USB通信协议与供电协议全解

本文依照USB-IF命名规范

输出口，线材，输入口，三者同时满足最高协议标准，才能发挥最好效果，否则受限于最差的一个（木桶效应）。

接口类型

都叫USB接口，只是分为：

Type-A | Type-B | Type-C | Micro USB

其中Type-A是我们过去最常用的接口类型，Type-B常见于打印机上，而Type-C就是目前正在普及的，Micro-USB是过去安卓设备常采用的接口

需要知道的是，接口类型与下面要讲的数据以及供电协议没有明确的关系。

数据传输协议

传输速度跟接口类型无关，只跟支持的协议有关，Type-C接口也可能只有480Mbps的USB 2.0速度，Type-A接口也可以有10Gbps的USB 3.2 Gen2速率。

协议差别就体现在传输速度上

标准名称	传输速率	实际速度
USB 2.0	480Mbps	35-40MB/s
USB 3.2 Gen1X1	5Gbps	460MB/s
USB 3.2 Gen2X1	10Gbps	960MB/s
USB 3.2 Gen2X2	20Gbps	1860MB/s
Thunderbolt 3	40Gbps	3660MB/s

通常USB 3.x会用不同颜色（不一定，我就见过蓝色的USB 2.0），通过针脚就一定可以区别USB 2.0 （4个）和 USB 3.x （9个）。

我们还可以通过接口旁的标志来帮助我们判断（没有的话就默认为最差的）

SS (SuperSpeed) ：3.2 Gen1

SS10 (SuperSpeed 10Gbps) ：3.2 Gen2

+D：支持DP视频信号

一个闪电：雷电3

补充一个视频信号的传输协议

标准名称	最大带宽
HDMI 2.0	18Gbps
HDMI 2.1	48Gbps
DP 1.4	32.4Gbps
DP 2.0	80Gbps
Thunderbolt 3	40Gbps

供电协议

阶段1：最开始我们电脑Type-A输出是5V@0.5A，后来Type-A 3.X增加到5V@0.9A。

阶段2：Type-A 引入 (Battery Charging) BC 1.2 充电协议，最大可以输出5V@1.5A

这里所说的是 规范设计电流和电压，所以理论上只会比这个标准高，另外总会有一些特立独行的厂家，比如用4针脚的Type-A接口，达到了供电3A以上。因为可承受电流大小和接口类型关系不大，只要线材够粗，接触铜片够大，电流就能大。

阶段3：Type-C标准支持5V@3A，以及更高标准的快充协议 PD 和 QC

QC (Quick Charge) 高通专门为骁龙处理器开发的，目前已经到了第4代，QC 3.0以及之前有Type-A接口，而QC 4.0因为纳入PD协议，只有Type-C接口。
PD (Power Delivery) USB-IF 协会定义，之前主要是苹果在使用，最新的PD 3.0已经包含了QC 4.0等一系列其他快充协议，一定是Type-C接口。

上述两种支持的最大电压/电流均为20V/5A，也就是100W的充电功率；除了最大支持，通常是5V，9V，12V，20V@1.5A，2A，3A，5A的组合。

除了以上两个公有协议，各家手机厂商还会有自己的私有快充协议。

另外补充一点，当电流大于3A时，会给线材引入USB-IF协会一个新的认证---E-Marker，通过了这个认证的线材才支持大于3A的输电。会有厂商为了节省认证成本，推出20.5V而小于3A的供电。

不同于传输协议会有标志，供电协议在接口旁是没有标志的，所以只能根据设备说明来知晓。

如下解释一下各类USB接口引脚，以方便大家学习：

一、Type-A

1、USB Type A公头

2、USB Type A母头

二、Type-B

1、4、4USB Type B公头

2、USB类Type B母座

三、Micro 型

1、USB类Micro 型公头

2、USB类Micro 母座

四、Mini 型

Mini型和Micro型引脚顺序以及定义均一样，只是接口的外形不同，如下图。

1、USB类Mini 型公头

2、USB类Mini 型母座

五、Type-C

1、常规USB Type C接口公头

2、常规USB Type C接口母座

备注：S+、S- 代表：电源线正、负。D+、D- 代表：数据线正、负

可以很明显看出，插口内的Pin功能相对于中心对称。公头插入母头，无论正反插，引脚功能都完美契合。而且电源VBUS/GND都拥有4个Pin，最大支持5A电流，在保证高速数据传输的同时也提高了电流承载能力。

CC1、CC2的作用：设备识别、PD快充
这里不得不提一下CC1、CC2引脚的作用，大家最早认识快充应该是从高通CPU的QC开始的。通过提高输电电压，来提高输送功率。但QC协议中，通信使用的是USB的DP、DM，这就导致充电的时候会对USB通信造成影响。
而USB-PD对电源设备的识别依靠CC1、CC2引脚，避免了QC标准与DP、DM的冲突。使得USB-PD在传输电力的同时，数据传输不会受到影响。

辅助信号 sub1 和 sub2(sideband use)
在特定的一些传输模式时才用。平时可以不管，直接忽略。

24Pin、16Pin、12Pin、6Pin
24Pin

16Pin、12Pin

普通的MCU都没有USB3.0，只有USB2.0，使用24Pin的TypeC很浪费，于是就有了16Pin的TypeC。

16Pin TypeC在24Pin的基础上阉割了USB3.0的TX1/2、RX1/2，保留了SBU1/2、CC1/2、USB2.0的D+D-，除了没有USB3.0/3.1高速传输外，其他别无二致，同样支持 PD快充、音频设备、HDMI传输、调试模式等功能。
我们所说的16Pin TypeC和12Pin TypeC其实是同一种接口。16Pin一般为接口厂家、封装的正式名称，而日常生活中习惯称呼为12Pin。这是因为接口设计时，将TypeC母座两端的两个Vbus和GND出线都并拢了起来，虽然从口那里看是16条出线，但座子后面的焊盘只有12个。

6Pin
对于玩具、牙刷等生活用品，产品定位上没有USB通信的需求，只需要USB取电充电。那么连USB2.0都可以省掉了。6Pin TypeC正式出道。
6Pin TypeC仅仅保留Vbus、GND、CC1、CC2。接口两侧对称分布着两组GND、Vbus，使得防反插功能保留，粗线也让其更为方便的传输大电流。
CC1、CC2用于PD设备识别，承载USB-PD的通信，以向供电端请求电源供给。在传输电力的同时，USB数据传输不会受到影响。

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