Panduan untuk Pinout dan Fitur USB-C

Artikel pengantar ini akan membahas beberapa fitur terpenting dari standar USB-C.

Apakah Anda tahu cara menggunakan konektor USB Type-C? Artikel ini memaparkan anatomi pinout USB Type-C dan secara singkat membahas berbagai modenya.

USB Type-C adalah spesifikasi untuk sistem konektor USB yang semakin populer di seluruh ponsel cerdas dan perangkat seluler, serta mampu mengirimkan daya dan transmisi data.

Tidak seperti USB pendahulunya, USB ini juga dapat dibalik—jadi Anda tidak perlu mencoba tiga kali untuk mencolokkannya.

Port USB Tipe-C. Gambar milik Denys Vitali

Artikel pengantar ini akan membahas beberapa fitur terpenting dari standar USB-C. Sebelum menyelami pinout dan menjelaskan kemampuan masing-masing, kami akan segera mengambil pandangan tingkat tinggi tentang apa itu USB-C dan apa yang terbaik darinya.

Apa itu USB-C?

USB-C adalah standar yang relatif baru yang bertujuan untuk menyediakan transfer data berkecepatan tinggi hingga 10Gb/dtk bersama dengan kemampuan aliran daya hingga 100W. Fitur-fitur ini dapat menjadikan USB-C sebagai standar konektivitas yang benar-benar universal untuk perangkat modern.

USB-C atau USB Type-C?

Kedua istilah ini umumnya dapat dipertukarkan (kami akan menggunakan keduanya di seluruh artikel ini). Meskipun USB-C lebih umum digunakan, USB Type-C adalah nama resmi standar seperti yang tercantum di USB.org.

Fitur USB-C

Antarmuka USB-C memiliki tiga fitur utama:

• Ini memiliki konektor yang dapat dilipat. Antarmuka dirancang sedemikian rupa sehingga steker dapat dibalik relatif terhadap stopkontak.
• Mendukung standar USB 2.0, USB 3.0 dan USB 3.1 Gen 2. Selain itu, dapat mendukung protokol pihak ketiga seperti DisplayPort dan HDMI dalam mode operasi yang disebut Mode Alternatif.
• Ini memungkinkan perangkat untuk bernegosiasi dan memilih tingkat aliran daya yang sesuai melalui antarmuka.

Di bagian berikut, kita akan melihat bagaimana fitur ini disediakan oleh standar USB Type-C.

Stoples/Pin Colokan USB Type-C

Konektor USB Type-C memiliki 24 pin. Gambar 1 dan 2, masing-masing, menunjukkan pin untuk soket dan konektor USB Type-C.

Gambar 1. Soket USB Tipe-C. Gambar milik Microchip.

Gambar 2. Colokan USB Tipe-C. Gambar milik Microchip.

Pasangan Diferensial USB 2.0

Pin D+ dan D- adalah pasangan diferensial yang digunakan untuk konektivitas USB 2.0. Ada dua pin D+ dan dua pin D- di dalam wadah.

Namun, pin terhubung satu sama lain dan sebenarnya hanya ada satu pasangan diferensial data USB 2.0 yang tersedia untuk digunakan. Redundansi disertakan hanya untuk menyediakan konektor yang dapat dilipat.

Pin Daya dan Ground

Pin VBUS dan GND adalah kekuatan dan jalur kembali untuk sinyal. Tegangan VBUS default adalah 5 V tetapi standar memungkinkan perangkat untuk bernegosiasi dan memilih tegangan VBUS selain nilai default. Pengiriman Daya memungkinkan VBUS memiliki tegangan hingga 20 V. Arus maksimum juga dapat dinaikkan hingga 5 A. Oleh karena itu, USB Type-C dapat menghasilkan daya maksimum 100 W.

