Lightning 转 USB Type-A/Type-C 思路
我们曾经经常给iPhone手机充电的接口是,Lighting 转 USB Type-A,也就是iPhone 5W充电头提供的充电接口。但是,现在的iPhone手机充电接口都在向 Lighting 转 USB Type- C接口转变,于是就想探究一下USB Type-A/Type-C 在转接为Lighting过程中的一些通信上的原理,遂有了下文 Lightning 转 USB Type-A/Type-C 思路。
文章目录
- 1. 背景介绍
- 2. Lightning 转 USB Type-A
- 2.1 Lightning 接口原理介绍
- 2.1.1 母口
- 2.1.2 公口
- 2.2 USB Type-A 接口原理介绍
- 2.3 转换思路
- 3. Lightning 转 USB Type-C
- 3.1 Lightning 接口原理介绍
- 3.2 USB Type-C 接口原理介绍
- 3.3 转换思路
- 4. 参考文献
1. 背景介绍
Lightning 接口是2012年9月12日苹果发布的 Lightning Dock 接口,中文译为”闪电”接口。目前基本只在苹果公司推出的iPhone手机上使用。
USB 接口最早是在1996年以 USB1.0 规范出现,后续的几十年内逐步推出了USB2.0、USB3.0以及最新规范USB3.1。USB接口种类丰富多样。在我们生活中使用的最多的接口种类是:Micro-USB、USB和Type-C。其中,Micro-USB主要出现在上一代安卓机中。USB也即USB-Type-A ,主要出现在U盘和电脑主机等各种设备上,目前支持USB2.0 和 USB3.0协议。Type-C也即USB-Type-C,目前主要出现在新一代的手机接口中,目前支持USB3.1协议。
下文主要讨论,苹果公司推出的 Lightning 接口向传统 USB Type-A 和 现代USB Type-C 的接口转换原理和思路。其中 USB Type-A 只讨论4根引脚的 USB2.0 协议。对于USB3.0协议,这里不予讨论。
2. Lightning 转 USB Type-A
基于目前的科技发展现状,Lightning 转 USB Type-A 的连接线逐渐消失,反之 Lightning 转 USB Type-C 的连接线大幅涌现。这可以说明,现代 USB Type-C 相比于传统 USB Type-A 可以在充电效率和数据传输速度上做更多的事情。下图为 Lightning 转 USB Type-A 连接线:
2.1 Lightning 接口原理介绍
Lightning 接口分为母口和公口。母口通常位于iPhone充电端,具有单面8个引脚进行连接。公口通常位于连接线的一端,具有双面共16个引脚进行连接。
2.1.1 母口
母口从左到右依次为引脚1至引脚8,其中PWR为电源,GND为接地。ID0和ID1实现对公口正反面的识别。L0p和L0n,L1p和L1n为两对USB 2.0数据传输协议接口,需要区分正负极。
2.1.2 公口
公口分为上下两层,即A/B两面。上层A面中,从左到右依次为引脚1至引脚8,其中PWR为电源,GND为接地。ID0和ID1实现对公口正反面的识别。L0p和L0n,L1p和L1n为两对USB 2.0数据传输协议接口,需要区分正负极。下层B面中,所有接口可以看做是上层接口的180度翻转,实现同类引脚的互连。
2.2 USB Type-A 接口原理介绍
USB Type-A 接口分为母口和公口。母口通常位于电脑主机或充电器端。公口通常位于连接线的一端。母口和公口均为单面4个引脚进行连接。因此,这里只讨论在用户端使用最多的公口进行介绍。母口完全类似。
公口从左到右依次为引脚1至引脚4,其中PWR为电源,GND为接地。D+和D-实现 USB 2.0 数据传输协议,需要区分正负极。
2.3 转换思路
从 Lightning 接口 和 USB Type-A 接口两者的引脚原理图中我们可以看出, Lightning 向 USB Type-A 的转换过程中只需要从 Lightning 接口中接出4根线即可,为GND,L0p,L0n,PWR,或者为GND,L1p,L1n,PWR。由于 Lightning 接口规范的局限性,只存在L0p,L0n或L1p,L1n,为两根数据传输接口,这和 USB 2.0 协议接口中的 D+ 和 D- 一致。因此Lightning 向 USB Type-A 的转换过程中只能实现 USB2.0 的数据传输速度。 下图为 Lightning 接出的4根线:
