Type-C 인터페이스의 핀 정의는 무엇입니까?

Type-B에 이어 도입된 최신 인터페이스 사양입니다. 기존 USB 인터페이스와 달리 Type-C는 대칭형 디자인을 채택하여 플러그 방향을 구분할 필요가 없으므로 사용자가 올바른 방향과 잘못된 방향으로 플러그를 꽂는 지루한 작업을 피할 수 있습니다. 또한 USB Type-C는 USB PD(Power Delivery) 프로토콜을 지원하여 충전 전력을 기존 최대 7.5W(5V1.5A)에서 최대 100W(20V5A)로 늘립니다. 최신 USB PD3.1 사양은 최대 전력이 240W(28V5A)에 달하는 Type-C 충전 전력을 더욱 개선했습니다.

기존 USB Type-A 또는 Type-B 장치의 경우 전원 공급 인터페이스(Source)와 전원 수신 인터페이스(Sink)가 인터페이스 정의에서 이미 표준화되어 있으므로 역방향 또는 잘못된 연결에 대해 걱정할 필요가 없습니다. Type-C 인터페이스가 있는 장치의 경우 이러한 차이가 없으므로 사용자는 인터페이스 유형을 알 수 없으므로 Type-C 컨트롤러 자체가 완료해야 합니다. 그렇다면 Type-C 인터페이스는 어떻게 서로를 인식하고 올바른 전원 공급 로직을 제공합니까?

Type-C 인터페이스의 핀 정의

Type-C 인터페이스는 암컷 헤드(Receptacle)와 수컷 헤드(Plug)로 나뉩니다. 완전한 Type-C 핀은 24개이며, 각 핀의 정의는 다음과 같습니다.

1. VBUS : 총 4개의 채널, 장치간의 전원공급을 위한 BUS 전압핀, 정방향이나 역방향에 상관없이 이 4개의 핀이 전원공급을 제공합니다.

2. GND : 총 4개의 채널로 기기간의 전원공급회로이며, 정방향이나 역방향으로 삽입해도 이 4개의 핀이 전원공급회로를 제공합니다.

3. TX+/TX- 및 RX+/RX-: 총 4쌍, USB3.0 고속 신호용

4. D+/D-: USB2.0 신호의 경우 총 2쌍입니다. 암 커넥터에서 이 두 쌍은 단락되어 한 쌍으로 됩니다.

5. CC/VCONN: CC 핀은 장치 연결 및 정방향 및 역방향 플러깅 방향을 감지하는 데 사용되는 구성 핀이며 USB PD 통신을 위한 라인이기도 합니다. VCONN은 CC 핀과 비스듬히 대칭인 핀입니다. 한 핀이 CC로 확인되면 다른 핀은 VCONN으로 정의되며 이는 eMark 케이블에 전원을 공급하는 데 사용됩니다.

6. SBU1/SBU2: USB4에 대한 추가 SBTX 및 SBRX를 제공하는 것과 같은 다중화된 핀

암컷 커넥터는 사용자의 정방향 및 역방향 플러깅 요구를 충족시키기 위해 상단 및 하단 핀에 비스듬한 대칭이 있는 24핀이고 수컷 커넥터는 22핀입니다. USB2.0 사양에는 D+/D-가 한 쌍만 있으므로 수컷 커넥터에는 D+/D- 핀이 한 쌍만 유지됩니다.

물론 실제 제품 설계에서 엔지니어는 제품 정의에 따라 핀 수를 적절히 줄여 비용을 절감할 것입니다. 예를 들어, 전원 어댑터와 같이 충전만 제공하는 제품의 경우 이러한 제품은 USB3.0의 고속 데이터 통신이 필요하지 않으므로 CC, VBUS, GND 및 D+/D- 핀만 유지됩니다.

Type-C 기기는 전원 공급 측면에서 크게 3가지로 구분할 수 있다.

