目录

4.1 元器件选型

4.1.1 自恢复保险丝

4.1.2 100nf电容

4.1.3 10uf电容

4.1.4 5.1kΩ电阻

4.1.5 16P TypeC母接口

4.2 原理图

4.3 初识USB Type C接口

4.3.1 USB的A口B口和C口

​​​​​4.3.1.1 A口与B口的区分

4.3.1.2 Micro与Mini时代

4.3.1.3 Type-C的兴起

4.3.2 24Pin TypeC的引脚分布与功能

4.3.2.1 引脚说明

4.3.2.2 实物照片

4.3.3 其他常见Type C

4.3.3.1 16pin

4.3.3.2 14pin

4.3.3.3 6pin

​​​​​​​4.3.4 通过阅读数据手册确定接口规格

​​​​​​​4.3.5 Type C接口选型

​​​​​​​4.3.6 外壳处理

​​​​​​​4.3.7 TypeC接口与充电协议

​​​​​​​4.3.7.1 TypeC接口可以使用的充电协议

4.3.7.2 快充协议协商过程

​​​​​​​4.3.7.3 为什么CC1和CC2要分别用5.1kΩ电阻下拉

​​​​​​​4.4 保险丝的作用与分类

​​​​​​​4.4.1 传统保险丝

​​​​​​​4.4.2 自恢复保险丝

​​​​​​​4.5 滤波电容

​​​​​​​4.5.1 为什么要滤波

​​​​​​​4.5.2 如何滤波

​​​​​​​4.5.3 滤波电容选型

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4.1 元器件选型

4.1.1 自恢复保险丝

编号：C720075

4.1.2 100nf电容

编号：C14663

4.1.3 10uf电容

编号：C15850

4.1.4 5.1kΩ电阻

编号：C25905

4.1.5 16P TypeC母接口

编号：C2765186

4.2 原理图

4.3 初识USB Type C接口

4.3.1 USB的A口B口和C口

下面这些接口都是USB。

​​​​​4.3.1.1 A口与B口的区分

USB A口和B口最初由USB-IF在1996年引入。根据当时的USB协议，A口主要用于主设备（如电脑），而B口则用于从设备（如打印机和摄像头）。随着USB-C接口的日益普及，目前使用B口的设备已经不太常见。

4.3.1.2 Micro与Mini时代

随着电子产品逐渐走向小型化，USB Mini口在2000年推出，其后，更小尺寸的Micro口于2007年发布。这两种接口广泛应用于早期的数码相机、移动硬盘，以及后来的手机和平板电脑。不过，这两种接口在机械强度上存在不足，在频繁插拔过程中容易损坏。

4.3.1.3 Type-C的兴起

USB-C接口于2014年由USB-IF正式推出，首个广泛使用该接口的设备是2015年发布的Apple MacBook。这种接口在性能、结构强度以及体积上均显著优于以往版本。展望未来，预计USB-C接口将逐步取代前面的接口。

