科普：什么是USB-C

前言

不知道大家有没有被眼花缭乱的数据接口困扰过。每当我想要连接某台设备，到处找不到设备接口所匹配的线材时，心里就会期待赶紧出现某个接口一统天下啊。

而在近几年，人们心中呼唤的即将统一世界的那个男人！啊，不，那个接口！终于出现了！它就是USB-C，我们在说USB-C的时候我们在聊什么？

这里需注意，我们在说USB-C插口的时候要注意与USB2.0、3.0这些接口规范作出区分。前者指的是接口类型，后者则USB不同时期提出的接口规范。在了解USB-C的时候我们先得明白USB的概念，上一期聊快充协议的时候简单聊过USB的历史，这里简单概述一下。

此前，我们已做过关于USB-C的科普视频，这里再以图文的形式呈现给大家。

认识USB-C口

USB接口起源

1994年，英特尔和微软倡导发起的国际标准化组织，简称“USB-IF"。该组织制定了一系列通用串行总线的规范和规格，其中有关充电的规范就是我们上一期提到的充电协议，此外，他们还在此规范上制作了适配的标准接口。这就是USB接口起源。

接口与协议的关系

所以USB的接口演变过程始终与USB接口协议的更新密切相关，接口的物理特性设计出来就是要适配于某种接口协议的。我们可以用一个经典的比喻来解释：

古代人们约定进行某种交易时，双方会选一个模子（比如瓷器）一分为二，双方各拿一半。待到要交易的时候，就要拿出各自的部分，如果能拼成完整的模子就可以交易。但是后面他们为了让交易更安全，防止有人冒领模子。于是设计出除了要对模子，还要对暗号的模式：比如甲拿出模子，说一句“天王盖地虎”，那么乙就需要拿出另一半与甲拼成完整模子，并喊出下一句暗号“宝塔镇河妖”。这样整个“互相认证”的过程就完美了，交易就可以继续。

这个过程中，各自的模子就好比是接口，而暗号就是接口协议。只有接口和接口协议匹配成功才能进行数据传输或其他操作。

USB接口家族

那么，下面充电头网就给大家好好介绍一下不断演变中的USB接口家族。

从USB-C的名字我们可知，之前推出过USB-B、USB-A，平时也叫Type-A、Type-B、Type-C。我们先了解下USB曾经推过哪些接口类型。

USB推出的USB-A、USB-B、USB-C接口，每一种类型还可能会根据尺寸类型划分成standard（标准版）、mini（小版）、micro（微小版），下面根据这张图认识一下家族成员吧：

由上图可以看出，即使到了USB3.0时代，USB接口依旧处于五花八门、各自为政的状态（不同版本之间兼容性不好，且接口类型太多）。而这个时候，USB-C出现了。

并且在USB4 1.0发布时完成了统一，在USB4 1.0版本f发布内容中规定，将USB-C接口作为唯一指定接口，并一直沿用到近期发布的USB4 2.0

USB Type-C是跟随USB 3.1标准一起提出来的，由于它是新出现的形式，TypeC其实不存在“兼容”老设备的问题。事实上，USB Type-C的真正推广，是从2015年，苹果的MacBook搭载USB Type-C接口开始的，国内第一个用USB Type-C作为手机接口的厂商是乐视1（而不是华为）。

USB-C接口类型

USB-C的出现使得这种插口在外观上基本一致了，但其实，他们之间也还是有较大区别的，这种区别主要体现在内部引脚个数上（引脚，又叫管脚，英文叫Pin。就是从集成电路（芯片）内部电路引出与外围电路的接线，所有的引脚就构成了这块芯片的接口。）标准的USB-C接口有24PIN（引脚），如下图所示。

接口类型

母头/母座

公头/插头

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。

接口引脚

在上个环节有聊到USB-C接口划分取决于引脚（PIN）数，而USB-C接口的引脚（PIN）数直接取决于接口需要应用到哪些功能。

但是市面上大多数USB-C接口并没有这么多，厂商们出于成本和市场需求的考

虑，会以减少引脚的形式，选择USB-C接口的部分功能。下面就给大家简单梳理下，市面上常见的USB-C接口类型。

根据目前主流的USB-C口的引脚个数，可以把USB-C接口物理外观分为三大类。分别是24pin（满pin）、16/12pin、6pin。以下就是这几种类型的详情。

24PIN

24PIN接口，也称满PIN接口，是USB-C的标准接口。常见于一些较高配置数码产品（如高端游戏本）上，值得一提的是，目前支持USB3.1及以上接口协议的USB-C接口基本都会满PIN配置，尤其是支持Thunderbolt 4（雷电4协议）接口的数码电器产品。

