USB-C 或 USB Type‑C 看上去只是一个普通得不能再普通的小接口，但它能做的事情远比大多数人想像的多：数据传输、手机充电、笔记本供电、视频输出、音频传输、甚至还能跑 PCIe 和雷电协议。
很多人每天都在用，但并不了解：这么小的一个接口，是怎么同时承担这么多功能的？这些不同的协议又是如何在同一根线里“互不打架”的？
本文就从最基础的“把线插进去”开始，一步一步讲清楚 USB Type-C 从物理结构、电力传输，到高速协议切换的全部原理。
为了更严谨，我们先从 USB 的基本形态讲起。最早被广泛使用的 USB 接口，我们习惯称为 USB-A（Type-A）。
它诞生的初衷，就是为了统一当年混乱不堪的数据线世界：
各种专用串口线、厂商自定义的接头，各种形状和大小完全不兼容。USB 的出现，为 PC、外设提供了一套统一的插头标准，让设备能“即插即用”。
随后 USB 又衍生出了多种物理形态，以适配不同设备的体积：
- USB-B：常见于打印机、MIDI 等较大的外设
- Mini-USB：早期相机、MP3、掌机
- Micro-USB：智能手机时代最广泛的接口
这些看似杂乱的接口，实际上都属于 USB 标准，只是为了应对不同的使用场景设计的不同外形。
但随着设备种类暴增，这种“多形态并存”的策略最终还是造成了新的混乱：
不同设备仍然需要不同的线，不同规格的供电能力、不同的方向性、不同的协议兼容性……用户和开发者都被折腾得不轻。
于是 2010 年代， USB-IF 决定做一个“大统一”：201x年为了解决这个复杂的乱象，用一个统一的物理形态，终结 USB-A、USB-B、Mini、Micro，以及部分视频和充电接口的角色。对，没错就是这么多，包括USBA接口也要一并的替代掉。这就是 USB Type-C（USB-C） 出现的背景。
USB-C 的尺寸大约是 8.3mm × 2.5mm，外观看上去小巧，但其内部结构是一次和以前的各种USB产品完全不同的新时代重新设计：在供电上是不区分正反的，标准插拔寿命约 10,000 次（Micro-USB 仅约 3,000 次），更高的电流承载与功率（目前最大可到 240W），同一接口支持 USB、DP、Audio、雷电、PCIe 等不同协议。
USB-C 的强大不是因为它“外形厉害”，而是因为它内部有 24 个触点位置（positions），为各种模式切换预留了可能性。
USB-C 同样分为 母座（Receptacle） 和 公头（Plug）：
母座（设备上）：焊接在 PCB 上，为手机、笔记本、平板提供对外的固定接口
公头（线材上）：焊在数据线或充电线两端，用来连接设备与电源/电脑
一般来说，数据线的两端都是 USB-C 公头，但这不是绝对，某些设备的结构设计也可能主动连接设备使用固定的公头，只不过这属于少见的特例。对于理解 USB-C 的协议切换、电力协商、本体结构来说，公头和母座的差异更多是机械结构与应用方式的不同，而不会影响协议本身的原理。
要理解 USB-C，我们必须把它的“内部结构”看清楚。把 USB-C 母座横向放置，你会看到里头密密麻麻的触点。这些触点（也叫 Position 或者是针脚）一共有 24 个，负责：
- 电力输送
- USB2.0 兼容
- USB3.x 高速信号
- 视频/雷电备用通道
- 协议协商（CC 引脚）
它们共同构成了 USB-C 这个多功能接口的基础。
最容易识别的是最外圈的 4 个 GND（地），以及中间分布的 4 个 VBUS（电源一共 8 条粗通道 负责电力输送，USB-C 为什么要用四对供电线？原因很简单：
降低电阻、提升电流能力。
那为什么有的线或者设备支持3A，有的线或者设备支持5A或者更高的电流能力呢，从电气工程的角度去理解这个接口供电，并且套用很多初中物理就学到的一个关键的公式：焦耳定律 Q=I^2 Rt
插头和插座之间的四个微小金属接触面并不是理想导体，它有接触电阻（典型值约
）。
