1082
从柜子里翻出了十几年前购买的笔记本，看着这台笔记本密密麻麻的接口，再看看我现在的华为轻薄笔记本，感觉这完全是两个世纪的产物。十几年前太长，我又翻出了四年前购买的一台惠普 360PC 平板二合一，也感觉和现在的这台轻薄本完全不一样。不一样的地方就在于，我找来找去都找不到一个 TYPE-C 的 USB 接口。我想 TYPE-C 发展的这几年对于我们的工作方式改变的实在是太大了。
1.TYPE-C 和 USB3.0
“TYPE-C 绝对不是 USB3.0，这一点一定要清楚，TYPE-C 只不过是 USB 接口外形的一种形状，它是叫做 C 类型，所以被称为‘TYPE-C’”。这段话我之前和我一个朋友解释过，爱抬杠的他总是不服输的会来杠一下，“那么为什么没有‘TYPE-A’和‘TYPE-B’？”他又杠到。此问题一出，我瞬间抛出科普知识的态度，准备打其脸。USB 不仅有 TYPE-C，还有 TYPE-A 和 TYPE-B。我们来看一下自己的优盘，大多数优盘是一个方形 USB 插头，这种方形的 USB 插头就是 TYPE-A。
图 2 USB-A 接口
而我们工业上面常用到的那种长方形的 USB 接口，就是 TYPE-B 类型的 USB 口了，这种接口在日常生活中用的比较少，但是在一些工业应用，或者在某些打印机上面用的很多，比如我的 51 单片机开发板，还有惠普的打印机。其形状可以参考图 3。
图 3 TYPE-B 接口
大家可以注意自己手中的以前的 USB 数据线，一般都是一头是 USB 的插头，另一头是 Mini USB 或者 Micro USB 的接头。如图 4 所示。
图 4 传统 USB 线
好了，现在又仔细阅读的读者可能就有疑问了，这里的 Mini USB 和 Micro USB 算是 TYPE what？这里就要说到 USB 的主从模式了，我们用 USB 线把手机连到笔记本上面时，手机会提示你是否作为存储介质，一旦当你选定好之后，那么这个 USB 通讯就被建立起来了，此时手机扮演的角色是 USB 从机（Slave），而笔记本电脑扮演的是 USB 主机（Host）。而以前的 USB 通讯中，主机上面用到的都是标准的 USB TYPE A 接口，从机上面的都是 Mini USB 或者 Micro USB 接口。但是，随着智能手机的发展，手机再也不单单只是一个笔记本的附属产品了，我们可以将手机变成一台台式电脑，插上鼠标，键盘，就可以使其像电脑一样处理我们工作中的邮件，文档，PPT 等等事务。换句话说，手机上面的 USB 也是可以扮演 USB 主机的角色，因此，从 2015 年苹果第一次将 TYPE C 用到 Macbook 上面之后，越来越多的 TYPE C 接口被放到了手机上，这也就导致了我们现在对这种新型的 USB 都简称为 TYPE C 接口。
而 USB3.0 和 USB2.0 的区别又是另外一回事情了。我相信绝大多数人接触 USB 都是从 USB2.0 时代开始的，它需要四根线来进行数据传输，即 VBUS，D+，D-，GND。其中这里的 D+和 D- 是一对差分线，由于这些线都是按照某一个特定顺序排列的，因此在使用时绝对不能插反。最终导致了 Mini USB 和 Micro USB 这两种防呆接口的诞生。
图 5 USB2.0 引脚及定义
而 USB3.0 为了大大提高传输效率，因此在原有的 USB2.0 四线制的基础上，又增加了一组超级差分线，用来传输数据。
图 6 USB3.0 引脚及定义
2.USB3.1 和 TYPE C
USB 3.1 Gen2 是最新的 USB 规范（USB4.0 也快来了），该规范由英特尔等公司发起。数据传输速度提升可至速度 10Gbps。与 USB 3.0（即 USB 3.1 Gen1）技术相比，新 USB 技术使用一个更高效的数据编码系统，并提供一倍以上的有效数据吞吐率。它完全向下兼容现有的 USB 连接器与线缆。2008 年 11 月 12 日 USB 3.0 推出之后，SuperSpeed 带来了 5Gbps 高速传输效能，附加提供 5V/0.9A 电源。随着传输速率的要求提高，加上也希望能提升供电能力，2013 年 1 月 6 日 USB IF 协会（USB Implementers Forum）正式宣布要推出新的 USB 3.0 加强版(即 USB 3.1)。2013 年 7 月 31 日宣布正式开始研发 SuperSpeed 10Gbps，2013 年 12 月 3 日 USB 3.0 Promoter Group 正式宣布 USB 3.1 诞生。
