最近推出的USB 3.1规格配备了一个新的连接器，最终解决了原始USB规格的最大问题——机械定向要求。所有先前的USB连接器和电缆都是键控的，因此只能以一种方式插入；此外，电缆是不可逆的（另请参阅介绍USB Type-C-适用于21世纪系统的USB).


好吧，也许这不是“最大的问题”，但这确实是一个麻烦。根据我的经验，将USB电缆成功插入电脑或手机背面至少需要三次尝试。正如你在下图中看到的，新的USB 3.1，Type-C连接器终于为USB世界带来了机械对称。


<img data-lazy-fallback="1" decoding="async" alt="" src="https://uploads.9icnet.com/images/aritcle/20230509/contenteetimes-images-00-max-embedded-2016-06-jun-dub-0004n-emb-usbc-01.jpg">

（资料来源：Duane Benson）

USB 3.1是一个重大升级，包括额外的电源功能、更高速的数据和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。全规格智能电缆中有电子设备，可以准确地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用户已经习惯的USB Micro-B连接器和FTDI USB 2.0到UART芯片相比，阅读规范可能有点吓人。然而，在进一步研究后，我发现，虽然连接器本身与旧电缆不兼容，3.1规范将以最小的附加复杂性来适应基本的USB 2.0数据信号。将Type-C连接器连接到现有的USB 2.0设计是可能的，但并不困难，而且得到了官方的支持。


我第一次使用Type-C连接器是在一把电子尺子上，这把尺子是我与Embedded.com多产的项目创建者兼编辑总监Max Maxfield一起设计的。该标尺将与Arduino兼容，并将通过USB进行编程。在最初的实现中，就像我对大多数设计所做的那样，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，但也添加了一个Type-C连接器。统治者仍将通过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。


<img data-lazy-fallback="1" decoding="async" alt="" src="https://uploads.9icnet.com/images/aritcle/20230509/contenteetimes-images-00-max-embedded-2016-06-jun-dub-0004n-emb-usbc-02.jpg">

（资料来源：Duane Benson）

你可以看到，这个双面连接器有所有的电源和接地引脚，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的兼容性，我们只需要担心D+、D-、Vbus、接地、CC1和CC2引脚。TX1/2/+/-、RX1/2/+/和SBU1/2连接器用于高速和备用模式，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以确保信号到达预期的位置。规范要求电缆只能携带一对D+和D-，而连接器有两组。这仍然提供了通用和可逆的连接，但少了两根电线。


CC1和CC2引脚用于下拉电阻器，以指示智能电缆或上游设备的电缆方向和电力输送选项。在我的情况下，基本的USB 2.0设备需要在CC1和CC2上都有5.1K下拉电阻器（R3和R4）。


<img data-lazy-fallback="1" decoding="async" alt="" src="https://uploads.9icnet.com/images/aritcle/20230509/contenteetimes-images-00-max-embedded-2016-06-jun-dub-0004n-emb-usbc-03.jpg">

（资料来源：Duane Benson）

J2是C型连接器，而J1是Micro-B型连接器。所有D引脚和D+引脚分别通过27欧姆电阻器（R1和R2）连接到FT231X（U2）USBDM和USBDP引脚，就像在USB 2.0开启设置中一样。我可以让其他一切都不相连。


我添加了保护二极管（D20和D21），以保持一根电缆返回另一根电缆的5伏电流（如果它们同时插入），并可能损坏一个或另一个系统。两条电缆都插上导致的数据线碰撞不会造成任何伤害——它就是不起作用——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Micro-B连接器（J1）与右侧C型SMT/通孔连接器（J2）相比的相对尺寸。


<img data-lazy-fallback="1" decoding="async" alt="" src="https://uploads.9icnet.com/images/aritcle/20230509/contenteetimes-images-00-max-embedded-2016-06-jun-dub-0004n-emb-usbc-04.jpg">

（资料来源：Duane Benson）

为了更好地查看，下图显示了一个USB Micro-B连接器（左上）、一个仅表面安装（SMT）的USB Type-C连接器（中上）以及一个SMT和通孔Type-C连接器的组合（右上），紧挨着一个美国硬币（左下）。


<img data-lazy-fallback="1" decoding="async" alt="" src="https://uploads.9icnet.com/images/aritcle/20230509/contenteetimes-images-00-max-embedded-2016-06-jun-dub-0004n-emb-usbc-05.jpg">

（资料来源：Duane Benson）

一、 首先，我焦急地等待着USB Type-C连接器的普遍和广泛采用。在那之前，只要我有可用的板空间，我就会把两个连接器都放在我的板上。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，你预计什么时候会这样做？