USB-C 핀 배치 및 기능 안내

이 소개 기사에서는 USB-C 표준의 가장 중요한 몇 가지 기능을 살펴봅니다.

USB Type-C 커넥터를 사용하는 방법을 알고 있습니까? 이 기사에서는 USB Type-C 핀아웃의 구조를 설명하고 다양한 모드에 대해 간략하게 설명합니다.

USB Type-C는 스마트폰과 모바일 기기 전반에 걸쳐 인기를 얻고 있는 USB 커넥터 시스템 사양으로 전력 공급과 데이터 전송이 모두 가능합니다.

이전 USB와 달리 뒤집을 수도 있으므로 3번을 연결하려고 시도할 필요가 없습니다.

USB Type-C 포트. Denys Vitali의 이미지 제공

이 소개 기사에서는 USB-C 표준의 가장 중요한 기능 중 일부를 살펴볼 것입니다. 핀아웃을 자세히 살펴보고 각각의 기능을 설명하기 전에 USB-C가 무엇이며 어떤 점이 가장 좋은지 간략하게 살펴보겠습니다.

USB-C란 무엇입니까?

USB-C는 최대 100W의 전력 흐름 기능과 함께 최대 10Gb/s의 고속 데이터 전송을 제공하는 것을 목표로 하는 비교적 새로운 표준입니다. 이러한 기능은 USB-C를 최신 장치에 대한 진정한 범용 연결 표준으로 만들 수 있습니다.

USB-C 또는 USB Type-C?

이 두 용어는 일반적으로 서로 바꿔 사용할 수 있습니다(이 기사 전체에서 둘 다 사용함). USB-C가 더 일반적으로 사용되지만 USB Type-C는 USB.org에 나열된 표준의 공식 이름입니다.

USB-C 기능

USB-C 인터페이스에는 세 가지 주요 기능이 있습니다.

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뒤집을 수 있는 커넥터가 있습니다. 인터페이스는 콘센트에 대해 플러그를 뒤집을 수 있는 방식으로 설계되었습니다.

USB 2.0, USB 3.0 및 USB 3.1 Gen 2 표준을 지원합니다. 또한 대체 모드라는 작동 모드에서 DisplayPort 및 HDMI와 같은 타사 프로토콜을 지원할 수 있습니다.

기기가 인터페이스를 통해 적절한 수준의 전력 흐름을 협상하고 선택할 수 있도록 합니다.

다음 섹션에서는 USB Type-C 표준에서 이러한 기능을 제공하는 방법을 살펴보겠습니다.

USB Type-C 소켓/플러그 핀

USB Type-C 커넥터에는 24개의 핀이 있습니다. 그림 1과 2는 각각 USB Type-C 소켓과 플러그의 핀을 보여줍니다.

그림 1. USB Type-C 소켓입니다. 이미지 제공:Microchip.

그림 2. USB Type-C 플러그. 이미지 제공:Microchip.

USB 2.0 차동 쌍

D+ 및 D- 핀은 USB 2.0 연결에 사용되는 차동 쌍입니다. 소켓에는 D+ 핀 2개와 D- 핀 2개가 있습니다.

그러나 핀은 서로 연결되어 있으며 실제로 사용할 수 있는 USB 2.0 데이터 차동 쌍은 하나만 있습니다. 이중화는 플립형 커넥터를 제공하기 위해서만 포함됩니다.

전원 및 접지 핀

VBUS 및 GND 핀은 신호에 대한 전원 및 리턴 경로입니다. 기본 VBUS 전압은 5V이지만 표준에서는 장치가 기본값 이외의 VBUS 전압을 협상하고 선택할 수 있도록 허용합니다. Power Delivery를 통해 VBUS는 최대 20V의 전압을 가질 수 있습니다. 최대 전류도 5A까지 올릴 수 있습니다. 따라서 USB Type-C는 최대 100W의 전력을 제공할 수 있습니다.