相比之前的接口，USB-C能够支持最高100W的电力输送，并且数据传输速度可达10Gb/s。此外，它的设计无需区分插头的正反面，大大简化了使用过程。

4.3.2 24Pin TypeC的引脚分布与功能

4.3.2.1 引脚说明

24Pin Type C是UBS-IF推出的标准Type C接口。下面是它的引脚分布和功能介绍

A面			B面
针	名	描述	针	名	描述
A1	GND	接地	B12	GND	接地
A2	SSTXp1	SuperSpeed差分信号#1，TX，正	B11	SSRXp1	SuperSpeed差分信号#1，RX，正
A3	SSTXn1	SuperSpeed差分信号#1，TX，负	B10	SSRXn1	SuperSpeed差分信号#1，RX，负
A4	VBUS	总线电源	B9	VBUS	总线电源
A5	CC1	承载连接过程中的传输方向确认和正反插确认，及 USB PD BCM 码信号传输功能，以实现负载功率配置	B8	SBU2	辅助信号，不同场景不同用途（例如在 DisplayPort 的 DP Alt Mode 模式下进行信号传输时，作为音频传输通道; 又例如在 USB-C 模拟音频耳机附件模式，则作为麦克风信号通道）
A6	Dp1	USB 2.0差分信号，position 1，正	B7	Dn2	USB 2.0差分信号，position 2，负
A7	Dn1	USB 2.0差分信号，position 1，负	B6	Dp2	USB 2.0差分信号，position 2，正
A8	SBU1	辅助信号，不同场景不同用途（例如在 DisplayPort 的 DP Alt Mode 模式下进行信号传输时，作为音频传输通道; 又例如在 USB-C 模拟音频耳机附件模式，则作为麦克风信号通道）	B5	CC2	承载连接过程中的传输方向确认和正反插确认，及 USB PD BCM 码信号传输功能，以实现负载功率配置
A9	VBUS	总线电源	B4	VBUS	总线电源
A10	SSRXn2	SuperSpeed差分信号#2，RX，负	B3	SSTXn2	SuperSpeed差分信号#2，TX，负
A11	SSRXp2	SuperSpeed差分信号#2，RX，正	B2	SSTXp2	SuperSpeed差分信号#2，TX，正
A12	GND	接地	B1	GND	接地

4.3.2.2 实物照片

4.3.3 其他常见Type C

标准的Type C接口有24个pin，功能非常全面。但很多时候一些产品它用不到视频传输、数据传输等功能。这种情况下使用24pin的标准C口是一种浪费，因此市面上不少砍掉部分pin脚的Type C，他们能与标准的Type C接口兼容，同时又能降低一些成本。下面是常见的一些针脚更少的C口。

4.3.3.1 16pin

16pin的Type C接口移除掉了用来进行高速数据传输的TX引脚（也就只能是USB2.0的速度了），不过其他功能全部保留了下来，依然可以使用音视频传输，并且也能使用PD快充等。

这种接口内部还剩16个触点，因此叫做16pin。不过有些人也会将它称为12pin，这个叫法来自它外部的焊盘。

因为Type的接口本来就这么宽，如果硬放16pin针脚会导致针脚间距较小，所以这种焊盘往往会在外部把VBUS和GND的针脚并起来，最后从焊盘这个地方来数针脚数量就是12pin。其实如果按照合并触点的方式来数是一种比较糟糕的数法，目前这个封装其实还能进一步合并焊盘（2个VBUS合一块，2个GND合一块）,这样最后就是10Pin

​​​​​​​4.3.3.2 14pin

一般来说 14Pin是再去掉两个视频音频辅助引脚。不过这个成本降低不明显，因此很少专门为此选用14pin的接口。

4.3.3.3 6pin

6pin针脚仅仅保留了供电能力，不仅如此，原先的VBUS和GND引脚也都砍了一半。这种接口适合用来做一些低功率的供电，不适合搞100W的大功率供电。

​​​​​​​4.3.4 通过阅读数据手册确定接口规格

在USB接口的数据手册中，最后一页通常包含一个表格，用于详细说明各个引脚的功能和特性。这个表格通常被称为“引脚配置表”（Pin Configuration Table）或“引脚描述表”（Pin Description Table）。这个表格非常重要，因为它提供了关于如何正确连接和使用USB接口的详细信息，包括每个引脚的功能、是否为输入或输出引脚，以及其他特定的电气特性。

​​​​​​​4.3.5 Type C接口选型

我们最后选择16P的接口，主要是出于下面几种考虑：

​​​​​​​（1）从自身功能考虑：

51单片机只是用来对一些硬件设备进行简单的控制，它本身用不到USB的高速传输和音视频传输功能，因此我们不是非24P的Type C接口不可。另外，我们的51核心板需要连接烧写程序，这个地方需要跟电脑进行通讯，不过这种通讯用USB2.0即可满足，因此需要D+，D-两个触点。这样我们不能考虑6P TypeC。这样，我们可以在24P和16P和14P之间进行考虑。

​​​​​​​（2）从焊接难易考虑：

24P TypeC接口一般包含两排引脚，而且还有一排针脚在内部，相比而言16P或14P一般只有一排针脚。如果是手工焊接，肯定是16P的更加简单，从这个角度出发，我们可以选择14或16P的C口。