Aliran daya yang tinggi dapat berguna saat mengisi daya perangkat besar seperti komputer notebook. Gambar 3 menunjukkan contoh dari RICHTEK di mana konverter buck-boost digunakan untuk menghasilkan tegangan yang sesuai yang diminta oleh komputer notebook.

Gambar 3. Gambar milik Richtek.

Perhatikan bahwa teknologi pengiriman daya membuat USB Type-C lebih fleksibel daripada standar lama karena membuat tingkat daya dapat disesuaikan dengan kebutuhan beban. Anda dapat mengisi daya ponsel cerdas dan notebook menggunakan kabel yang sama.

Pin RX dan TX

Ada dua set pasangan diferensial RX dan dua set pasangan diferensial TX.

Salah satu dari dua pasangan RX ini bersama dengan pasangan TX dapat digunakan untuk protokol USB 3.0/USB 3.1. Karena konektor dapat dibalik, multiplexer diperlukan untuk merutekan ulang data dengan benar pada pasangan diferensial yang digunakan melalui kabel.

Perhatikan bahwa port USB Type-C dapat mendukung standar USB 3.0/3.1 tetapi set fitur minimum USB Type-C tidak menyertakan USB 3.0/3.1. Dalam kasus tersebut, pasangan RX/TX tidak digunakan oleh konektivitas USB 3.0/3.1 dan dapat digunakan oleh fungsi USB Tipe-C lainnya seperti Mode Alternatif dan protokol Pengiriman Daya USB. Fungsionalitas ini bahkan dapat menggunakan semua pasangan diferensial RX/TX yang tersedia.

Pin CC1 dan CC2

Pin ini adalah pin Konfigurasi Saluran. Mereka melakukan sejumlah fungsi seperti deteksi pemasangan dan pelepasan kabel, deteksi orientasi stopkontak/colokan, dan iklan saat ini. Pin ini juga dapat digunakan untuk komunikasi yang diperlukan oleh Pengiriman Daya dan Mode Alternatif.

Gambar 4 di bawah ini menunjukkan bagaimana pin CC1 dan CC2 menunjukkan orientasi stopkontak/colokan. Dalam gambar ini, DFP adalah singkatan dari Downstream Facing Port yang merupakan port yang berfungsi sebagai host dalam transmisi data atau sumber daya. UFP menunjukkan Port Menghadapi Hulu yang merupakan perangkat yang terhubung ke host atau konsumen daya.

Gambar 4. Gambar milik Microchip.

DFP menarik pin CC1 dan CC2 melalui resistor Rp tetapi UFP menariknya ke bawah melalui Rd. Jika tidak ada kabel yang terpasang, sumber melihat logika tinggi pada pin CC1 dan CC2. Menghubungkan kabel USB Tipe-C menciptakan jalur arus dari suplai 5-V ke ground. Karena hanya ada satu kabel CC di dalam kabel USB Type-C, hanya satu jalur arus yang terbentuk. Misalnya, pada grafik atas Gambar 4, pin CC1 dari DFP terhubung ke pin CC1 dari UFP. Oleh karena itu, pin DFP CC1 akan memiliki tegangan lebih rendah dari 5 V tetapi pin DFP CC2 akan tetap pada logika tinggi. Oleh karena itu, dengan memantau tegangan pada pin DFP CC1 dan CC2, kita dapat menentukan attachment kabel dan orientasinya.

Selain orientasi kabel, jalur Rp-Rd digunakan sebagai cara untuk mengkomunikasikan informasi tentang kemampuan sumber arus. Untuk tujuan ini, konsumen daya (UFP) memantau tegangan pada saluran CC. Ketika tegangan pada saluran CC memiliki nilai terendah (sekitar 0,41 V), sumber dapat menyediakan daya USB default masing-masing sebesar 500 mA dan 900 mA untuk USB 2.0 dan USB 3.0. Ketika tegangan saluran CC sekitar 0,92 V, sumber dapat memberikan arus 1,5 A. Tegangan saluran CC tertinggi yaitu sekitar 1,68 V sesuai dengan kemampuan arus sumber 3 A.

