USB-C-Adapter für Geräte ohne korrekte CC-Signalisierung

Grundlegende Anforderungen und Voraussetzungen des Projekts

Einige USB-Geräte mit einem USB-C-Port zum Laden oder zur Stromversorgung funktionieren nicht mit USB-C-Ladegeräten und benötigen ein Kabel USB-A - USB-C.
Der Grund liegt im Anschlussmechanismus von USB Type-C: Die Stromquelle überwacht die CC-Leitungen und legt erst dann Spannung an VBUS an, wenn sie ein Verbrauchergerät anhand des Widerstands Rd erkannt hat. Bevor der USB-C-Anschluss korrekt erkannt wurde, darf die Stromquelle keine Spannung an VBUS anlegen.
Ladegeräte mit USB-A haben keine CC-Leitungen, und an VBUS liegen normalerweise sofort 5V an. Deshalb kann ein Gerät, das über ein Kabel USB-A - USB-C problemlos funktioniert, über USB-C - USB-C ohne Stromversorgung bleiben, wenn in seiner USB-C-Buchse die korrekten Rd-Pull-down-Widerstände an CC1 und CC2 fehlen.
Für den Sink-Modus verlangt der Standard USB Type-C einen separaten Widerstand Rd an jedem der Kontakte CC1 und CC2; der typische Wert von Rd ist 5.1 kOhm. Rd ermöglicht es der Stromquelle, den Anschluss eines Verbrauchergeräts zu erkennen und die standardmäßigen 5V an VBUS anzulegen.
In einem Kabel USB-C - USB-C wird ein einziger durchgehender CC-Kanal verwendet; der zweite entsprechende Kontakt kann für VCONN genutzt werden. In einer Buchse USB-C receptacle gibt es die Kontakte CC1 und CC2, und die Steckerausrichtung bestimmt, welcher davon zur aktiven CC-Leitung wird.
Der Adapter bildet somit einen korrekten USB-C Sink nach: Je ein separater Rd mit 5.1 kOhm wird zwischen CC1 und GND sowie zwischen CC2 und GND angeschlossen. Die Stromquelle kann so unabhängig von der Kabelausrichtung den Anschluss des Verbrauchers erkennen und 5V an VBUS anlegen.
Für Geräte, die bereits korrekte Rd an CC1 und CC2 haben, ist ein solcher Adapter nicht erforderlich.

Einen solchen Adapter zu bauen, ist das Ziel meines Projekts.

Aufbau des Adapters

USB-C-Adapter für Geräte ohne korrekte CC-Signalisierung

Photo 1

Photo 2

Photo 3

Funktionsweise des Geräts und im Projekt verwendete Komponenten

Um einen solchen Adapter zu bauen, werden folgende Komponenten benötigt (siehe Photo 1):

Eine USB-C-Breakout-Platine male-female mit Zugang zu allen Kontakten (Amazon) (AliExpress). Bei diesem Aufbau sind die Kontakte der beiden Steckverbinder direkt miteinander verbunden. Die Kompatibilität mit Hochgeschwindigkeitsmodi hängt von der Qualität der Platine und der Führung der Signalleitungen ab.
Zwei Widerstände mit 5.1 kOhm 0.25W (Amazon) (AliExpress) - je ein Rd zwischen CC1 und GND sowie zwischen CC2 und GND.
Es ist wichtig, an jedem CC-Pin einen eigenen separaten Widerstand anzubringen. CC1 und CC2 dürfen nicht miteinander verbunden und über einen gemeinsamen Widerstand an GND angeschlossen werden. Je nach Ausrichtung und Kabeltyp kann der inaktive Kontakt für VCONN genutzt werden, insbesondere zur Stromversorgung der Elektronik eines e-marker oder eines aktiven Kabels.

Auf Photo 2 sind die zwischen B5 und GND sowie zwischen A5 und GND angelöteten Widerstände zu sehen.

Auf Photo 3 ist der USB-Tester Power-Z KM003C, der sich ohne separate externe Stromversorgung nicht einschaltet, wenn ein USB-Kabel an seinen female-Port angeschlossen wird. Mit dem Adapter erkennt die Stromquelle Rd an CC, legt 5V an VBUS an, und der Tester schaltet sich ein - das bestätigt die Funktion des Adapters.

Schließen Sie den Adapter in folgender Reihenfolge an: Ladegerät -> Kabel USB-C - USB-C -> Adapter -> zu ladendes Gerät. Bei diesem Anschluss erkennt die Stromquelle Rd über eine aktive CC-Leitung des Kabels. Wird der Adapter vor dem Kabel direkt an die Stromquelle angeschlossen, kann die Stromquelle Rd gleichzeitig an beiden CC-Leitungen erkennen und nicht in den normalen Sink-Anschlussmodus wechseln.

P.S. Die Firma Hagibis hat für dieselbe Aufgabe den kompakten Adapter ZJTN05 herausgebracht, daher ist es inzwischen nicht mehr notwendig, einen eigenen Adapter zu bauen.