​​​​​​​（3）从供货考虑：

相较于14Pin的C口，立创商城16Pin的C口供货渠道和库存更加充足。最终我们选择使用16Pin的C口。

​​​​​​​4.3.6 外壳处理

上图原理图中多出的两个名为SHELL引脚，它对应的是外壳上外壳上的引脚。

对于外壳的处理一般有3种方式：

​​​​​​​（1）不进行任何处理：

通常情况下，如果不对外壳进行任何处理，也不会造成明显的影响。虽然这种做法较少见，但在某些设计中，如果干扰和静电风险较低，可以采用这种简单的处理方法。

​​​​​​​（2）直接接地：

这是一种常用的处理方式。将外壳直接接地不仅可以加强接口与PCB的机械连接稳定性，还提供静电保护功能。这样在发生静电放电时，电流主要通过外壳流动，而不是通过具有特定功能的金属触点，从而在一定程度上保护内部元件免受损害。

​​​​​​​（3）通过阻容网络接地：

除了直接接地带来的好处外，通过在外壳与地线之间加入阻容网络，还可以减少外壳上的电流对内部电路造成的信号干扰。在当前的技术阶段，大多数设计中通常不需要考虑这种复杂的处理，除非在特定的应用中确实存在显著的干扰问题

​​​​​​​4.3.7 TypeC接口与充电协议

TypeC仅仅是一种接口规范，使用不同的引脚接法其实还能实现不同的充电协议。在这些充电协议中，CC引脚的接法比较重要。

​​​​​​​4.3.7.1 TypeC接口可以使用的充电协议

下面是TypeC接口可以使用的各种充电协议：

1）传统USB供电协议：

（1）USB1.0到USB2.0：

电压：5V

最大电流：500mA

（2）USB3.0之后：

电压：5V

最大电流：900mA

​​​​​​​2）PD协议：

电压：5V，9V，15V，20V，PD3.1支持28V，36V，48V

最大电流：5A

最大功率：100W（PD 3.0），240W（PD 3.1）

​​​​​​​3）QC协议：

高通开发的一套快充协议，每个版本支持的电压电流不太一样

（1）QC 2.0：

电压：5V，9V，12V，20V

最高电流：3A

最大功率：18W

（2）QC 3.0：

电压：3.6V-20V（动态调整）

最高电流：3A

最大功率：24W

（3）QC 4.0/4+：

电压：与USB PD兼容，支持5V，9V，12V，20V

最高电流：3A

最大功率：100W

4.3.7.2 快充协议协商过程

​​​​​​​（1）初始连接与5V供电：

当一个充电设备（上游设备，如快充头）连接到一个受电设备（下游设备，如手机）时，充电头首先通过CC引脚检测连接的设备类型和方向。

如果检测到下游设备符合规范（例如CC引脚上有合适的电阻值），充电头会默认提供5V的初始电压进行供电。这是所有USB充电协议的基础行为，以确保设备可以安全启动和进行初步通信。

​​​​​​​（2）专用快充协议协商芯片：

在受电设备中通常会有一个专用的快充协议协商芯片（例如USB PD控制器或Qualcomm Quick Charge控制器）。这个芯片负责通过CC引脚与上游设备进行通信。

协商芯片在接收到5V供电后，会开始与上游设备进行通信，协商所需的更高电压和电流。

​​​​​​​（3）通信与协商：

快充协议（如USB PD或QC）的协商过程涉及一系列消息交换。例如，USB PD协议中，上游设备会发送其支持的电压和电流组合（Source Capabilities），然后下游设备根据需要发送请求消息（Request）。

如果协商成功，充电头会按照下游设备的请求调整输出电压（例如9V、12V或更高）。这种动态调整确保设备获得所需的电力，同时保持高效和安全。

​​​​​​​（4）协商失败的处理：

如果协商失败（例如下游设备不支持快充协议或通信中断），充电头会继续维持初始的5V供电。这是为了确保即使在不支持快充协议的情况下，设备也能获得基本的充电电力。示例：手机充电器与手机的QC协议协商过程：

