聊聊TYPE C数据线的铜丝规格怎么选择

自从TYPE C数据线开始跑3A，5A电流以后，铜丝规格如何选择来满足电流和功率的问题就开始经常有人问到，今天我们就一起聊聊TYPE C数据线的铜丝规格怎么选择，USB数据线，最基本的电器参数就是电阻，压降，电压等，其实被客人问最多的当然就是对应数据线可以承受多少的电流，用多大的导体比较划算，今天我们就一起聊聊。

在TYPE C数据线的数据线里面，涉及到电流传输的PIN角定义为VBUS和GND，我们再一起回顾下USB Type-C脚位说明，然后再回到这个主题

以上信号按照功能主要可以分为5类：

第一类：Power有关的信号，包括

a）VBUS，USB线缆的bus power（和我们通常意义上VBUS保持一致）。

b）VCONN（只有在插头上才会有该信号），用于向插头供电（由此可以推测出有些插头中可能会有电路）。

c）GND，接地

第二类：USB 2.0数据线，D+/D-，它们在插头端只有一对，和旧的USB 2.0规范一致。但为了支持正反随意插。在插座端定义了两组，这样插座端可以根据实际情况进行合适的mapping。 第三类：USB3.1数据线，TX+/-和RX+/-，用于高速的数据传输。插头和插座端都有两组，用于支持正反随意插。

第四类：用于Configuration的信号，对插头来说，只有一个CC，对插座来说，有两个CC1和CC2。

第五类：扩展功能所需的信号，具体使用场景由相应的扩展功能决定。

对于3.1中所描述的不同类型的插座和插头，这24个管脚以及信号不一定全部使用，具体可参考USB Type-C的规范，另外大家可能注意到了，USB Type-C 24个管脚信号中，Power类（GND/VBUS）和数据类（D+/D-/TX/RX）是完全对称的（对Power来说，无论怎么插，都是一样；对数据线来说，简单的路由一下，就可以工作）。剩下的，包括CC、SBU和VCONN，用于方向、线类型等检测.

USB上的VBUS到底是个什么鬼？

说GEND，大家肯定都知道，但是说到VBUS就很多人只闻其声了，根据USB规范，从电源方面来讲，USB设备分为自供电和总线供电两种设备类型，

自供电设备不使用 HOST/HUB的电源，而是自身有电源供应；总线供电即指设备电源来自VBUS。

如果是总线供电设备，USB规范按照设备工作时吸取的电流大小又规定了两种设备：low pwer和high power设备，low power设备任何情况下不得吸取超过100mA的电流，high power设备在正确配置之前不得吸取超过100mA的电流。

如果已经配置，任何情况下不得吸取超过500mA的电流。如果设备进入suspend状态，low power设备任何情况下不得吸取超过500uA电流，high power设备在已经正确配置并且远程唤醒功能被主机使能的情况下不得吸取超过2.5mA的电流，否则不得超过500uA。

一句话说简单点就是：VBUS线是HOST/HUB向USB设备供电的电源线。

现在回到今天讨论的主题，这根电源线如何选择，如何选择合适的长度来满足电流，电流的大小决定于电阻，电阻越大，电流越小，电阻越小电流越大.再直接一点说就是 ：电阻也就是线的粗细【导体的AWG数大小】，电线越粗【导体的AWG数越小】电流越大，电线越细【导体的AWG数越大】，电流越大；因为：线越粗，电流流的越快，阻力越小， 就像水管一个样，水管越细，水流越小，水管越粗，水流的越大，以上通俗的道理，但是USB协会规范在考量的时候，不会单纯的考虑单一的电流来做衡量线材好坏标准，而是选择电压降，USB Type-C Specification Release 1.2 规范定义: VBUS:压降范围小于 500mV GND:压降范围小于 250mV 成品回路=500mV+250mV =750mV 。

为什么将电压降做为衡量电流的标准而不是单一的电流直接来考量呢？

我们先看下电压降的计算公式：（输出电流*导体电阻）*线材长度+接触电阻

电压降又称为电压或电位差，表示为U，单位伏特（V），是描述电场力移动电荷做功本领的物理量.

举例说明：

一个电源的电压经过一段线路或其他部件的传送电压有一部分就会被消耗从而降低，这降低的部分就是这段线路的电压降，测量电源起点处的电压与终点处的电压，两者之差就是电压降.

举个简单的例子，例如变电站的输出电压是220V，而你家的电压是215V，那么从变电站到你家的这段电路的电压降就是220V-215V=5V.

电压降应该这样解释：电线本身存在电阻，当电流沿导线流动时，必须施加一个电压来克服这个电阻，否则电流就不能通过；在同样一根电线上，通过的电流越大，需要来克服这个电阻的电压就越高（V=I*R），克服这个电阻的电压对于供电电源来说，就是造成了“电压降”（送过去的电压降低了），用电量越大（I 加大）电压降也就越大，导线电阻率越大、导线截面积越小、导线越长（R 加大）电压降也越大.