满PIN配置一般就意味USB-C接口的使用场景基本会覆盖全功能，随着技术的发展和人们生活水平的提高，越来越多的USB-C接口都会进行满PIN配置，让人们都能享受标准USB-C接口带来的更佳体验。

16PIN

16Pin是目前最主流的USB-C插口，目前广泛应用于各类Type-C线材、各类充电设备的USB-C插口、普通配置的数码电器USB-C插口上等其他USB-C插口。

由于目前很多普通电子设备内置的MCU(MicrocontrollerUnit；微控制单元)都不支持USB3.0，只支持USB2.0，那么使用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。

12PIN

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

6PINUSB-C接口常常配置于一些玩具、牙刷等简单电器上，产品定位上没有USB通信的需求，只需要USB取电充电。于是6Pin TypeC就产生了。

如图所示，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。

USB-C角色定义

从供电的角度出发，USB-C接口可以是供电方(Source)或者耗电方(Sink)）或是双重角色(DRP)。从通信功能的角度出发，Type-C接口可以是下行端口(DFP）或者上行端口(UFP）或是双重角色。对于功能角色，它是在连接时根据供电角色确定的，当供电角色是供电方时，则功能角色默认是DFP；当供电角色是耗电方时，则功能角色默认是UFP。

我们通过一张表格看一下不同角色定义下的供电状态。

数据角色

DFP

下行接口，相当于以前的主机端；

UFP

是上行接口，相当于以前的device；

电源角色

SOURCE

是纯供电方，会给sink进行供电；

SINK

是纯耗电方；

sink&sours

也称为DRP（Dual Role Port）双重角色，是双重角色的可供电设备，既可以是SOURCE，也可以是SINK。

数据角色和电源角色之间是交叉的，可以通过USB PD动态切换角色。

USB-C口应用

前面有给大家介绍，USB-C虽然是USB接口家族的后辈 ，但是却拥有家族几代技术沉淀的先天优势，这使得USB-C问世时便具备强大的综合性能，成为目前应用领域最广泛的接口之一。

目前可以通过USB-C接口对数码产品进行快速充电、由此衍生了很多优秀的快充产品。另外，USB-C强大的数据高速传输功能，在工作生活中一些应用场景中扮演重要角色，极大提升了效率。此外，应用USB-C接口目前能实现不同信号（视频、音频、网络等）的传输，拓展了该接口的应用空间，使得不同信号传输变得便捷而高效。接下来就看一下，通过USB-C接口可以实现哪些功能呢？

我们梳理了一下标准USB-C接口24个PIN脚分别对应的功能，总结出USB-C接口目前的7大应用模块。以下就是它不同的应用详情。

快速充电

2014 年 8 月，USB PD2.0 快充标准发布，不仅规定了 USB Type-C 接口为唯一的标准接口，而且还赋予了这个接口更多的功能，比如充电、数据传输、音频传输等。在充电方面 USB PD2.0 定义了支持 5V3A、9V3A、12V3A、15V3A、20V5A 输出，最大充电功率达到 100W。

2015 年 11 月，USB PD 进入到了 PD3.0 快充时代。USB PD3.0 相对于 USB PD2.0 的变化主要有三方面：增加了对设备内置电池特性更为详细的描述；增加了通过PD通信进行设备软硬件版本识别和软件更新的功能，以及增加了数字证书及数字签名功能。

2017 年 2 月，USB PD 迎来“小修补”的重大更新，USB PD3.0 PPS 发布，在 PD3.0 标准的基础上增加了可编程电源功能（PPS）。PPS 规范整合了目前高压低电流、低压大电流两种充电模式，设备可根据电力需求对电源输出电压进行精细调节，调幅为 20mV 一档，仅为 QC3.0 调幅的十分之一。目前，PPS 配合电荷泵，已经成为安卓手机阵营大范围普及的充电技术。

2021 年 5 月，，USB PD 跨过100W快充门槛，USB PD 3.1发布，协议分为两个部分，一个是标准功率范围( Standard Power Range，SPR)，另外一个扩展功率范围(Extended Power Range，EPR)。实际上SPR其实就是上一版本USB PD 3.0协议的主体部分，也就是说这个部分的最大充电功率依然是100W；额外增加的EPR是在这个标准工作范围的基础上，把快速充电的最大功率大幅扩展到了240W。

