USB C타입 핀아웃의 구조를 설명하고 다양한 모드에 대해 간략하게 설명합니다.
USB C타입은 스마트폰과 모바일 기기에서 많이 사용되며 USB 커넥터 시스템의 사양으로, 전원 공급과 데이터 전송이 모두 가능합니다.
이전 USB 제품과 달리 뒤집을 수도 있으므로 연결하기 위해 여러번 시도할 필요가 없습니다.
1. USB C타입이란 무엇입니까?
USB C타입은 최대 100W의 전력 흐름 기능과 함께 최대 10Gb/s의 고속 데이터 전송을 제공하는 것을 목표로 하는 비교적 새로운 표준입니다. 이러한 기능을 통해 USB C타입은 최신 장치를 위한 진정한 범용 연결 표준이 될 수 있습니다.
- USB C타입 기능
USB C타입 인터페이스에는 세 가지 주요 기능이 있습니다.
- 인터페이스는 콘센트를 기준으로 플러그를 뒤집을 수 있도록 설계되었습니다.
- USB 2.0, USB 3.0 및 USB 3.1 Gen 2 표준을 지원합니다. 또한 대체 모드라는 작동 모드에서 DisplayPort 및 HDMI와 같은 타사 프로토콜을 지원할 수 있습니다.
- 이를 통해 장치는 인터페이스를 통해 적절한 수준의 전력 흐름을 협상하고 선택할 수 있습니다.
2. USB C타입 리셉터클/플러그 핀
USB C타입 커넥터에는 24개의 핀이 있습니다. 그림 1과 2는 각각 USB C타입 리셉터클 및 플러그의 핀을 보여줍니다.
3. USB 2.0 차동 쌍
D+ 및 D- 핀은 USB 2.0 연결에 사용되는 차동 쌍입니다. 리셉터클에는 2개의 D+ 핀과 2개의 D- 핀이 있습니다.
그러나 핀은 서로 연결되어 있으며 실제로 사용할 수 있는 USB 2.0 데이터 차동 쌍은 하나뿐입니다. 이중화는 뒤집을 수 있는 커넥터를 제공하기 위해서만 포함됩니다.
4. 전원 및 접지 핀
VBUS 및 GND 핀은 신호의 전력 및 리턴 경로입니다. 기본 VBUS 전압은 5V이지만 표준에서는 장치가 기본값이 아닌 VBUS 전압을 선택할 수 있습니다. Power Delivery를 통해 VBUS는 최대 20V의 전압을 가질 수 있습니다. 최대 전류는 최대 5A까지 올릴 수 있으므로 USB C타입은 최대 100W의 전력을 제공할 수 있습니다.
높은 전력 흐름은 노트북 컴퓨터와 같은 대형 장치를 충전할 때 유용할 수 있습니다. 그림 3은 벅 부스트 컨버터를 사용하여 노트북 컴퓨터에서 요구하는 적절한 전압을 생성하는 RICHTEK의 예를 보여줍니다.
전원 공급 기술은 부하 요구 사항에 따라 전력 수준을 조정할 수 있기 때문에 USB C타입을 이전 표준보다 더 다재다능하게 만듭니다. 동일한 케이블을 사용하여 스마트폰과 노트북을 모두 충전할 수 있습니다.
5. RX 및 TX 핀
RX 차동 쌍의 두 세트와 TX 차동 쌍의 두 세트가 있습니다.
TX 쌍과 함께 이 두 RX 쌍 중 하나를 USB 3.0/USB 3.1 프로토콜에 사용할 수 있습니다. 커넥터는 뒤집을 수 있기 때문에 케이블을 통해 사용된 차동 쌍의 데이터를 올바르게 다시 라우팅하려면 멀티플렉서가 필요합니다.
USB C타입 포트는 USB 3.0/3.1 표준을 지원할 수 있지만 USB C타입의 최소 기능 집합에는 USB 3.0/3.1이 포함되지 않습니다. 이러한 경우 RX/TX 쌍은 USB 3.0/3.1 연결에서 사용되지 않으며 대체 모드 및 USB 전원 공급 프로토콜과 같은 다른 USB C타입 기능에서 사용할 수 있습니다. 이러한 기능은 사용 가능한 모든 RX/TX 차동 쌍을 활용할 수도 있습니다.
6. CC1 및 CC2 핀
이핀은 채널 구성 핀입니다. 케이블 부착 및 제거 감지, 콘센트/플러그 방향 감지 및 전류 광고와 같은 다양한 기능을 수행합니다. 이 핀은 Power Delivery 및 대체 모드에 필요한 통신에도 사용할 수 있습니다.
아래 그림 4는 CC1 및 CC2 핀이 리셉터클/플러그 방향을 표시하는 방법을 보여줍니다. 이 그림에서 DFP는 다운스트림 연결 포트(Downstream Facing Port)의 약자로, 데이터 전송의 호스트 또는 전원 공급원 역할을 하는 포트입니다. UFP는 호스트 또는 전력 소비자에 연결된 장치인 업스트림 페이싱 포트를 나타냅니다.