Pin VCONN

Seperti disebutkan di atas, USB Type-C bertujuan untuk memberikan kecepatan transfer data yang sangat cepat bersama dengan aliran daya tingkat tinggi. Fitur-fitur ini mungkin memerlukan penggunaan kabel khusus yang ditandai secara elektronik dengan menggunakan chip di dalamnya. Selain itu, beberapa kabel aktif menggunakan chip re-driver untuk memperkuat sinyal dan mengkompensasi kerugian yang ditimbulkan oleh kabel, dll. Dalam kasus ini, kita dapat memberi daya pada sirkuit di dalam kabel dengan menerapkan daya 5-V, ​​1-W suplai ke pin VCONN. Ini ditunjukkan pada Gambar 5.

Gambar 5. Gambar milik Microchip.

Seperti yang Anda lihat, kabel aktif menggunakan resistor Ra untuk menarik pin CC2 ke bawah. Nilai Ra berbeda dengan Rd sehingga DFP masih dapat menentukan orientasi kabel dengan memeriksa tegangan pada pin CC1 dan CC2 DFP. Setelah menentukan orientasi kabel, pin konfigurasi saluran yang sesuai dengan "IC Kabel Aktif" akan dihubungkan ke catu 5-V, ​​1-W untuk memberi daya pada sirkuit di dalam kabel. Misalnya, pada Gambar 5, jalur Rp-Rd yang valid sesuai dengan pin CC1. Oleh karena itu, pin CC2 terhubung ke suplai yang dilambangkan dengan VCONN.

Pin SBU1 dan SBU2

Kedua pin ini sesuai dengan jalur sinyal kecepatan rendah yang hanya digunakan dalam Mode Alternatif.

Pengiriman Daya USB

Setelah kita mengetahui penyematan standar USB-C, mari kita lihat sekilas Pengiriman Daya USB.

Seperti disebutkan di atas, perangkat yang menggunakan standar USB Type-C dapat bernegosiasi dan memilih tingkat aliran daya yang sesuai melalui antarmuka. Negosiasi daya ini dicapai melalui protokol yang disebut Pengiriman Daya USB yang merupakan komunikasi kabel tunggal melalui jalur CC yang dibahas di atas. Gambar 6 di bawah ini menunjukkan contoh USB Power Delivery dimana sink mengirimkan request ke sumber dan mengatur tegangan VBUS sesuai kebutuhan. Pada awalnya, bus 9-V diminta. Setelah sumber menstabilkan tegangan bus pada 9 V, ia mengirimkan pesan "power-supply-ready" ke wastafel. Kemudian, sink meminta bus 5-V dan sumber menyediakannya dan mengirim pesan “power-supply-ready” lagi.

Gambar 6. Gambar milik Richtek.

Penting untuk dicatat bahwa “Pengiriman Daya USB” bukan hanya tentang negosiasi terkait pengiriman daya, negosiasi lainnya, seperti yang terkait dengan Mode Alternatif, dilakukan dengan menggunakan protokol Pengiriman Daya pada jalur CC standar.

Mode Alternatif

Mode operasi ini memungkinkan kami untuk menerapkan protokol pihak ketiga, seperti DisplayPort dan HDMI, menggunakan standar USB Type-C. Semua Mode Alternatif setidaknya harus mendukung koneksi USB 2.0 dan Pengiriman Daya USB. Untuk informasi lebih lanjut, silakan merujuk ke dokumen TI ini.

Kesimpulan

USB Type-C memiliki fitur menarik. Mendukung kecepatan transfer data yang sangat cepat hingga 10 Gb/dtk dan aliran daya tinggi hingga 100 W. Ini bersama dengan konektor flippable dapat menjadikan USB Type-C standar yang benar-benar universal untuk perangkat modern.

Untuk melihat daftar lengkap artikel saya, silakan kunjungi halaman ini.