3. Lightning 转 USB Type-C
上文提到 Lightning 接口规范存在局限性,只能实现 USB 2.0 协议的数据传输速度。而 USB Type-C 接口规范可以实现 USB 3.1 协议,且向下兼容 USB 2.0 协议。 Lightning 接口显然无法满足 USB Type-C 接口的 USB 3.1 协议高速数据传输的要求,只能发挥 USB Type-C 接口的基本能力:USB 2.0 协议。那么生产 Lightning 转 USB Type-C 连接线的意义何在呢? 这里推测,最近几年由于安卓手机阵营的日益庞大,在数据传输接口上也开始倾向去发展更高速的传输协议。在 USB Type-C 接口出现后,安卓阵营的手机和充电器逐步开始进行全系列产品的接口进化,从传统的 Micro-USB 升级为 USB Type-C 接口。于是,我们会发现,所有的安卓充电头的接口都逐渐变成了 USB Type-C 接口。如果这时,恰好苹果用户的手机没电,当用户只有充电线,拿出来充电线后发现只能接在 USB Type-A 接口上进行充电,身边又没有 USB Type-C 接口的充电头,那么将是令用户很不开心的事情。为此,部分公司发现了用户的这一需求,开始推出 Lightning 转 USB Type-C 的连接线。一方面,将连接线的 USB Type-A 接口替换为 USB Type-C 接口后可以实现更快的充电速度。另一方面,有了 USB Type-C 的充电线,身边安卓手机用户的 USB Type-C 充电头都可以用来为自己的iPhone进行充电,使iPhone的充电更为便捷。下图为 Lightning 转 USB Type-C 连接线:
3.1 Lightning 接口原理介绍
前文已介绍,这里不再多述。
3.2 USB Type-C 接口原理介绍
USB Type-C 接口分为母口和公口。母口通常位于连接线端。公口通常位于电脑或手机端。母口和公口均为双面24个引脚进行连接。
公口和母口均分为上下两层,即A/B两面。这里介绍用户端使用最多的母口。在A面中,2根VBUS接正极,2根GND为接地,D-和D+用于支持USB 2.0 协议,SBU1为 Secondary Bus,CC为Configuration Channel。TX1- 和 TX1+,RX2- 和 RX2+ 用于支持高速数据传输,支持USB 3.0,USB3.1 ,雷雳 3 和雷雳 4。 B面中,所有接口可以看做是A面接口的180度翻转,引脚类型完全一致。
3.3 转换思路
从 USB Type-C 接口的引脚原理图中我们可以看出,Lightning 向 USB Type-C 的转换过程中同样只需要从 Lightning 接口中接出4根线即可,为GND,L0p,L0n,PWR,或者为GND,L1p,L1n,PWR,接入到 USB Type-C 接口的GND,VBUS,D-,D+上,并且**只能实现USB 2.0 协议。**也就是说,在Lightning 转 USB Type-C的连接线的USB Type-C端,有至少10根高速传输数据的引脚都没有使用到,这使得 USB Type-C 多数资源被浪费。下图为 Lightning 接出的5根线,多出的1根线应该是屏蔽罩的地线:
另外值得一提的是,从 USB Type-C 接口的引脚原理图中我们可以看出,由于 USB 3.0 协议在 USB Type-C 接口中相当于只使用了A面,也就是双通道传输和接收数据,理论最大速度为5Gb/s。而 USB3.1 协议使用到了AB双面,采用了四通道传输和接收数据,理论最大速度是USB3.0的两倍,为10Gb/s。所以,从原理层面来看,USB3.1 协议的数据传输速度比 USB 3.0 协议速度快两倍。下图为USB各协议版本数据传输速率对比表:
4. 参考文献
Lightning 接口介绍
USB 接口介绍
USB3.0 接口定义
USB Type-C定义
typec接口知识
图片源于淘宝
USB 各版本的传输速率
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