Micro-B 世界中的 USB Type-C

最近推出的 USB 3.1 规范带有一个新的连接器，最终解决了原始 USB 规范的最大问题——机械方向的要求。以前的所有 USB 连接器和电缆都是键控的，因此它们只能以一种方式插入；此外，电缆不可逆（另请参阅介绍 USB Type-C — 用于 21 世纪系统的 USB ).

好吧，也许这不是“最大的问题”，但它肯定是个麻烦事。根据我的经验，将 USB 电缆成功插入计算机或手机背面至少需要尝试三次。如下图所示，新的 USB 3.1 Type-C 连接器终于为 USB 世界带来了机械对称性。

USB 3.1 是一项重大升级，包括额外的供电能力、更高的数据传输速度以及可在任何方向插入的可逆智能电缆。缺点之一是额外的复杂性。全规格智能电缆中装有电子设备，可以准确确定每一侧的通话内容并进行相应调整。这使其能够适应多种令人眼花缭乱的快速数据格式以及各种充电电流水平。

与我们大多数微控制器人员已经习惯的 USB Micro-B 连接器和 FTDI USB 2.0 到 UART 芯片相比，阅读规范可能有点令人生畏。然而，在进一步研究之后，我发现，虽然连接器本身与旧电缆不兼容，但 3.1 规范将适应基本的 USB 2.0 数据信号，同时增加的复杂性最小。将 Type-C 连接器连接到现有的 USB 2.0 设计是可能的，并不困难，并且官方支持。

我第一次使用 Type-C 连接器是在我与多产的项目创建者和 Embedded.com 的编辑总监 Max Maxfield 一起设计的电子尺中。标尺将与 Arduino 兼容，并可通过 USB 进行编程。在最初的实现中，正如我在大多数设计中所做的那样，我在 MCU 上的 UART 和 USB Micro-B 连接器之间放置了一个 FTDI FT231X 芯片。在这个设计的化身中，我保留了 Micro-B 连接器，但我还添加了一个 Type-C 连接器。标尺仍将通过 USB 2.0 协议进行通信，但可以通过 Micro-B 电缆或新的 Type-C 电缆进行通信。

下图显示了信号、电源和接地连接的引脚布局，如连接器的正面视图所示。

您可以看到这个双面连接器具有所有电源和接地引脚，以及 USB 2.0 D+ 和 D- 引脚，在对角两侧重复。由于我只是在讨论 USB 2.0 兼容性，因此我们只需要担心 D+、D-、Vbus、Ground、CC1 和 CC2 引脚。 TX1/2/+/-、RX1/2/+/ 和 SBU1/2 连接器用于高速和备用模式，例如全速 3.1、DisplayPort 和 HDMI。

只有电源、接地、D+ 和 D- 连接被精确镜像。在高速 3.1 模式的情况下，智能电缆中的电子设备可确保信号到达应有的位置。规范要求电缆仅携带一对 D+ 和 D-，而连接器则具有两组。这仍然提供通用和可逆连接，但减少了两根电线。

CC1 和 CC2 引脚用于下拉电阻，以指示智能电缆或上游设备电缆的方向和供电选项。就我而言，基本的 USB 2.0 设备在 CC1 和 CC2 上都需要 5.1K 下拉电阻（R3 和 R4）。

J2 是 Type-C 连接器，而 J1 是 Micro-B 连接器。所有 D- 引脚和 D+ 引脚都通过 27 欧姆电阻器（R1 和 R2）分别连接到 FT231X (U2) USBDM 和 USBDP 引脚，就像它们在仅 USB 2.0 设置中一样。我可以不连接其他一切。

我添加了保护二极管（D20 和 D21）以保持 5 伏电流从一根电缆返回到另一根——如果它们同时插入——并且可能损坏一个或其他系统。插入两条电缆引起的数据线冲突不会伤害任何东西——它只是不起作用——所以我放弃了这种保护（我依靠用户不要这样做）。

在下面的布局中，您可以看到左侧的 Micro-B 连接器 (J1) 与右侧的 Type-C SMT/通孔连接器 (J2) 相比的相对尺寸。

为了更好地查看，下图显示了一个 USB Micro-B 连接器（左上）、一个仅表面贴装 (SMT) 的 USB Type-C 连接器（中上），以及一个组合的 SMT 和通孔 Type-C连接器（右上），旁边是一美元（左下）。

一方面，我正在焦急地等待 USB Type-C 连接器的普遍和广泛采用。在那之前，只要我有可用的电路板空间，我就会将两个连接器都放在我的电路板上。你呢？您是否已经在嵌入式系统中部署了 USB Type-C 连接器？如果没有，您预计什么时候会这样做？