这里也可以解释为什么USBIF要将电流限制到5A，假设接触电阻是 30mΩ，当然这里只是一个假设，通过 3A 电流时：（几乎感觉不到发热）通过 5A 电流时：
（发热会明显上升）
这个发热和电压是没有任何的关系，但是电流越大，发热不是线性增加，而是指数增加。这正是 USB-IF 把 USB-C 最大电流定为 5A 的核心原因。
我们逐步的提高电流，这个地方产生的热量会越来越多，发热也会越来越高。
为什么有的线可以通过3A，但是有的线只能通过5A，这个不仅取决于线里面的线材规格，接口的工艺，端子电镀厚度，焊接工艺，插头结构与接触面设计和重要的是否有 E-Marker 芯片（5A 一定要 E-Marker）
通过不同的设计，一步一步减小接触电阻，更先进的设计可以降低接触电阻，从而减少发热，提高耐久性，但这部分内容比较复杂，我们会在下一篇的“USB-C 线材结构与 E-Marker 芯片”里继续讲。
观察 USB-C 公头本体，你会注意到 GND 引脚永远是最先“碰到”插座的一批。这不是巧合，而是物理结构上的刻意设计。公头的地线针脚会比其他针脚略微更长，插入时最先接触，用来 提前泄放外壳和人体累积的静电，避免瞬间放电直接冲击主控芯片；而在拔出时，它又是最后断开的那组针脚，保证整个断电过程的电位稳定，不会产生反向尖峰，减少损伤风险。
再往外看，会发现 USB-C 完全取消了 Type-A 上那块硕大的金属弹片。Type-A 依靠大面积金属来增加摩擦力，而 USB-C 则改成了更“精致”的方案：
侧边的 小弹簧结构 会与公头侧边的凹槽互相锁定，当两者卡住时，就产生了我们熟悉的那声清脆“咔哒”。别看这个结构小，标准规定的保持力需要达到 10N～20N，既要保证不会轻易松动，又要确保用力拔插时不伤接口。
USB-C 依靠 四对 VBUS 与四对 GND 并联 来降低等效电阻，独特的物理设计让他稳定不会掉下充电，让电流不需要从单一针脚通过，而是分摊到多个通路。正是这种结构配合改进后的接触工艺，才让 USB-C 能够承受高达 100W、甚至 240W（EPR）的功率规格，实现过去在 Micro-USB 时代根本不可能做到的充电能力。
USB-C 的出现真正打开了“高功率快充时代”的大门。
USB-C接口的魅力不止于充电，还有其数据传输的功能，但是在讲解它高速传输数据之前，我们必须要来说说USB-C接口为了兼容以前的USB设备做的妥协：上面的USB2.0通道
接着你会看到 两组 USB 2.0 的 D+ / D−，作为历史传承的兼容 USB 2.0线缆，你会感觉到很奇怪，为什么母座上有两组 D+/D-，但公头插头里其实只有一组。保证你无论正插反插，都能在中间连上 USB 2.0 信号。
那为什么标准 USB-C 公头只有 22pin，而不是 24pin？为什么我看到的 USB-C 公头是满针的？你却说公头只有一组 USB 2.0？
USB-C 母座有两组 D+ / D−（为了点对称），但 USB-C 公头按照标准只需要一组 USB 2.0 信号，标准里 USB 2.0 的 D+、D− 只要求在一侧布线，另一侧本来就是空的，这才是规范的设计。
但许多线材厂商为了避免这种购买了全功能线的消费者觉得“怎么有些脚没焊，是不是偷工减料”，就直接把上下两侧的 USB 2.0 信号桥起来，也就是把两侧的 D+ / D− 直接并联，让公头视觉上看起来是“满针”的。
这样做也不能说是错，毕竟大部分情况下能正常用。但把两个位置本来分开的 D+ / D− 信号后面又并联在了一起，会不会对 USB 2.0 的信号质量造成影响，这个就比较难说了，原本独立的路径被强行合并，匹配电阻与阻抗不再是标准值，在长线或低质量线材上可能增大 USB2 信号失真，严格来说不属于规范推荐，行业里对这一行为确实一直没有明确评价，只能说“能用，但不规范”。
在电源与地线之间，就是 USB-C 最核心的高速区：TX1/TX2负责发送信号，RX1/RX2负责接收信号，共 8 个高速触点。TX1和RX1一组搭配，TX2和RX2一组搭配，每一组都是一对差分信号通道。USB-C 因此可以：单通道运行（1×2 差分）或者速度翻倍的双通道运行（2×2 差分），USB 的高速能力全部来自这些信号线。