1. Type-C 충전기 등 전원공급장치(Source)로만 사용이 가능한 Type-C 기기

2. Type-C 기기 중 전력 수신(싱크)으로만 사용이 가능한 기기, Type-C 휴대폰 등

3. 전원 공급(Source)과 전력 수신(Sink) 모두로 사용 가능한 Type-C 장치(DRP, Dual RolePort), 예: Type-C 노트북, 양방향 파워뱅크 등

당연히 두 개의 Type-C 기기를 C2C 케이블로 연결할 경우, 두 당사자 모두 상대방이 어떤 기기인지 알아야 합니다. 그렇지 않으면 충전이 만족스럽지 않거나(예: 역충전) 충전이 전혀 되지 않거나, 심지어 안전 문제가 발생할 수도 있습니다.

예를 들어, 사용자가 충전기(소스)를 사용하여 Type-C 양방향 파워뱅크(DRP)를 충전할 때 이상적으로는 파워뱅크가 싱크 역할을 "해야" 합니다. 그러나 잘못된 장치 유형 식별로 인해 파워뱅크가 소스 역할을 "하고" "전류 역류"를 일으켜 두 장치를 모두 손상시킬 수 있습니다.

Type-C 인터페이스 사양은 CC 핀의 일련의 "풀업" 및 "풀다운" 메커니즘을 통해 소스, 싱크 및 DRP를 구분합니다. 소스 장치의 경우 CC 핀은 풀업 저항 Rp로 구성해야 합니다. 싱크 장치의 경우 CC 핀은 풀다운 저항 Rd로 구성해야 합니다. DRP 장치의 경우 풀업 및 풀다운은 스위칭 스위치로 번갈아 전환됩니다.

소스는 Rp 끝에서 CC 핀을 감지하여 장치가 연결되었는지 여부를 판별하고, 싱크는 Rd 끝에서 CC 핀을 감지하여 순방향 및 역방향 삽입 방향을 판별합니다.

풀다운 저항 Rd=5.1k, 풀업 저항 Rp는 전원 공급 용량과 풀업 전압에 따라 설정됩니다. USB Type-C의 전원 공급 용량은 다음과 같습니다.

1. 기본 USB 전원 공급 용량(Default USB Power). USB2.0 인터페이스는 500mA이고 USB3.2 인터페이스는 900mA와 1500mA입니다.

2. BC1.2(BatteryCharge 1.2) 프로토콜. 최대 7.5W, 즉 5V1.5A의 전력을 지원합니다.

3. USB Type-C 전류 1.5A, 최대 7.5W 전력 지원, 즉 5V1.5A

4. USB Type-C 전류 3A, 최대 15W, 즉 5V3A 전력 지원

5. USB PD(USB Power Delivery) 프로토콜은 최대 100W, 즉 20V5A의 전력을 지원합니다.

이 5가지 전원 공급 능력의 우선순위는 순차적으로 증가하고 전원 공급 전력도 점진적으로 증가합니다. 우선순위가 높은 전원 공급 능력은 우선순위가 낮은 전원 공급 능력을 무시합니다. 그 중 Default USB Power, USB Type-C Current 1.5A, USB Type-C Current 3A는 Rp 값을 구성하여 설정할 수 있습니다.

두 장치가 연결되면 Sink는 Rp와 Rd의 전압 분배기 값 vRd를 감지하여 Source의 전원 공급 용량을 얻습니다. 다음은 Rp 값, vRd 전압 범위 및 Source 전원 공급 용량 간의 대응 관계입니다.

동시에 장치의 다른 CC는 Ra=1k에 의해 플로팅되거나 풀다운되었습니다. Ra가 풀다운되면 USB-C 케이블에 내장된 eMarker 칩이 있고 소스가 케이블을 전원 공급하기 위해 핀을 VCONN으로 전환해야 함을 의미합니다.

지금까지 우리는 이 기기가 "풀업" 또는 "풀다운"을 사용하거나, 두 가지를 번갈아가며 전환하여 소스, 싱크, DRP를 결정하고, Rp 저항 값과 vRd 전압 값으로 소스의 전원 공급 용량을 설정하고 결정한다고 설명했습니다. 하지만 이 프로세스는 어떻게 구현될까요? Type-C는 어떻게 역충전이나 잘못된 충전을 방지할까요?