ข้อมูลจำเพาะอินเทอร์เฟซล่าสุดที่เปิดตัวหลังจาก Type-B แตกต่างจากอินเทอร์เฟซ USB ทั่วไป Type-C ใช้การออกแบบแบบสมมาตรซึ่งไม่จำเป็นต้องแยกแยะทิศทางของปลั๊ก หลีกเลี่ยงการทำงานที่น่าเบื่อหน่ายของผู้ใช้ในการเสียบปลั๊กในทิศทางที่ถูกต้องและผิด นอกจากนี้ USB Type-C ยังรองรับโปรโตคอล USB PD (Power Delivery) ซึ่งเพิ่มกำลังชาร์จจากสูงสุด 7.5W แบบดั้งเดิม (5V1.5A) เป็นสูงสุด 100W (20V5A) ข้อมูลจำเพาะ USB PD3.1 ล่าสุดปรับปรุงกำลังชาร์จ Type-C เพิ่มเติมด้วยกำลังสูงสุดถึง 240W (28V5A)
สำหรับอุปกรณ์ USB Type-A หรือ Type-B แบบดั้งเดิม อินเทอร์เฟซแหล่งจ่ายไฟ (Source) และอินเทอร์เฟซการรับพลังงาน (Sink) ได้รับการกำหนดมาตรฐานไว้ในคำจำกัดความของอินเทอร์เฟซแล้ว ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องกังวลเกี่ยวกับการเชื่อมต่อแบบย้อนกลับหรือผิดพลาด สำหรับอุปกรณ์ที่มีอินเทอร์เฟซ Type-C เนื่องจากไม่มีความแตกต่างดังกล่าว ผู้ใช้จึงไม่สามารถทราบประเภทของอินเทอร์เฟซได้ ดังนั้นตัวควบคุม Type-C เองจึงต้องทำให้เสร็จสมบูรณ์ แล้วอินเทอร์เฟซ Type-C จดจำซึ่งกันและกันได้อย่างไรและให้ตรรกะแหล่งจ่ายไฟที่ถูกต้อง?
การกำหนดพินของอินเทอร์เฟซ Type-C
อินเทอร์เฟซ Type-C แบ่งออกเป็นหัวตัวเมีย (Receptacle) และหัวตัวผู้ (Plug) พิน Type-C ทั้งหมดมี 24 พิน และคำจำกัดความของพินแต่ละพินมีดังนี้:
1. VBUS: ช่องสัญญาณทั้งหมด 4 ช่อง พินแรงดันไฟฟ้า BUS สำหรับจ่ายไฟระหว่างอุปกรณ์ ไม่ว่าจะเสียบไปข้างหน้าหรือถอยหลัง พินทั้ง 4 นี้จะจ่ายไฟ
2. GND: ช่องสัญญาณรวม 4 ช่อง วงจรจ่ายไฟระหว่างอุปกรณ์ ไม่ว่าจะเสียบไปข้างหน้าหรือข้างหลัง พินทั้ง 4 นี้จะจ่ายไฟให้กับวงจรจ่ายไฟ
3. TX+/TX- และ RX+/RX-: รวมสี่คู่ สำหรับสัญญาณความเร็วสูง USB3.0
4. D+/D-: รวมสองคู่สำหรับสัญญาณ USB2.0 ที่ขั้วต่อตัวเมีย คู่ทั้งสองนี้จะลัดวงจรเป็นคู่เดียว
5. CC/VCONN: พิน CC คือพินการกำหนดค่าที่ใช้ตรวจจับการเชื่อมต่ออุปกรณ์และทิศทางการเสียบไปข้างหน้าและข้างหลัง และยังเป็นสายสำหรับการสื่อสาร USB PD อีกด้วย VCONN คือพินที่สมมาตรเฉียงกับพิน CC เมื่อยืนยันว่าพินหนึ่งเป็น CC อีกพินหนึ่งจะถูกกำหนดให้เป็น VCONN ซึ่งใช้ในการจ่ายไฟให้กับสายเคเบิล eMark
