HW 随笔 002 — Type-C 接口 CC pin 初接触

声明：个人笔记，概不负责

这是篇对 现今流行古老技术 的学习笔记，而不是对 新技术的 介绍

0. 引言

新技术的产品，大都在流行之初，顶着新技术的头衔，莫名其妙的昂贵，有些说穿了其实狗屁不是。

本文以“另类”的视角切入，讲一讲对 Type-C 物理接口 的理解，为何 CC pin/wire 是 Type-C（相对于 Legacy USB 而言）的本质性不同。

软件眼中的硬件世界

1. 原来就是个 电阻

本图“魔改、拼接”自 [spec r2.3] 。原图（们）本意是讲，Type-C 如何降格称为 Legacy 使用。此魔改图是讲，Legacy 如何升格成 Type-C 使用，并通过 Type-C 接口互连，这种组合现实存在，本图“完全”正确。

最小可用的 Type-C 其实是 3 pin 脚模型，与传统的 Type-A 或 Micro-B 唯一本质的不同，是多了个 CC pin 脚。任何传统 USB 设备 只要在 CC 那里补上一个电阻，就可以摇身一变，成为 Type-C 设备，就这么简单。

固定电阻 Rd 是一个神奇的电阻，它取值是 5.1kΩ ±20% ，位于 CC 与 GND 之间。任何 Type-C 出现之前称为 USB Device 的设备，在 CC 与 GND 之间接上它，就是一个合规的 Type-C 设备。海量的 Type-C 优盘、Type-A-receptacle-to-Type-C-plug 转接头，本质上就是加了这个 电阻，却又匪夷所思的贵！

概念电阻 Rp 则较为抽象，它可以变变变，但 Type-C spec 目前只认其中三变。这三变是，当 Rp 和 Rd 组合的电路，电流是 80 μA | 180 μA | 330 μA 三种。根据九年制义务教育，物理课“欧姆定律”可知，此处漏了个条件 "电压"，无法解出 Rp 对应的答案，这太难了…… 根据九年制义务教育，物理课“焦耳定律”可知，P = I²R 为功率，即当维持电流不变，总电阻 R = Rd + Rp 变小 时，在 CC 回路上损耗的功率就小。看上去，Type-C spec 只认电流 的最大好处是，CC 回路上的损耗可以控下来，并未锁死。在给定小世界（电压）的情况下，Rp 的三变 已然被电流锁死，（略微迂回的）一目了然。在 Legacy USB 里，Vbus 是 5V；在电路设计里，常用电压是 3.3V。“朴素”的用法下，Rp 变化并不多。

魔改图里面，把 Rp 放在 CC 与 Vbus 之间，只是个例子。理论上 Rp 可以位于 CC 与 任意合规正电压 之间。

当今世界里，几乎遍地可见的 Type-A-plug-to-Type-C-plug 充电线，其本质上就是在 CC 与 Vbus 之间接了个 Rp 电阻。而那些动则以大电流充电为卖点，标高自己身价的产品，其根本就只是用了个不同的 Rp 电阻而已。

平凡的人更喜欢查表，所以 spec
(1) 严谨的给出，三档电流条件，以及允许的电压波动范围 —— 这里的概念电阻 Rp 要脑补，自行计算。
(2) 直观给出， 当电压为 5V 或 3.3 V 时，Rp 对应值的表 —— 这里不用大脑，有眼睛就行。

截图来自 spec r2.3 版，4.11 Parameter Values
【注：此表 since r1.0 to r2.3 都没改，估计将来也不会变，要先进的去找 PD】

计算展开

魔改之图，重点突出了 Type-C 连接中 CC Rp-Rd 这一回路存在。这是 Type-C（相对于 Legacy USB 而言）的本质性不同，唯有 Source 检测到 CC Rp-Rd 回路存在，才会给 Vbus 供电，开启万物。

魔改之图，并无错误，其“妖魔”之处是，两个 Legacy 的 USB，用 Type-C 连在了一起，白瞎了这个 CC Rp-Rd 回路。此“妖魔”之处，正是 Type-C 的“神启”之处。理解 CC Rp-Rd 回路存在 是第一步，如何巧妙的布置这个回路 是第二步。

要完成 从 Legacy USB to Type-C 这一“阶层跃迁”、“认知升级”，成为正统的 Type-C 设备，得认识到 “2 个 CC pin，1 根 CC wire”这一设计，并符合其纲领。

2. 不止 是一个电阻

本图“精简”自 [spec r2.3] Figure 4-5, 剔除了非本质的 Ra 部分，剔除了不严谨的 Sink 描述。

Type-C 中有 Receptacles, Plugs and Cables （插座、插头、和线缆）三个概念。

规范在 receptacle 与 plug 处，定义了 2 个 CC pin；
(1) 在“两头是 Type-C plug”的 cable 里，要求有（必须有 且 只能有）一根 CC wire
(2) 在一头是 Legacy USB 的 cable 里，可以在 CC pin 脚处 直接动手脚，不存在这一根 CC wire
(3) 只有在非常罕见的（规范允许的）开发者自定义的情况下，才可能同时存在两根 CC wire