​​​​​​​4.3.7.3 为什么CC1和CC2要分别用5.1kΩ电阻下拉

这是USB-IF的一种规定，这个规定要求，当我们使用Type C接口并且要向外索要电源时，应该给CC1和CC2分别串联一个5.1kΩ电阻接地。

有些开源项目可能会将CC1和CC2短接后再串联一个电阻下拉，这样做有可能会导致部分设备将你的电子产品识别为一个音频设备，从而导致供电出问题。

​​​​​​​4.4 保险丝的作用与分类

保险丝是一种常见的电气安全装置，用于保护电路免受过载和短路的损坏。

​​​​​​​4.4.1 传统保险丝

传统的保险丝主要是使用一些容易熔断的材料。当电路中出现过载或者短路时，电流会突然增大。这样的情况会导致保险丝中的导体材料加热，而导体的热膨胀会让保险丝中的材料断流，从而切断电路。

下面是一种常见的熔断保险丝，它安装在一个卡槽中。

这种保险丝一旦熔断，就需要更换新的保险丝上去。

下图也是一种熔断保险丝，不过它是插件封装，最后要焊接在PCB上。

这种保险丝一旦熔断，消费者一般是没有能力来进行更换的。

​​​​​​​4.4.2 自恢复保险丝

自恢复保险丝，也称为自复位保险丝或PTC保险丝（Postive Temperature Coefficient），以下是自恢复保险丝的工作机制的解释：

（1）基础材料和结构：自恢复保险丝通常由聚合物和导电颗粒（如碳黑或金属）组成。在正常操作条件下，这些导电颗粒在聚合物基质中形成导电路径，允许电流通过。

（2）正常工作状态：在正常电流水平下，保险丝的温度保持稳定，电阻相对较低，电流自由流动。

（3）过载条件：当流过保险丝的电流超过安全阈值时，由于电流增加，导致保险丝加热。这种加0热使得聚合物基质膨胀，导致内部导电颗粒间的距离增加，从而断开了部分导电路径。

（4）高电阻状态：由于导电路径的断开，保险丝的电阻急剧上升，这降低了通过保险丝的电流，从而限制了进一步的电流流动。这个过程防止了电路因过载而受损。

（5）冷却与自恢复：当过载条件消除，电流降至正常水平后，保险丝冷却，聚合物基质收缩，导电颗粒重新接近并重建导电路径。这使得保险丝的电阻恢复到低水平，电路恢复正常工作。

​​​​​​​4.5 滤波电容

​​​​​​​4.5.1 为什么要滤波

电源噪声：

在许多情况下，当我们说电源的供电电压是5V时，并不意味着实际的电源电压是一个完美的5V。电源电压常常受到上游电源质量或线路干扰的影响，因此可能不会保持稳定。如果上游电源质量较差，或者传输线路受到显著干扰，我们在电路板上测得的电压可能类似于下面描述的情况。

在这种情况下，电压会显示出随时间周期性变化的波动，这种在较长时间跨度内的波动通常被称为低频干扰。此外，电压线路上还可能出现许多尖峰和突变，这些短暂且快速的干扰被称为高频干扰。这些干扰可以显著影响电路的性能和设备的稳定性。

​​​​​​​4.5.2 如何滤波

在电源电路设计中，为确保输出电压的稳定性，通常会采用两级滤波电容的配置。首先，较大的电容被用于滤除低频率的干扰。这种大容值电容，如电解电容，能有效地平滑由于负载变化或供电不稳定引起的电压波动，其作用类似于一个能量储存器，为电路提供必要的缓冲。

先用大电容过滤低频干扰：

其次，较小的电容则用来对抗高频干扰。这些通常是陶瓷电容，它们相对于大电容来说，响应速度快，能够快速吸收和释放能量，从而过滤掉由开关电源等产生的高频噪声。小电容紧邻关键组件如微处理器或信号放大器等放置，以保证这些敏感元件能在干净的电源环境下运作。

再用小电容过滤高频干扰：

​​​​​​​4.5.3 滤波电容选型

滤波电容的选型其实比较复杂，真实工程中可以需要根据干扰频率进行计算并选型。这里可以使用经验法初步选择滤波电容。MCU板的滤波电容选型中，大电容一般选在10uF到100uF。小电容一般选在0.1uF到1uF之间。

10uF电容（大电容）：

100nF电容（小电容）：