6. SBU1/SBU2: พินแบบมัลติเพล็กซ์ เช่น การให้ SBTX และ SBRX เพิ่มเติมสำหรับ USB4
ขั้วต่อตัวเมียมี 24 พิน โดยพินด้านบนและด้านล่างสมมาตรเฉียง เพื่อให้ตรงตามความต้องการเสียบสายไปข้างหน้าและข้างหลังของผู้ใช้ ส่วนขั้วต่อตัวผู้จะมี 22 พิน เนื่องจากมีพิน D+/D- เพียงคู่เดียวในข้อกำหนด USB2.0 จึงมีเพียงพิน D+/D- คู่เดียวเท่านั้นที่ยังคงอยู่ในขั้วต่อตัวผู้
แน่นอนว่าในการออกแบบผลิตภัณฑ์จริง วิศวกรจะลดจำนวนพินให้เหมาะสมตามคำจำกัดความของผลิตภัณฑ์เพื่อประหยัดต้นทุน ตัวอย่างเช่น สำหรับผลิตภัณฑ์ที่ให้การชาร์จไฟเพียงอย่างเดียว เช่น อะแดปเตอร์ไฟฟ้า ผลิตภัณฑ์ดังกล่าวไม่จำเป็นต้องใช้การสื่อสารข้อมูลความเร็วสูงผ่าน USB3.0 ดังนั้นจึงมีเพียงพิน CC, VBUS, GND และ D+/D- เท่านั้นที่ยังคงอยู่
ในด้านแหล่งจ่ายไฟ อุปกรณ์ Type-C สามารถแบ่งได้เป็น 3 ประเภท
1. อุปกรณ์ Type-C ที่สามารถใช้เป็นแหล่งจ่ายไฟ (Source) ได้เท่านั้น เช่น เครื่องชาร์จ Type-C เป็นต้น
2. อุปกรณ์ Type-C ที่สามารถใช้เป็นตัวรับพลังงาน (Sink) ได้เท่านั้น เช่น โทรศัพท์มือถือ Type-C เป็นต้น
3. อุปกรณ์ Type-C (DRP, Dual RolePort) ที่สามารถใช้เป็นทั้งแหล่งจ่ายไฟ (Source) และรับพลังงาน (Sink) เช่น โน้ตบุ๊ก Type-C, พาวเวอร์แบงค์สองทาง ฯลฯ
เห็นได้ชัดว่าเมื่อเชื่อมต่ออุปกรณ์ Type-C สองเครื่องเข้าด้วยกันผ่านสาย C2C ทั้งสองฝ่ายจะต้องทราบว่าอีกฝ่ายเป็นอุปกรณ์ประเภทใด มิฉะนั้น จะส่งผลให้เกิดการชาร์จที่ไม่น่าพอใจ (เช่น การชาร์จแบบย้อนกลับ) หรือไม่สามารถชาร์จได้ และอาจก่อให้เกิดปัญหาความปลอดภัยได้
ตัวอย่างเช่น เมื่อผู้ใช้ใช้เครื่องชาร์จ (แหล่งจ่าย) เพื่อชาร์จแบตเตอรีสำรองแบบสองทาง Type-C (DRP) แบตเตอรีสำรองควร "ทำหน้าที่" เป็นซิงก์ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการระบุประเภทอุปกรณ์ไม่ถูกต้อง แบตเตอรีสำรองอาจ "ทำหน้าที่" เป็นแหล่งกำเนิดและทำให้เกิด "กระแสไฟไหลย้อนกลับ" ส่งผลให้อุปกรณ์ทั้งสองเสียหาย
ข้อมูลจำเพาะอินเทอร์เฟซ Type-C จะแยกความแตกต่างระหว่าง Source, Sink และ DRP ผ่านกลไก "pull-up" และ "pull-down" บนพิน CC สำหรับอุปกรณ์ Source พิน CC จะต้องกำหนดค่าด้วยตัวต้านทานแบบ pull-up Rp สำหรับอุปกรณ์ Sink พิน CC จะต้องกำหนดค่าด้วยตัวต้านทานแบบ pull-down Rd และสำหรับอุปกรณ์ DRP สวิตช์จะสลับระหว่าง pull-up และ pull-down สลับกัน
