USB Type-C em um mundo Micro-B

A especificação USB 3.1 introduzida recentemente vem com um novo conector que finalmente resolve os maiores problemas com a especificação USB original - o requisito de orientação mecânica. Todos os conectores e cabos USB anteriores são codificados para que possam ser conectados apenas de uma maneira; além disso, os cabos não são reversíveis (consulte também Apresentando USB Type-C - USB para sistemas do século 21 )

Bem, talvez este não seja o “maior problema”, mas certamente é um incômodo. Na minha experiência, são necessárias pelo menos três tentativas para conectar com sucesso um cabo USB na parte de trás de um computador ou telefone celular. Como você pode ver na imagem abaixo, o novo conector USB 3.1, Type-C, finalmente traz a simetria mecânica para o mundo do USB.

(Fonte:Duane Benson)
O USB 3.1 é uma atualização significativa, incluindo capacidade de alimentação extra, dados de alta velocidade e cabos inteligentes reversíveis que podem ser conectados em qualquer orientação. Uma das desvantagens é a complexidade extra. O cabo inteligente de especificações completas possui componentes eletrônicos que permitem determinar exatamente o que está falando em cada lado e ajustar de acordo. Isso permite acomodar uma série de formatos de dados extremamente rápidos, bem como uma variedade de níveis de corrente de carga.

Ler as especificações pode ser um pouco intimidante quando comparado ao conector USB Micro-B e os chips FTDI USB 2.0 para UART a que muitos de nós microcontroladores estão acostumados. Ao pesquisar isso mais a fundo, no entanto, descobri que, embora os próprios conectores não sejam compatíveis com cabos mais antigos, a especificação 3.1 acomodará sinais de dados USB 2.0 básicos com complexidade adicional mínima. É possível, não difícil e oficialmente suportado, conectar um conector Tipo C a um design USB 2.0 existente.

Meu primeiro uso do conector Tipo-C está vindo em uma régua eletrônica que estou projetando com o prolífico criador do projeto e diretor editorial da Embedded.com, Max Maxfield. A régua será compatível com o Arduino e será programada via USB. Na implementação original, como faço com a maioria dos meus projetos, coloquei um chip FTDI FT231X para ir entre o UART no MCU e um conector USB Micro-B. Nesta encarnação do design, estou mantendo o conector Micro-B, mas também estou adicionando um conector Tipo-C. A régua ainda estará falando pelo protocolo USB 2.0, mas pode se comunicar por meio de um cabo Micro-B ou um novo cabo Tipo-C.

O diagrama abaixo mostra o layout dos pinos para as conexões de sinal, alimentação e aterramento, conforme visto em uma visão frontal do conector.

(Fonte:Duane Benson)
Você pode ver que este conector de dois lados tem todos os pinos de alimentação e aterramento, junto com os pinos USB 2.0 D + e D-, duplicados em lados diagonalmente opostos. Como estou discutindo apenas a compatibilidade do USB 2.0, só precisamos nos preocupar com os pinos D +, D-, Vbus, Ground, CC1 e CC2. Os conectores TX1 / 2 / + / -, RX1 / 2 / + / e SBU1 / 2 são usados ​​para modos alternativos e de alta velocidade, como velocidade total 3.1, DisplayPort e HDMI.

Apenas as conexões de alimentação, aterramento, D + e D- são espelhadas exatamente. No caso dos modos 3.1 de alta velocidade, os componentes eletrônicos no cabo inteligente garantem que os sinais vão para onde deveriam. A especificação requer que o cabo carregue apenas um par de D + e D-, enquanto o conector possui os dois conjuntos. Isso ainda fornece conexões universais e reversíveis, mas com dois fios a menos.

Os pinos CC1 e CC2 são usados ​​para resistores pull-down para instruir um cabo inteligente, ou dispositivo upstream, quanto à orientação do cabo e opções de fornecimento de energia. No meu caso, um dispositivo USB 2.0 básico requer resistores pull-down 5.1K (R3 e R4) em CC1 e CC2.

(Fonte:Duane Benson)
J2 é o conector Tipo-C, enquanto J1 é o conector Micro-B. Todos os pinos D- e D + são conectados, respectivamente, aos pinos FT231X (U2) USBDM e USBDP por meio de resistores de 27 ohms (R1 e R2), da mesma forma que estariam em uma configuração somente USB 2.0. Posso deixar todo o resto desconectado.

Eu adicionei diodos de proteção (D20 e D21) para manter a corrente de 5 volts de um cabo voltando para o outro - caso ambos sejam conectados ao mesmo tempo - e potencialmente danificando um ou outro sistema. A colisão da linha de dados causada pela conexão de ambos os cabos não prejudicará nada - simplesmente não funcionará - então, deixei de lado essa proteção (estou contando que os usuários não façam isso).

No layout abaixo, você pode ver o tamanho relativo do conector Micro-B (J1) à esquerda em comparação com o conector SMT / Thru-hole Tipo C (J2) à direita.

(Fonte:Duane Benson)
Para uma melhor visualização, a imagem abaixo mostra um conector USB Micro-B (canto superior esquerdo), um conector de montagem em superfície (SMT) somente USB Tipo C (parte superior central) e um SMT combinado com orifício de passagem Tipo C conector (canto superior direito), próximo a uma moeda de dez centavos dos EUA (canto inferior esquerdo).

(Fonte:Duane Benson)
Eu, pelo menos, estou aguardando ansiosamente a adoção geral e generalizada dos conectores USB Type-C. Até lá, enquanto eu tiver espaço disponível na placa, estarei colocando os dois conectores nas minhas placas. E quanto a você? Você já está implantando conectores USB Tipo C em seus sistemas embarcados? Se não, quando você espera fazer isso?