Type-Cインターフェースのピン定義は何ですか

Type-Bに続いて導入された最新のインターフェース仕様です。従来のUSBインターフェースとは異なり、Type-Cは対称設計を採用しており、プラグの方向を区別する必要がないため、ユーザーが正しい方向と間違った方向に差し込むという面倒な操作を回避できます。さらに、USB Type-CはUSB PD（Power Delivery）プロトコルをサポートしており、充電電力が従来の最大7.5W（5V1.5A）から最大100W（20V5A）に増加します。最新のUSB PD3​​.1仕様では、Type-Cの充電電力がさらに向上し、最大電力は240W（28V5A）までになります。

従来の USB Type-A または Type-B デバイスの場合、電源インターフェイス (ソース) と電力受信インターフェイス (シンク) はインターフェイス定義ですでに標準化されているため、逆接続や誤接続を心配する必要はありません。Type-C インターフェイスを備えたデバイスの場合、そのような違いがないため、ユーザーはインターフェイスの種類を知ることができません。そのため、Type-C コントローラー自体がそれを完了する必要があります。では、Type-C インターフェイスはどのようにしてお互いを認識し、正しい電源ロジックを提供するのでしょうか。

Type-Cインターフェースのピン定義

Type-C インターフェースは、メスヘッド (レセプタクル) とオスヘッド (プラグ) に分かれています。Type-C のピンは全部で 24 個あり、各ピンの定義は次のとおりです。

1. VBUS: 合計4つのチャネル、デバイス間の電源供給用のBUS電圧ピン。順方向に挿入されているか逆方向に挿入されているかに関係なく、これらの4つのピンは電源を供給します。

2. GND: 合計4つのチャンネル、デバイス間の電源回路。順方向に挿入しても逆方向に挿入しても、これらの4つのピンは電源回路を提供します。

3. TX+/TX-およびRX+/RX-:合計4組、USB3.0高速信号用

4. D+/D-: USB2.0信号用の合計2ペア。メスコネクタでは、これらの2ペアは1ペアに短絡します。

5. CC/VCONN: CCピンは、デバイスの接続と正逆の差し込み方向を検出するために使用される構成ピンであり、USB PD通信用のラインでもあります。VCONNは、CCピンと斜め対称のピンです。1つのピンがCCとして確認されると、もう1つのピンはVCONNとして定義され、eMarkケーブルに電力を供給するために使用されます。

6. SBU1/SBU2: USB4用の追加のSBTXとSBRXを提供するなどの多重化ピン

メスコネクタは 24 ピンで、上下のピンが斜め対称になっており、ユーザーの順方向および逆方向の差し込みのニーズに対応しています。オスコネクタは 22 ピンです。USB2.0 仕様には D+/D- のペアが 1 つしかないため、オスコネクタには D+/D- ピンのペアが 1 つだけ保持されます。

もちろん、実際の製品設計では、エンジニアはコストを節約するために、製品の定義に応じてピンの数を適切に減らします。たとえば、電源アダプターなど、充電のみを提供する製品の場合、そのような製品はUSB3.0の高速データ通信を必要としないため、CC、VBUS、GND、D + / D-ピンのみが保持されます。

電源供給の観点から、Type-Cデバイスは3つのカテゴリに分けられます。

1. Type-C充電器など、電源（ソース）としてのみ使用できるType-Cデバイス

2. Type-C携帯電話など、受電側（シンク側）としてのみ使用できるType-Cデバイス。

3. Type-C ノートブック、双方向パワーバンクなど、電源 (ソース) と電力受信 (シンク) の両方として使用できる Type-C デバイス (DRP、Dual RolePort)。

当然のことながら、2 つの Type-C デバイスが C2C ケーブルを介して接続される場合、双方が相手側のデバイスの種類を認識している必要があります。そうでないと、不十分な充電 (逆充電など) が発生したり、充電されなかったり、さらには安全上の問題が発生することもあります。

たとえば、ユーザーが充電器 (ソース) を使用して Type-C 双方向パワーバンク (DRP) を充電する場合、理想的にはパワーバンクはシンクとして「機能」する必要があります。ただし、デバイス タイプの識別が間違っていると、パワーバンクがソースとして「機能」し、「電流の逆流」を引き起こし、両方のデバイスが損傷する可能性があります。

Type-C インターフェース仕様では、CC ピンの一連の「プルアップ」および「プルダウン」メカニズムを通じて、ソース、シンク、および DRP を区別します。ソース デバイスの場合、CC ピンはプルアップ抵抗 Rp を使用して構成する必要があります。シンク デバイスの場合、CC ピンはプルダウン抵抗 Rd を使用して構成する必要があります。DRP デバイスの場合、プルアップとプルダウンはスイッチング スイッチによって交互に切り替えられます。

ソースは、Rp 側の CC ピンを検出してデバイスが接続されているかどうかを判断し、シンクは、Rd 側の CC ピンを検出して順方向および逆方向の挿入方向を判断します。

プルダウン抵抗Rd=5.1k、プルアップ抵抗Rpは、その電源容量とプルアップ電圧に応じて設定されます。USB Type-Cの電源容量は次のとおりです。

1. デフォルトのUSB電源容量（デフォルトのUSB電源）。USB2.0インターフェースは500mA、USB3.2インターフェースは900mAと1500mAです。

2. BC1.2 (BatteryCharge 1.2) プロトコル。最大 7.5W、つまり 5V1.5A の電力をサポートします。

3. USB Type-C電流1.5A、最大7.5Wの電力をサポート、つまり5V1.5A

4. USB Type-C電流3A、最大15Wの電力をサポート、つまり5V3A

5. USB PD（USB Power Delivery）プロトコル、最大100W、つまり20V5Aの電力をサポート

これら 5 つの電源供給機能は、優先順位が順に高くなり、電源供給電力も徐々に増加します。優先順位の高い電源供給機能は、優先順位の低い電源供給機能よりも優先されます。そのうち、デフォルトの USB 電源、USB Type-C 電流 1.5A、USB Type-C 電流 3A は、Rp 値を設定することで設定できます。

2 つのデバイスが接続されると、シンクは Rp と Rd の電圧分割値 vRd を検出してソースの電力供給能力を取得します。以下は、Rp 値、vRd 電圧範囲、およびソースの電力供給能力の対応関係です。

同時に、デバイスの他の CC は浮いた状態のままになっているか、Ra=1k によってプルダウンされています。Ra がプルダウンされている場合は、USB-C ケーブルに eMarker チップが組み込まれており、ソースはケーブルに電力を供給するためにピンを VCONN に切り替える必要があることを意味します。

これまで、デバイスが「プルアップ」または「プルダウン」を使用するか、または両者を交互に切り替えて、ソース、シンク、DRPを決定し、Rp抵抗値とvRd電圧値によってソースの電源容量を設定および決定することを説明しました。しかし、このプロセスはどのように実装されているのでしょうか？Type-Cはどのようにして逆充電や誤充電を回避するのでしょうか？