고전력 흐름은 노트북 컴퓨터와 같은 대형 장치를 충전할 때 유용할 수 있습니다. 그림 3은 벅-부스트 컨버터를 사용하여 노트북 컴퓨터에서 요구하는 적절한 전압을 생성하는 RICHTEK의 예를 보여줍니다.

그림 3. 이미지 제공:Richtek.

전력 공급 기술은 USB Type-C를 부하의 요구에 맞게 전력 수준을 조정하기 때문에 이전 표준보다 더 다재다능하게 만듭니다. 같은 케이블로 스마트폰과 노트북을 모두 충전할 수 있습니다.

RX 및 TX 핀

두 세트의 RX 차동 쌍과 두 세트의 TX 차동 쌍이 있습니다.

TX 쌍과 함께 이 두 개의 RX 쌍 중 하나를 USB 3.0/USB 3.1 프로토콜에 사용할 수 있습니다. 커넥터는 뒤집을 수 있으므로 케이블을 통해 사용된 차동 쌍의 데이터를 올바르게 다시 라우팅하려면 멀티플렉서가 필요합니다.

USB Type-C 포트는 USB 3.0/3.1 표준을 지원할 수 있지만 USB Type-C의 최소 기능 세트에는 USB 3.0/3.1이 포함되지 않습니다. 이러한 경우 RX/TX 쌍은 USB 3.0/3.1 연결에서 사용되지 않으며 대체 모드 및 USB 전원 공급 프로토콜과 같은 다른 USB Type-C 기능에서 사용할 수 있습니다. 이러한 기능은 사용 가능한 모든 RX/TX 차동 쌍을 활용할 수도 있습니다.

CC1 및 CC2 핀

이 핀은 채널 구성 핀입니다. 케이블 부착 및 제거 감지, 소켓/플러그 방향 감지, 현재 광고와 같은 여러 기능을 수행합니다. 이 핀은 전력 공급 및 대체 모드에 필요한 통신에도 사용할 수 있습니다.

아래 그림 4는 CC1 및 CC2 핀이 콘센트/플러그 방향을 나타내는 방법을 보여줍니다. 이 그림에서 DFP는 데이터 전송의 호스트 또는 전원 소스 역할을 하는 포트인 Downstream Facing Port를 나타냅니다. UFP는 호스트 또는 전원 소비자에 연결된 장치인 Upstream Facing Port를 나타냅니다.

그림 4. 이미지 제공:Microchip.

DFP는 Rp 저항을 통해 CC1 및 CC2 핀을 풀업하지만 UFP는 Rd를 통해 핀을 풀다운합니다. 케이블이 연결되지 않은 경우 소스는 CC1 및 CC2 핀에서 로직 하이를 봅니다. USB Type-C 케이블을 연결하면 5V 전원에서 접지로의 전류 경로가 생성됩니다. USB Type-C 케이블 내부에는 CC 와이어가 하나뿐이므로 하나의 전류 경로만 형성됩니다. 예를 들어, 그림 4의 상단 그래픽에서 DFP의 CC1 핀은 UFP의 CC1 핀에 연결됩니다. 따라서 DFP CC1 핀의 전압은 5V보다 낮지만 DFP CC2 핀은 여전히 ​​로직 하이에 있습니다. 따라서 DFP CC1 및 CC2 핀의 전압을 모니터링하여 케이블 연결 및 방향을 결정할 수 있습니다.

케이블 방향 외에도 Rp-Rd 경로는 소스 전류 기능에 대한 정보를 전달하는 방법으로 사용됩니다. 이를 위해 전력 소비자(UFP)는 CC 라인의 전압을 모니터링합니다. CC 라인의 전압이 가장 낮은 값(약 0.41V)일 때 소스는 USB 2.0 및 USB 3.0에 대해 각각 500mA 및 900mA인 기본 USB 전원을 제공할 수 있습니다. CC 라인 전압이 약 0.92V일 때 소스는 1.5A의 전류를 제공할 수 있습니다. 약 1.68V인 가장 높은 CC 라인 전압은 3A의 소스 전류 용량에 해당합니다.