USB3.1 有三种连接介面，分别为 Type-A（Standard-A）、Type-B（Micro-B）以及 Type-C。标准的 Type-A 是应用最广泛的介面方式，Micro-B 则主要应用于智能手机和平板电脑等设备，而新定义的 Type-C 主要面向更轻薄、更纤细的设备。Type-C 大幅缩小了实体外型，更适合用于短小轻薄的手持式装置上，Type-C 将取代 Micro-AB 型连接器（支援 USB 装置直接对传，不需要有主控系统介入），也将取代一般 Micro-USB 连接器，Type-C 仿 Apple Lightning 连接器，正反均可正常连接使用，较现有 Micro-USB 更理想，Micro-USB 虽有防止反接的防呆机制，但正反均可接的好处，胜过防止反接，摸黑状况上都可顺利完成接线。另外，Type-C 还有增进的电磁干扰与 RFI mitigation (射频干扰抑制)特性。
图 7 TYPE C 接口
接下来我们先来看一下 TYPC 接口的几个术语：
DFP【Downstream Facing Port】：下行端口。它与 USB 数据流有关。一般是指 HOST 或 HUB 的端口，从设备器件与此类端口相连。
UFP【Upstream Facing Port】：上行端口。它与 USB 数据流有关。一般是指 DEVICE 端口或连接着其它 HOST 或 DFP HUB 的 HUB 端口。
SOURCE：供电端口。该端口上的 CC 脚接上拉电阻，并通过 VBUS 对外供电。一般指 HOST 或 DFP HUB 端口，比方传统的 Type-A 端口。
SINK：受电端口：该端口上的 CC 脚接下拉电阻，它从 VBUS 取电。一般指 device 端口，比方传统的 Type-B 端口。
DRP【Dual Role Port】双角色端口。既可做 SOURCE 又可以做 SINK 的端口，角色可以固定也可以协商切换。
USB Type-C 接口一共 24 个管脚，分对称性连接和非对称性连接。
对称性连接：
USB 2.0 差分信号对（D+/D-）；
电源脚：VBUS/GND；
非对称性连接：
TYPE C 的引脚定义如图 8 所示。
两套支持 USB3.1 数据传输速度的 TX/RX 信号脚；
通道配置脚【CC 脚】，用于接插及角色的监测、供电等配置管理；
两路边带信号脚【SBU】，用于模拟音频模式或 DP 备选模式；
图 8 TYPE C 引脚定义
图 9 展示了 TYPE C 接口中每个引脚的含义。
图 9 USB 接口引脚定义
3.STM32 使用 TYPE C
那么本文的重点来了，我们在设计 STM32 单片机电路的时候，如何将 STM32 的 USB2.0 移植到现有的 TYPE C 接口上面来呢？
TYPE C 插座中有两个 CC 引脚，但每个面向端口的电缆中只有一个 CC 引脚连接。在 CC1 和 CC2 上，DFP 必须具有 Rp 上拉电阻，而 UFP 必须具有 Rd 下拉电阻。CC 引脚主要有两个作用：插头方向检测和功率检测。
STM32 做 USB 设备时候的连接而我们在做 STM32 单片机移植的时候，我们往往需要 USB 提供最大的功率，因此不需要去做功率检测。而由于 USB 插头是双向的的，所以在连接到 STM32xx 设备之前，两对 DP/DN 需要相互连接，尽可能靠近插座。如图 10 所示。
图 10 STM32 做 USB 设备时的 TYPE C 电路
STM32 做 USB 主机时候的连接由于平台是为 USB2.0 设计的，因此最大电流容量为 500 毫安。如果在实际应用中有较高的电源电流，Rp 电阻可以调整到 1.5 A 甚至 3 A。传统主机需要通过在 CC 线和 5V 电源加入 Rp 上拉电阻，将 STM32 配置为 DFP。并且通过 STM32 的 ADC_IN 监控 CC 线，从而在连接器上提供 VBUS。具体电路如图 11 所示。
图 10 STM32 做 USB 主机时的 TYPE C 电路
下载ECAD模型
