A 甚至 3 A。傳統(tǒng)主機(jī)需要通過(guò)在 CC 線和 5V 電源加入 Rp 上拉電阻，將 STM32 配置為 DFP。并且通過(guò) STM32 的 ADC_IN 監(jiān)控 CC 線，從而在連接器上提供 VBUS。具體電路如圖 11 所示。

圖 10 STM32 做 USB 主機(jī)時(shí)的 TYPE C 電路