“2 个 CC pin，1 根 CC wire”这一设计，会造成“若一个 CC pin 上 Rp-Rd 回路 成立，另一个 CC pin 上 回路必然缺失”这种现象。

Type-C 正是利用这种 物理学 上的必然，来判定正反插。

2.1 谁 负责翻转

观察 spec 可以发现，如果判定了正反插，Type-C receptacle 端 有 负责翻转 的义务 。

观察 spec，只有 plug 上存在 正反插 的差异，receptacle 在物理上 是中心对称的。
显然，在 对称端 处理 差异端，更有 逻辑。（以 D+/D- 来看）
—— 由于 中心对称性，排列组合上，不能排除其他“混血”可能，
——（A）D+/D- 在 receptacle 端对称 short（处理掉一部分翻转），而 plug 端探测 CC pin 并处理掉另一部分翻转
——（B）亦或放弃 D+/D- 的翻转，只在 plug 端处理 orientation
—— 这些显然是在跟自己过不去，“耍流氓”了，但 spec r2.3 又好像没有明令禁止。

Type-C 规范定义的 cable 上，只会有 Type-C plug，不会有 Type-C receptacle。如果再在 cable 上定义 Type-C receptacle 的话，只会给 说清事情 带来 非必要的 复杂性。

为什么会做这样的决策？（在 receptacle 端 负责翻转）
猜测：因为 cable 的本意是一堆 wire 的集合，plug 上的 pin 只不过是 wire 的固定端。
这样决定的话，能够得到 相当简单的 cable 。

为什么会做这样的决策？（不定义有 receptacle 端 的 cable）
理解：因为 “在 receptacle 端 负责翻转” 这件事，不是个 wire 集合能 完全搞定的。若定义，又绕回来了。

严谨的啰嗦
a) 从几何直观来看，receptacle 端 有 负责翻转 的义务
b) Spec 并没有明令禁止 plug 端 进行翻转
c) Spec 里只是 反复的啰嗦 Source, Sink 都要监视 orientation（等同废话）

至此 CC Rp-Rd 回路的意义、地位 已然明了，产品设计做到这个程度，就已经合规，踏入正统。

2.2 现实世界

但实际上，市面上“邪修”的产品不少。

有些设计，直击本源，只付出“一个电阻”的代价，就提供 Type-C receptacle（插座）接口，对外售卖。事实上，根据规范来看 receptacle（不管是 Source 还是 Sink）还有负责“自动处理”正反插 的义务。遇到这类产品，用户可能不得不“手动处理”正反插。

有些设计太抠门，两个 CC pin 脚，没舍得“各给”一个电阻，导致连翻面的机会都没给用户留。比如说，比较有名的 Raspberry Pi 4 中 CC pin 脚设计缺陷。

小结

总结（重复）一下，
尽管 CC pin 脚定义了 2 根，但市面上正常可以买到的 Type-C cable，最多都只有 一根 CC wire 存在。Cable 里的 CC wire 建立 Rp-Rb 的连接，Cable 里的 GND wire 令回路成立，CC Rp-Rb 回路上的电 由 Source 端提供。

Type-C 接口上的 Vbus 电不会一接上去就有，只有在 CC Rp-Rd 回路建立以后，才会有。

3. CC pin/wire 掌中宝

废话不多说，也没能力多说，上掌中宝：

神奇电阻 CC pin

神奇电压 Type-C

CC 的本质，是对 Type-C 接口、线路 本身的配置，它 小心翼翼地 维持着一个弱者形象。

• 在最小情况下，CC 只要一个 pin 和 一个电阻。作为守界人，是 Legacy USB 进入 Type-C 的最小代价。
• 在标准情况下，CC 要 “2 个 CC pin，1 根 CC wire”。作为信号的传导者，是正统（纯血）Type-C 的基石。

这个 “2 个 CC pin” 的立足之地，一旦建立，它可以

• 判断 连接的存在
• 判断 正反插
• 通过 CC Rp-Rd 回路的电流，通告 Source 的供电能力

(1) 由于 Legacy USB 就是以 Vbus 判断连接的存在（？？），所以开篇 “魔改之图”，只是投入 61.1kΩ | 27.1kΩ | 15.1kΩ 的线路损耗，冗余重复了一遍而已。

(2) 若要区分正反插，（最小代价）必然是一对“中心对称的、且有巨大差异的”两个信号点。CC Rp-Rd 回路的 存在 与 不存在，构建了 Type-C 正反插的基石。