从以上可以看出，衡量电压降比单纯的电流靠谱稳定和更加全面。

所有的过程影响都会造成电压降

USB成品电流压降要求案例分析

UL-1581 33页:导体电阻在不同的环境测试条件下会得到不一样阻值。

如需要详细规范，添加客服微信免费索取：cable009

UL758 26页 7.3.1.2对导体的绝缘层要求如下：

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直流电阻值测试设备（JK2812C型LCR数字电桥）

网络分析仪（衰减）

USB 2.0 协会规范 175页

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VCC：压降范围小于125mV GND：压降范围小于125mV

成品回路=125mV x 2 =250mV

R电阻＝U电压250mV / I电流0.5A 得到的结果是0.5 ohms/m

依24AWG分析如下：

24AWG纯铜线电阻值在20℃测试环境下1000M线材/94.2Ω，

（1M/0.0942Ω）；

电阻值在25℃测试环境下1000M线材/95.8Ω， （1M/0.0958Ω）；

插头连接器自身的阻值+公母对插接触阻值+焊接产生阻值

连接器供应商提供的范围值0.1Ω之间。（公母一组）

实际测试USB A/M USBA/F Micro 5Pin （0.06Ω/组）

下面我们计算24AWG 1M成品，分析如下：

20℃测试环境下（0.0942Ω*2芯）+（0.06Ω*2组）＝0.3084Ω

25℃测试环境下（0.0958Ω*2芯）+（0.06Ω*2组）＝0.3116Ω

参照USB2.0协会标准：0.5 ohms/M 以上数据判定OK。

在25℃测试环境下，现设定电流0.5A/1A/2A；压降值如下：

R电阻＝U电压/ I电流 U＝R*I

0.3116Ω*0.5A=0.1558V

0.3116Ω*1A=0.3116V

0.3116Ω*2A=0.6232V

注：这些只是理论值，实际测试数据都是有公差值的。

依23AWG分析如下：

23AWG纯铜线电阻值在20℃测试环境下1000M线材/74.5Ω，

（1M/0.0745Ω）；

电阻值在25℃测试环境下1000M线材/75.8Ω， （1M/0.0758Ω）；

下面我们计算23AWG 2M成品，分析如下：

20℃测试环境下（0.0745Ω*2芯）*2M+（0.06Ω*2组）＝0.418Ω

25℃测试环境下（0.0758Ω*2芯）*2M+（0.06Ω*2组）＝0.4232Ω

参照USB2.0协会标准：0.5 ohms/M 以上数据判定OK。

在25℃测试环境下，现设定电流0.5A/1A/2A；压降值如下：

R电阻＝U电压/ I电流 U＝R*I

0.4232Ω*0.5A=0.2116V

0.4232Ω*1A=0.4232V

0.4232Ω*2A=0.8464V

注：这些只是理论值，实际测试数据都是有公差值的。

USB Type-C Specification Release 1.2规范定义:

VBUS：压降范围小于500mV GND：压降范围小于250mV

成品回路=500mV+250mV =750mV

成品R电阻＝U电压750mV / I电流0.5A 得到的结果是1.5 ohms/m

VBUS R电阻＝U电压500mV / I电流0.5A 得到的结果是1ohms/m

GND R电阻＝U电压250mV / I电流0.5A 得到的结果是0.5 ohms/m

依24AWG分析如下：

24AWG纯铜线电阻值在20℃测试环境下1000M线材/94.2Ω，

（1M/0.0942Ω）（0.75M/0.07065Ω）；

电阻值在25℃测试环境下1000M线材/95.8Ω， （1M/0.0958Ω）（0.75M/0.07185Ω）；

插头连接器自身的阻值+公母对插接触阻值+焊接产生阻值

连接器供应商提供的范围值0.1Ω之间。（公母一组）

实际测试USB A/M USBA/F Micro 5Pin （0.06Ω/组）

实际测试USB 2.0 TYPE-C （0.13Ω/组）为什么会产生这么大的阻值，原因在于TYPE-C母座带PCBA板导致。

下面我们计算24AWG 0.75M成品，分析如下：

20℃测试环境下（0.07065Ω*2芯）+ [（0.03*3）+0.1]＝0.3313Ω

25℃测试环境下（0.07185*2芯）+ [（0.03*3）+0.1]＝0.3337Ω

参照协会规范标准：

VBUS R电阻＝U电压500mV / I电流0.5A 得到的结果是1ohms/m

GND R电阻＝U电压250mV / I电流0.5A 得到的结果是0.5 ohms/m

在25℃测试环境下，现设定电流3A；压降值如下：

R电阻＝U电压/ I电流 U＝R*I

0.3337Ω*3A=1.0011V

注：这些只是理论值，实际测试数据都是有公差值的。

按照部分资深研发的经验，如果适配器总功率够大的话，还可以通过大电流时候做线补补救一下。电流每增加1A适配器板端电压补0.1V左右。这样末端的压降就很小了。

Tpye-c线 为什么在vbus和cc脚之间加一个56kΩ电阻？

大多数这个电阻用在USB-A到USB-C的转接线中。比如你的手机是C接口的，通过这个电缆连接到笔记本的USB-A接口上充电。这个56k电阻告诉手机这是一个传统的USB接口，必须按照协议进行协商来决定输出电流，特别是针对传统的只能输出500mA电流的USB接口。

协商以后，会按照USB主机端接口的输出能力给手机充电。如果这个电阻不正确，或者说一些不好的电缆，会使用3A的电流，告诉手机从主机那边获取3A的电流，这样子的话，会对USB-A那边造成很大影响，烧毁？着火？那就得看主机端设计的情况了。