USB Type-C 概述
USB Type-C自2014年正式发布后，凭借其体积小巧、接口可正反插以及支持高功率传输等优点，迅速在各类电子设备中得到广泛应用。相比传统的USB Type-A接口，USB-C不仅使用更为方便，也更适合现代便携式设备的设计需求，因此在移动设备、笔记本电脑上必然有些高功率应用中都表现出强大的兼容性与实用性。
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USB Type-C 接口 引脚功能功能
引脚
描述
USB 3.x
A2、A3、B2、B3、A10、A11、B10、B11
USB 3.x数据传输
USB 2.0
A6/B6 (D+), A7/B7 (D−)
USB 2.0数据传输
配置
CC1、CC2
配置功能接口，插拔检测，供电协议信息传输，Vconn功能
辅助信号
SBU1、SBU2
低速信号线，仅分配给备用模式使用
供电
VBUS，GND
供电
另外，针对不同的场景应用，USB Type-C 连接器存在多种引脚数量配置，例如 24Pin、16Pin、12Pin、6Pin。其中，6Pin 仅包含电源引脚，无数据传输功能；12Pin/16Pin 在电源支持的基础上，增加了对 USB 2.0 的支持；24Pin 为全功能 Type-C。用户可根据实际应用需求，选择合适的引脚配置以实现性能与成本的平衡。
USB Type-C 角色识别与功率检测
USB Type-C源自USB规范定义了更多的角色类型：
供电角度：Type-C接口可以是供电方（Source）、耗电方（Sink）、双重角色（DRP）
通讯角度：Type-C 接口可以为下行端口（Downstream-Facing Port, DFP）、上行端口（Upstream-Facing Port, UFP）、双重角色（Dual-Role Data, DRD）
Type-C接口的供电角色的识别由Type-C接口中的CC线进行检测与设置。
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当作为供电方时，Type-C接口的CC会加上拉电阻（Rp）
当作为耗电方时，Type-C接口的CC会加下拉电阻（Rd）
当Type-C接口（供电方）与Type-C接口（耗电方）连接时，若供电方识别到耗电方的下拉电阻时，则认为连接成功并确认对方是耗电方。若双方均为供电方或耗电方，则双方均无法正常工作。
备注
对于双重角色接口，CC线将在上拉状态与下拉状态中不断切换。
其中，下拉电阻Rd通常为5.1 KΩ，上拉电阻Rp负载决定流能力。在不使用USB PD的情况下，USB Type-C最高支持5V电压，最大电流为3A：
USB Type-C 供电能力供电能力
Rp（5V驱动）
Rp (3.3V驱动)
默认功率
56千欧±20%
36千欧±20%
1.5A @ 5V
22千欧±20%
12千欧±20%
3A @ 5V
10千欧±20%
4.7千欧±20%
备注
如果您的场景中涉及到协商功率大于15W、支持DisplayPort等替代功能、电源角色与数据角色不匹配时，则需要使用USB PD控制器。
USB PD简介
USB Type-C 接口在默认配置下支持最高 5V 电压和 3A 电流（即 15W 功率），适用于常见的低功率设备供电需求。为了满足更高功率的设备需求，USB Power Delivery (PD) 规范应运而生。最新的 USB PD 3.2 版本显着提升了供电能力，允许通过单根 USB Type-C 电缆传输高达 240W 的功率，极大扩展了 USB-C接口的应用范围。需要注意的是，在电压为20V且功率为60W的情况下，电流受线缆规格限制。
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PD 权力协商过程
USB PD 的工作原理是利用 USB Type-C 接口 CC 线作为数据线来协商电压、电流以及供电方向。当供电设备与耗电设备通过 USB Type-C 连接后，USB PD 消息通过 300kbps±10% 结构标记码（BMC）在 CC 线上传输进行。协商过程包括以下几个步骤：
供电方向耗电方发送一条包含当前电源能力的 Source_Capability 消息，其中数据部分描述了所有供电能力，如 5V/3A、9V/3A 等。
用电方收到Source_Capability消息后，请求所需的电源能力，并发送请求消息。
供电方请求消息后，确认是否收到满足请求的电源能力，若满足，则发送 Accept 消息。然后，供电方会发送一个 PS_Rdy 消息，表示已提供请求的供电，若不满足，则发送 Reject 消息。
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由于当前 ESP32 系列芯片无法解析 USB PD 协议，因此需要采用外部设置 PD 控制器实现特定电压请求。
USB Type-C 传输 USB 信号
USB Type-C 兼容多种 USB 规范，包括 1.0、1.1、2.0、3.2 Gen 1、3.2 Gen 2、3.2 Gen 2x2、USB 4 20 Gbps、USB 4 40 Gbps 等考虑。到当前 ESP32 系列芯片最高仅支持 USB 2.0 High-speed，因此，本文仅讨论 USB 2.0 及以下规范。
USB Type-C 接口 D+/D- 接口，分别为 A6/A7 和 B6/B7。为保证在任意方向插入时均正常具有传输差分信号，通常需要将 A6 与 B6 连接在一起作为 D+，A7 与 B7 连接在一起作为 D-。此对差分信号线用于传输 USB 数据，保证在任意方向插入时通信功能正常。
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对于 SuperSpeed 差分信号线（TX/RX 对），由于当前 ESP32 系列芯片不支持 USB 3.x 及以上速率，建议保留这些引脚悬空，无需连接。
USB Type-C 硬件参考设计
根据请求电压的不同，USB Type-C硬件设计可分为是否外置PD控制器两种方案。对于外置PD控制器的硬件方案而言，本小节仅讨论Device硬件设计。
PD控制器下的设备硬件设计
由于USB-PD协议复杂度较高，器件侧采用PD芯片来简化设计，完成快速电压协商并输出所需电压：
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IP2721能够通过CC引脚自动检测设备连接状态，并利用硬件PD协议解析供电端能力信息，从而自动请求匹配的电压输出。用户也可以根据实际需求选择其他型号的PD控制器来实现电压请求功能。
无PD控制器的Device、Host、DRP硬件设计
USB Type-C 设备设计
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器件设计方案中需要将 CC1 与 CC2 以 5.1 KΩ 下拉。
重要
当超过 USB 默认电流（USB 2.0 为 500 mA，USB 3.x 为 900 mA）时，需要通过 Type-C 的 CC 线（使用 CC 逻辑与端口控制器）读取源端声明的电流档位，将设备的输入限流设置为不超过该档位，否则可能导致设备源端过载。
USB Type-C 主机与 DRP 设计
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Host 与 DRP 设计方案中采用的为 TI TUSB320LA Type-C CC 逻辑与端口控制器，通过 I2C 接口配置 TUSB320 在 DFP、UFP 与 DRP 角色之间切换。用户也可根据实际需求选择其他型号的 CC 逻辑与端口控制器。
重要
在量产产品中，USB端口必须考虑到过流和过温等异常情况，以确保在异常情况下电流输出能够被限制，从而保护电源供应系统。您可以选择具有可调电流限制阈值的USB端口电源开关芯片，例如CH217，以简化主机VBUS设计。
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