(3) 在“邪修”（第一性原理）来看，CC 上的 Ra 与 Vconn 只是 Type-C 非本质的、花里胡哨的部分，可完全不管。都“买票”进景区了，何必要管这 “游乐项目” 。

(4) 只有 CC pin/wire 才是 Type-C 的本质，其他 pin 都无非只是堆叠而已，甚至连 Vbus 也不列外。

上述 Rd 只是进入 Type-C 世界的“踏脚石”，概念电阻 Rp 算是 Type-C 的“起手式”，理解 Vbus 的初始建立算是开始“登堂入室”。一旦看懂 Vbus 上电，应该就可以“召唤神龙”，参考/复用 现有 USB 的知识，（如果 你有“神龙”的话）。理解 Rd 最多算个“杂役弟子”，理解 Rp 及 CC pin/wire 可入“外门弟子”，理解 Ra 当入“内门弟子”。“真传弟子”应该是那帮看眼图谈天论地的家伙吧，非吾辈 软件修行者 所修真谛。

4. 手法

这种 Pull-Up / Pull-Down 手法，并不惊天地泣鬼神，貌似业界的常用手法。感觉是电子行业硬件，小学生一年级的知识点。

例子一：USB 2.0 的 OTG (USB On-The-Go) 应用

经典的 USB 2.0 的 Type-A 接头（plug/receptacle）只有 4 个 pin 脚，并且 USB cable 里也只有 4 根线。
而 Micro-B 接头（plug/Receptacle）却有 5 个 pin 脚。

这莫名其妙多出来的 pin 脚，ID-pin，可以 floating（悬空） 或 ground（接地），代表自己的角色切换。
当把 ID-pin 接地 ground，则自己扮演 Host，称为 A-device
当把 ID-pin 悬空 floting，则自己扮演 Device，称为 B-device

接地 觉得有点不靠谱的话，用 Pull-Down 去测算，为 < 10 Ω （spec 称为 Ra_PLUG_ID）
悬空 觉得有点不靠谱的话，用 Pull-Down 去测算，为 > 1 M Ω （spec 称为 Rb_PLUG_ID）

5. 案例

以早期的安卓手机为例，【时间注：目前 == 2025-06-30】
► 用普通的 Type-A-plug-to-Micro-B-plug 线，连接 “电脑—手机” 时，手机上 ID-pin 悬空，手机作为 Device 接入电脑（Host）。
► 用特殊的 Micro-B-plug-to-Type-A-receptacle 转接线，连接手机，手机上的 ID-pin 接地，手机作为 Host 可读取转接线那头的 Type-A 的 U 盘。
这根特殊的线，市面上称为 OTG 线，可以购买到。

无论哪种情况，Cable 里都不会多出根线，即使 OTG 线上也不会，因为只要直接在 pin 脚上做手脚即可。
这种在 Micro-B 的 ID pin 上动手脚，和 Type-C 在 CC wire 上动手脚，它们的手法何其之像？

现今 Type-C 在手机上已普遍流行，在几百块的手机上也常规可见。
► 带 Type-C 的 U 盘可以直捅手机，随时“开搂”
► 用 Type-A-plug-to-Type-C-plug (A-to-C) 或 Type-C-plug-to-Type-C-plug (C-to-C) 直连电脑，充电、读里面的图片。
都是市面上可以买到的，普通产品。

有没有 Type-C-plug-to-Type-A-receptacle 这种特殊线，令 Type-A 优盘可以在手机上读取呢？
► 有的。事实上，这种 转接头/线，在 Type-C 标准定义之内。
► 由于可以在 手机、电脑上 同时使用，这线非常普通，远没有 USB 2.0 时代 OTG 那么特殊。

越是“特殊”的线，越是昂贵，无论是购买成本，还是均摊使用成本，（扯远一点）还是其环保成本。

A	B	C

参考资料

[sepc r2.3] Universal Serial Bus Type-C Cable and Connector Specification, Release 2.3, October 2023
Micro-USB_1_01.pdf
MicroUSB ECN.pdf
[Atmel_11201] Atmel_11201_USB-OTG-Like-Connector-Implementation_SAM9G-SAM9X-SAMA5D3_Application-Note.pdf

九年级物理《电功率》思维导图+速记清单，知识全面梳理！

USB OTG插入检测识别
https://www.cnblogs.com/LoongEmbedded/p/5298173.html

USB OTG原理简述
https://blog.csdn.net/qq_25814297/article/details/124428564

https://en.wikipedia.org/wiki/USB_On-The-Go

Pi4 not working with some chargers (or why you need two cc resistors)
https://www.scorpia.co.uk/2019/06/28/pi4-not-working-with-some-chargers-or-why-you-need-two-cc-resistors/

https://en.wikipedia.org/wiki/USB

---（完）