USB Type-C en un mundo Micro-B

La especificación USB 3.1 recientemente introducida viene con un nuevo conector que finalmente resuelve los mayores problemas con la especificación USB original:el requisito de orientación mecánica. Todos los conectores y cables USB anteriores están codificados para que solo se puedan enchufar de una manera; Además, los cables no son reversibles (consulte también Presentación de USB Type-C - USB para sistemas del siglo XXI ).

Bueno, tal vez este no sea el "mayor problema", pero ciertamente es una molestia. En mi experiencia, se necesitan no menos de tres intentos para conectar con éxito un cable USB en la parte posterior de una computadora o mi teléfono celular. Como puede ver en la imagen a continuación, el nuevo conector USB 3.1, Tipo-C finalmente trae simétrico mecánicamente al mundo del USB.

USB 3.1 es una actualización significativa, que incluye capacidad de alimentación adicional, datos de mayor velocidad y cables inteligentes reversibles que se pueden enchufar en cualquier orientación. Una de las desventajas es la complejidad adicional. El cable inteligente de especificaciones completas tiene componentes electrónicos que le permiten determinar exactamente a qué está hablando en cada lado y ajustarlo en consecuencia. Esto le permite adaptarse a una serie de formatos de datos rápidos y deslumbrantes, así como a una variedad de niveles de corriente de carga.

Leer las especificaciones puede ser un poco intimidante en comparación con el conector USB Micro-B y los chips FTDI USB 2.0 a UART a los que la mayoría de los microcontroladores nos hemos acostumbrado. Sin embargo, al investigar esto más a fondo, descubrí que, si bien los conectores en sí mismos no son compatibles con cables más antiguos, la especificación 3.1 se adaptará a las señales de datos USB 2.0 básicas con una mínima complejidad adicional. Es posible, no difícil y oficialmente compatible, conectar un conector tipo C a un diseño USB 2.0 existente.

Mi primer uso del conector Tipo-C viene en una regla electrónica que estoy diseñando con el prolífico creador de proyectos y director editorial de Embedded.com, Max Maxfield. La regla será compatible con Arduino y se programará mediante USB. En la implementación original, como hago con la mayoría de mis diseños, puse un chip FTDI FT231X para ir entre el UART en el MCU y un conector USB Micro-B. En esta encarnación del diseño, me quedo con el conector Micro-B, pero también agrego un conector Tipo-C. La regla seguirá hablando a través del protocolo USB 2.0, pero puede comunicarse a través de un cable Micro-B o un nuevo cable Tipo-C.

El siguiente diagrama muestra la disposición de los pines para las conexiones de señal, alimentación y tierra, como se ve en una vista frontal del conector.

Puede ver que este conector de dos lados tiene todos los pines de alimentación y tierra, junto con los pines USB 2.0 D + y D-, duplicados en lados diagonalmente opuestos. Como solo estoy hablando de la compatibilidad con USB 2.0, solo debemos preocuparnos por los pines D +, D-, Vbus, Ground, CC1 y CC2. Los conectores TX1 / 2 / + / -, RX1 / 2 / + / y SBU1 / 2 se utilizan para modos alternativos y de mayor velocidad, como 3.1, DisplayPort y HDMI de alta velocidad.

Solo las conexiones de alimentación, tierra, D + y D- se reflejan exactamente. En el caso de los modos 3.1 de mayor velocidad, la electrónica en el cable inteligente asegura que las señales vayan donde se supone que deben ir. La especificación requiere que el cable lleve solo un par de D + y D-, mientras que el conector tenga ambos juegos. Esto todavía proporciona conexiones universales y reversibles, pero con dos cables menos.

Los pines CC1 y CC2 se utilizan para resistencias desplegables para instruir a un cable inteligente, o dispositivo ascendente, en cuanto a la orientación del cable y las opciones de suministro de energía. En mi caso, un dispositivo USB 2.0 básico requiere resistencias desplegables de 5.1K (R3 y R4) tanto en CC1 como en CC2.

J2 es el conector tipo C, mientras que J1 es el conector Micro-B. Todas las clavijas D- y las clavijas D + están conectadas, respectivamente, a las clavijas FT231X (U2) USBDM y USBDP a través de resistencias de 27 ohmios (R1 y R2), tal como lo estarían en una configuración solo USB 2.0. Puedo dejar todo lo demás desconectado.

Agregué diodos de protección (D20 y D21) para mantener la corriente de 5 voltios de un cable en el otro, en caso de que ambos estén enchufados al mismo tiempo, y dañar potencialmente uno u otro sistema. La colisión de la línea de datos causada por la conexión de ambos cables no dañará nada, simplemente no funcionará, así que dejé esa protección (confío en que los usuarios no hagan esto).

En el diseño a continuación, puede ver el tamaño relativo del conector Micro-B (J1) a la izquierda en comparación con el conector tipo C SMT / Thru-hole (J2) a la derecha.

Para una mejor vista, la siguiente imagen muestra, un conector USB Micro-B (arriba a la izquierda), un conector USB Type-C de montaje en superficie (SMT) (medio superior) y un SMT combinado y un orificio pasante Tipo-C conector (parte superior derecha), junto a una moneda de diez centavos de dólar estadounidense (parte inferior izquierda).

Yo, por mi parte, estoy esperando ansiosamente la adopción generalizada y generalizada de los conectores USB Tipo-C. Hasta ese momento, siempre que tenga el espacio disponible en la placa, colocaré ambos conectores en mis placas. ¿Y usted? ¿Ya está implementando conectores USB tipo C en sus sistemas integrados? Si no es así, ¿cuándo prevé hacerlo?