目前应用于USB-C接口的各类快充产品发展迅猛。有扎根于户外生活的移动电源，如目前国际市场销量领先的“电小二”户外电源；有时下热卖的快充充电器，尤其是氮化镓这一新型材料的问世，已经成了绑定了快充充电器的重要标签；还有厂商积极推出搭载USB-C接口的快充线材，目前支持全协议的5A线材是这一产品的争夺焦点。

数据传输

1996 年，USB 接口诞生，它采用 D+D- 线芯进行数据通讯，为日后通用化打下基础。

2000 年，USB 更新至 USB2.0 版本，迅速大规模普，速率为 480Mbps，时至今日也是最常用的接口标准。

2008 年 1 月，USB3.0 发布，数据传输更改为 TX+TX-RX+RX- 线芯，传输速率从 480Mbps 大幅升至 5Gbps，每秒读写速度破百兆，带来了质的飞跃。

2013 年 7 月份，USB 3.1 发布，最高速率翻番至 10Gbps，大家熟识的 USB-C 接口也在这个时候诞生。这里有个骚操作，USB-IF 将旧有的 USB 3.0 改名为 USB 3.1 Gen 1，新发布的 USB 3.1 则叫做 USB 3.1 Gen 2，普通消费者开始出现混淆搞不清的现象。

2017 年 9 月份，USB3.2 又来了，虽然版本号依然变化不大，但其支持同时使用 USB-C 接口的上下两端针脚，两组高速通道同时使用，最高速率翻倍达到了 20Gbps。根据最新公布的规范，USB3.0、USB 3.1 版本命名都将彻底消失，统一被划入 USB3.2 的序列，三者分别再次改名叫做 USB3.2 Gen1、USB3.2 Gen2、USB3.2 Gen2x2。

2019 年 9 月，USB4 正式发布，最高传输速率达到 40Gbps，与雷电 3 相同。USB4 有两个规格，分别是最高带宽达到 40Gbps 的 USB4 40、最高带宽达到 20Gbps 的 USB4 20，消费者需认清楚 USB4 40 才是满血接口。

2022 年 9 月，USB4 2.0 标准提前曝光，最高速率提升至 80Gbps，采用全新数据架构，USB PD 快速充电标准、USB Type-C 接口与线缆标准也将同步更新。

目前应用于USB-C接口的高速数据传输功能的产品也有很多，主要有一些外接存储设备（如高速固态硬盘、高速传输线材以及直接用于某些高端笔记本的接口。

视频传输

目前USB 3.0以上以及雷电3、雷电4协议的USB-C接口都支持视频传输。那么这类USB-C口可以做到视频传输呢？USB-C与HDMI、DP是怎么样的融合关系？

USB-C口进行视频信号传输的方式就是靠切换到Alternative mode传输DP信号，或者切换成HDMI Alt-Mode传输HDMI信号。所以目前USB-C 接口支持 DP Alt 输出，最高现在支持 DisplayPort 1.4 协议的视频信号。也支持 HDMI Alt 输出，最高支持 HDMI 1.4 的协议。

具体原理呢，我们上面有介绍到USB-C的引脚，TX1, TX2, RX1, RX2四个引脚分别是四对差分信号传输通道。切换到DP Alt-Mode时，这四对差分信号传输通道就是用来传输DP的四个数据通道。四通道的DP 1.4可以传输两块4K+SDR+60Hz的屏幕。但是这四个通道没有规定同时启用传输传输DP信号的，具体应用场景就看是否需要占用通道传输USB 3.1的数据。

如果切换成HDMI Alt-Mode，这四对差分信号传输通道就是用来传输HDMI信号的四个数据通道。但是，因为它只能支持HDMI 1.4b的视频信号传输，最多支持420的4K 60Hz SDR或者无压缩的30Hz，不支持HDR。所以绝大多数情况下，都是通过转化器芯片把主机输出的 DP1.4 转换成更高的HDMI 2.0协议，以支持 4k 60hz的屏幕。

现在许多厂商为了产品的美观和节约外设接口面积，倾向于减少接口数量和类型，而USB-C由于较好的数据兼容性，是数码产品外设接口的不二选择。所以USB-C转DP、HDMI视频信号的转接器产品就广泛出现了，目前这类转接器基本都支持4K 60Hz的视频信号输出，能满足绝大多数用户的基本需求。

音频传输

前几年，直连USB-C接口的耳机在市场上十分火爆，我们发现USB-C接口可以接耳机进行音频传输，这个是如何做到的呢？音频模式的管脚定义如下：

TYPE-C规范定义两种附属模式，音频模式（这里的音频模式是3.5mm模拟音频适配器）和调试模式。音频模式下可保证USB-C接口顺利传输音频信号。实现音频模式的设备会在CC1和CC2上都进行Ra下位，当主机检测到连接设备两个CC都是Ra时则认为USB-C接口连接的是音频设备。