Source กำหนดว่าอุปกรณ์เชื่อมต่อหรือไม่โดยตรวจจับพิน CC ที่ปลาย Rp และ Sink กำหนดทิศทางการแทรกไปข้างหน้าและย้อนกลับโดยตรวจจับพิน CC ที่ปลาย Rd
ตัวต้านทานแบบดึงลง Rd=5.1k และตัวต้านทานแบบดึงขึ้น Rp จะถูกตั้งค่าตามความจุของแหล่งจ่ายไฟและแรงดันดึงขึ้น ความจุของแหล่งจ่ายไฟของ USB Type-C มีดังต่อไปนี้:
1. ความจุแหล่งจ่ายไฟ USB เริ่มต้น (แหล่งจ่ายไฟ USB เริ่มต้น) อินเทอร์เฟซ USB2.0 คือ 500mA อินเทอร์เฟซ USB3.2 คือ 900mA และ 1500mA
2. โปรโตคอล BC1.2 (BatteryCharge 1.2) รองรับกำลังไฟสูงสุด 7.5W หรือ 5V1.5A
3. USB Type-C กระแสไฟ 1.5A รองรับกำลังไฟสูงสุด 7.5W หรือ 5V1.5A
4. USB Type-C กระแสไฟ 3A รองรับกำลังไฟสูงสุด 15W หรือ 5V3A
5. โปรโตคอล USB PD (USB Power Delivery) รองรับกำลังไฟสูงสุด 100W หรือ 20V5A
ลำดับความสำคัญของความสามารถในการจ่ายไฟทั้งห้านี้จะเพิ่มขึ้นตามลำดับ และพลังงานของแหล่งจ่ายไฟก็จะเพิ่มขึ้นตามลำดับเช่นกัน ความสามารถในการจ่ายไฟที่มีลำดับความสำคัญสูงจะแทนที่ความสามารถในการจ่ายไฟที่มีลำดับความสำคัญต่ำ ในจำนวนนี้ สามารถตั้งค่าพลังงาน USB เริ่มต้น กระแสไฟ USB Type-C 1.5A และกระแสไฟ USB Type-C 3A ได้โดยกำหนดค่าค่า Rp
เมื่อเชื่อมต่ออุปกรณ์ทั้งสองตัวแล้ว ซิงก์จะรับความสามารถในการจ่ายไฟของแหล่งจ่ายโดยตรวจจับค่าตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า vRd ของ Rp และ Rd ต่อไปนี้คือความสัมพันธ์ที่สอดคล้องกันระหว่างค่า Rp ช่วงแรงดันไฟฟ้า vRd และความสามารถในการจ่ายไฟของแหล่งจ่าย
ในเวลาเดียวกัน CC อื่นของอุปกรณ์ถูกปล่อยให้ลอยหรือถูกดึงลงโดย Ra=1k หาก Ra ถูกดึงลง แสดงว่าสาย USB-C มีชิป eMarker ในตัว และ Source จำเป็นต้องสลับพินไปที่ VCONN เพื่อจ่ายไฟให้กับสาย
จนถึงตอนนี้ เราได้อธิบายไปแล้วว่าอุปกรณ์ใช้ "ดึงขึ้น" หรือ "ดึงลง" หรือสลับไปมาระหว่างทั้งสองอย่าง เพื่อกำหนด Source, Sink และ DRP และตั้งค่าและกำหนดความจุของแหล่งจ่ายไฟของ Source โดยค่าความต้านทาน Rp และค่าแรงดัน vRd อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้ดำเนินการอย่างไร Type-C หลีกเลี่ยงการชาร์จย้อนกลับหรือการชาร์จที่ไม่ถูกต้องได้อย่างไร