VCONN 핀

위에서 언급했듯이 USB Type-C는 높은 수준의 전력 흐름과 함께 초고속 데이터 전송 속도를 제공하는 것을 목표로 합니다. 이러한 기능은 내부에 칩을 사용하여 전자적으로 표시되는 특수 케이블을 사용해야 할 수 있습니다. 또한 일부 능동 케이블은 신호를 강화하고 케이블 등으로 인한 손실을 보상하기 위해 리드 드라이버 칩을 사용합니다. 이러한 경우 5V, 1W 전원을 적용하여 케이블 내부 회로에 전원을 공급할 수 있습니다. VCONN 핀에 공급합니다. 이것은 그림 5에 나와 있습니다.

그림 5. 이미지 제공:Microchip.

보시다시피 활성 케이블은 Ra 저항을 사용하여 CC2 핀을 풀다운합니다. Ra 값은 Rd와 다르므로 DFP는 여전히 DFP CC1 및 CC2 핀의 전압을 검사하여 케이블 방향을 결정할 수 있습니다. 케이블 방향을 결정한 후 "활성 케이블 IC"에 해당하는 채널 구성 핀이 5V, 1W 전원에 연결되어 케이블 내부의 회로에 전력을 공급합니다. 예를 들어 그림 5에서 유효한 Rp-Rd 경로는 CC1 핀에 해당합니다. 따라서 CC2 핀은 VCONN으로 표시된 전원에 연결됩니다.

SBU1 및 SBU2 핀

이 두 핀은 대체 모드에서만 사용되는 저속 신호 경로에 해당합니다.

USB 전원 공급

이제 USB-C 표준의 고정에 익숙해졌으므로 USB Power Delivery에 대해 간단히 살펴보겠습니다.

위에서 언급했듯이 USB Type-C 표준을 사용하는 장치는 인터페이스를 통해 적절한 수준의 전력 흐름을 협상하고 선택할 수 있습니다. 이러한 전력 협상은 위에서 논의한 CC 라인을 통한 단일 와이어 통신인 USB Power Delivery라는 프로토콜을 통해 달성됩니다. 아래 그림 6은 싱크가 소스에 요청을 보내고 필요에 따라 VBUS 전압을 조정하는 USB 전원 공급의 예를 보여줍니다. 처음에는 9V 버스가 요청됩니다. 소스가 9V에서 버스 전압을 안정화한 후 싱크에 "전원 공급 준비 완료" 메시지를 보냅니다. 그런 다음 싱크는 5V 버스를 요청하고 소스는 이를 제공하고 "power-supply-ready" 메시지를 다시 보냅니다.

그림 6. 이미지 제공:Richtek.

"USB Power Delivery"는 전원 공급 관련 협상에 관한 것이 아니라 Alternate Mode와 관련된 협상과 같은 다른 협상이 표준의 CC 라인에서 Power Delivery 프로토콜을 사용하여 수행된다는 점에 유의하는 것이 중요합니다.

대체 모드

이 작동 모드를 통해 USB Type-C 표준을 사용하여 DisplayPort 및 HDMI와 같은 타사 프로토콜을 구현할 수 있습니다. 모든 대체 모드는 최소한 USB 2.0 및 USB Power Delivery 연결을 지원해야 합니다. 자세한 내용은 이 TI 문서를 참조하십시오.

결론

USB Type-C에는 흥미로운 기능이 있습니다. 최대 10Gb/s의 매우 빠른 데이터 전송 속도와 최대 100W의 고전력 흐름을 지원합니다. 플립형 커넥터와 함께 USB Type-C는 최신 장치를 위한 진정한 보편적 표준이 될 수 있습니다.

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