USB-C音频模式工作原理——无源3.5毫米至USB C型适配器-单极检测开关

其他传输用途

PoE

目前的技术可以通过USB-C接口进行PoE传输，这个是如何实现的？

首先我们先了解一下PoE的概念，PoE（Power over Ethernet）是指通过网线传输电力的一种技术，借助现有以太网通过网线同时为IP终端设备（如：IP电话、AP、IP摄像头等）进行数据传输和供电。目前PoE供电有了统一的标准，IEEE802.3af、IEEE802.3at、IEEE802.3bt，三种不同的协议对终端分配不同的功率。

技术原理如下：PoE系统由PSE(Power Sourcing Equipment)和PD(Powered Device)受电端通过电源接口链接组成。PSE是用来给其他设备进行供电的设备， PD是在PoE供电系统中用来受电的设备。PSE通过在网络电缆上施加电压，将电流传送到电源接口，电源接口是网络电缆连接PSE和PD的物理节点。标准以太网接口有八根连接线，可分为四个差分对。在需要进行电力传输使，根据PSE的输出功率选择不同差分通道对进行电力传输，然后电力和数据通过转接器芯片处理，经过USB-C对应的引脚通道分别将电流和其他数据信号传送给PD设备，在这个过程中PSE和PD遵循如上图所示的操作步骤。

值得一提的是，目前世界已经有一些厂家在研发这种产品，例如Microchip（微芯科技股份有限公司）正在研发的“PD-USB-DP60适配器”就能通过这款产品用以太网为 USB-C 主机提供电源和数据。

网络

USB-C网络数据传输技术，其实只是PoE技术的一个分应用，这种情况，网线中不需要传输电力，只需要将网络信号通过转换器中的芯片，将网络信号桥接到PD设备。那么什么是桥网络接技术呢？

网络桥接技术顾名思义就是网络的桥接技术，它分为无线和有线两种桥接模式，USB-C网络数据传输主要用的是有线网络桥接技术，利用转接器中的芯片在网线接口Rj 45和USB-C接口搭起桥梁，使网络信号能传输到终端设备上。这个过程中USB-C网口转接器充当了“外置网卡”的角色。

常见问题解答

1、满PIN的USB-C接口就一定能用到他的所有功能吗？

答：不一定，有两种情况可能用不到全功能，一种是商家生产的满PIN接口只是外观这样，内部并没有连接对应功能的线芯；还一种情况是接口连接的设备使用场景不支持或者用不到它的所有功能。

2、目前的USB-C接口已经这么全能了，外观是不是都不会变化了？

答：不是，USB接口的物理外观以及功能是随着USB协议的更新而变化的，目前的接口虽然很完善，但是今后的协议如果变更，拓展更强大、更全面的功能时，外观上可能也会为了适应协议而发生改变。

3、A转C的线能否支持PD快充

答：一般情况下不支持，以小米为代表的厂商，近年推出的手机原装充电器和数据线，通过在USB-A口增加特殊针脚，可以在USB-A口提供CC输出，实现了PD快充。

4、如何看出C2C的线材支持多少功率

看不出来，除非线材上有输出功率的标识，否则只能通过测评器测评线材支持的功率。

充电头网总结

USB-C接口作为目前功能最全面、泛用性最强的接口类型，目前的市场占有率越来越高，而就在近期推出的USB 4.0也官宣将USB-C作为唯一指定接口，所以在今后不短的时间内，USB-C接口会越来越广泛地应用于我们的生活中，而随着科技和生活水平的提高，USB-C接口带给我们的体验也会越来越好。

那么如何才能判断我们设备上的Type-C是否具备全功能呢？我们可以通过看接口内的PIN个数有个大致判断，但是如果要进一步去了解该接口有哪些功能呢？

所以，评测的意义就来了，而充电头网作为充电行业一家专业的自媒体综合体，深耕充电领域8年，站内文章涵盖了充电领域的方方面面，评测作为站内的重要栏目，编辑们会评测各类充电设备，利用站内研发的评测器如（ChargerLAB POWER-Z）获取插口及产品的相关评测数据，感兴趣的朋友可以移步网站充电头网 - 我们只谈充电 (www.chongdiantou.com)，了解一手充电行业相关咨询，也可以点击下方链接购买评测器，自己体验评测的乐趣。

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