DFP는 Rp 저항을 통해 CC1 및 CC2 핀을 풀업하지만 UFP는 Rd를 통해 핀을 풀업합니다. 케이블이 연결되어 있지 않으면 소스는 CC1 및 CC2 핀에서 로직을 높게 볼 수 있습니다.
USB C타입 케이블을 연결하면 5V 공급에서 접지로의 전류 경로가 생성됩니다. USB C타입 케이블 내부에는 CC 와이어가 하나만 있으므로 전류 경로가 하나만 형성됩니다. 예를 들어, 도 4의 상부 그래픽에서, DFP의 CC1 핀은 UFP의 CC1 핀에 연결된다. 따라서 DFP CC1 핀의 전압은 5V보다 낮지만 DFP CC2 핀은 여전히 로직 하이에 있습니다. 따라서 DFP CC1 및 CC2 핀의 전압을 모니터링하여 케이블 부착 및 방향을 결정할 수 있습니다.
케이블 방향 외에도 Rp-Rd 경로는 소스 전류 기능에 대한 정보를 전달하는 방법으로 사용됩니다. 이를 위해 전력 소비자(UFP)는 CC 라인의 전압을 모니터링합니다. CC 라인의 전압이 가장 낮은 값(약 0.41V)일 때 소스는 USB 500 및 USB 900에 대해 각각 2.0mA 및 3.0mA인 기본 USB 전원을 제공할 수 있습니다. CC 라인 전압이 약 0.92V일 때 소스는 1.5A의 전류를 제공할 수 있습니다. 약 1.68V인 가장 높은 CC 라인 전압은 3A의 소스 전류 용량에 해당합니다.
7. VCONN 핀
USB C타입은 높은 수준의 전력 흐름과 함께 매우 빠른 데이터 전송 속도를 제공하는 것을 목표로 합니다. 이러한 기능을 사용하려면 내부에 칩을 사용하여 전자적으로 표시된 특수 케이블을 사용해야 할 수 있습니다.
또한 일부 액티브 케이블은 신호를 강화하고 케이블 등으로 인해 발생하는 손실을 보상하기 위해 리드라이버 칩을 사용합니다. 이러한 경우 VCONN 핀에 5V, 1W 전원 공급 장치를 적용하여 케이블 내부의 회로에 전원을 공급할 수 있습니다.
활성 케이블은 Ra 저항을 사용하여 CC2 핀을 풀다운합니다. Ra 값은 Rd와 다르므로 DFP는 DFP CC1 및 CC2 핀의 전압을 검사하여 케이블 방향을 결정할 수 있습니다.
케이블 방향을 결정한 후 "액티브 케이블 IC"에 해당하는 채널 구성 핀을 5V, 1W 전원에 연결하여 케이블 내부의 회로에 전원을 공급합니다. 예를 들어, 그림 5에서 유효한 Rp-Rd 경로는 CC1 핀에 해당합니다. 따라서 CC2 핀은 VCONN으로 표시된 전원에 연결됩니다.
8. SBU1 및 SBU2 핀
이 핀은 대체 모드에서만 사용되는 저속 신호 경로에 해당합니다.
9. USB 파워 딜리버리
USB C타입 표준을 사용하는 장치는 인터페이스를 통해 적절한 수준의 전력 흐름을 협상하고 선택할 수 있습니다. 이러한 전력 협상은 위에서 설명한 CC 라인을 통한 단일 와이어 통신인 USB Power Delivery라는 프로토콜을 통해 이루어집니다.
아래 그림 6은 싱크가 소스에 요청을 보내고 필요에 따라 VBUS 전압을 조정하는 USB Power Delivery의 예를 보여줍니다. 처음에는 9V 버스가 요청됩니다. 소스는 9V에서 버스 전압을 안정화한 후 싱크에 "전원 공급 장치 준비" 메시지를 보냅니다. 그런 다음 싱크가 5V 버스를 요청하면 소스가 이를 제공하고 "전원 공급 장치 준비" 메시지를 다시 보냅니다.
"USB Power Delivery"는 전원 공급 관련 협상에 관한 것이 아니라 대체 모드와 관련된 협상과 같은 다른 협상은 표준의 CC 라인에서 Power Delivery 프로토콜을 사용하여 수행된다는 점에 유의해야 합니다.
10. 대체 모드
이 작동 모드를 사용하면 USB C타입 표준을 사용하여 DisplayPort 및 HDMI와 같은 타사 프로토콜을 구현할 수 있습니다. 모든 대체 모드는 최소한 USB 2.0 및 USB Power Delivery 연결을 지원해야 합니다.
USB C타입은 최대 10Gb/s의 초고속 데이터 전송 속도와 최대 100W의 높은 전력 흐름을 지원합니다. 뒤집을 수 있는 커넥터와 함께 USB C타입을 최신 장치의 진정한 범용 표준으로 만들 수 있습니다.
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