对于高速传输的相关讯息大家可以看这个表格，不同的USB软件版本，一组还是两组高速信号传输，有不同的速率。有点乱，名字也变过很多次，
| USB-IF 提供的市场命名 | Logo | USB 3.2 规范命名模式 | 以前的命名 | 是否两组高速通道 | 标称传输速率 | 每条通道传输速率 |
| SuperSpeed USB 5Gbps | USB 3.2 Gen 1×1 | USB 3.0, USB 3.1 Gen 1 (USB 3.0) | No | 5 Gbit/s | 5 Gbit/s | |
| SuperSpeed USB 10Gbps | USB 3.2 Gen 2×1 | USB 3.1 Gen 2 (USB 3.1) | 10 Gbit/s | 10 Gbit/s | ||
| N/A | USB 3.2 Gen 1×2 | — (USB 3.2) | Yes | 5 Gbit/s | ||
| SuperSpeed USB 20Gbps | USB 3.2 Gen 2×2 | 20 Gbit/s | 10 Gbit/s |
我们要理解USB3的高速信号传输和命名，就必须要回到USBA时期2008年的USB3.0和2013年的USB3.1，这是两个不同的USB软件版本，根据不同的编码方式在USBA接口上实现的速率分别是5Gbps和10Gbps，USBA接口上只有一组TX和RX一共四根线。因为软件编码版本的不同分成了两个速率，到了USB-C，这一组TX和RX就变成了USB-C接口上两组TX和RX的其中一组，多的一组是用来了传输速率翻倍用的，
但是同样是2013年同时，USB-IF却决定改变命名规则，原有的 USB 3.0 5 Gbps 被重新命名为 USB 3.1 Gen 1，新的 10 Gbps 速率标准被命名为 USB 3.1 Gen 2
USB-C随后于 2014 年和发布，其设计考虑到了未来的高速需求，但当时并没有立即提供 20 Gbps 的 USB 标准。USB-C 接口最初是配合 USB 3.1 Gen 2 (10 Gbps) 标准推出的，虽然 Type-C 接口有支持 20 Gbps 的物理潜力，但实现双通道操作需要主控芯片、设备端控制器和线缆技术的进一步成熟，这需要时间来开发和标准化。USB-IF 希望确保新的高速标准能够稳定可靠地实现，并向下兼容。直到2017年，才发布了更高速的USB3.2，这之前，并没有官方的 USB 标准支持 20 Gbps 的速度。
“不是有两组高速通道吗？那为什么不直接用？”，其实在在2014年到2017年这之间， USB 官方还没准备好之前，Intel 率先利用了 USB-C 的物理结构，推出了 Thunderbolt 3（雷电 3），它使用 USB-C 的物理接口，但协议完全是 Intel 的独立标准，最大速度可达 40Gbps，需要特定的芯片和认证，后来才并入 USB4 规范，并非标准的 USB 协议。
USB-IF 在 2017 年终于推出 USB 3.2，第一次官方启用了 USB-C 的双通道结构。当时推出的时候还涉及到命名的再次更改，就是以现在的命名为准，以USB3.2 Gen为开头，第一个数字代表速率，分别是1倍速率和2倍速率，第二个数字代表有几组高速信号通道。
比如USB 3.2 Gen 1×1 模式，速率是5Gbps，对应以前的USB3.0和USB 3.1 Gen 1
USB 3.2 Gen 2×1 模式，速率是10Gbps，对应以前的USB3.1和USB 3.1 Gen 2
USB 3.2 Gen 1×2 模式，速率是10Gbps，以前没有对应的，使用两条 5 Gbps 通道达到 10 Gbps 速率，但是非常少用
USB 3.2 Gen 2×2模式，速率是20Gbps，使用两条 10 Gbps 通道达到 20 Gbps 速率
USB 3.2 Gen 1×2 和 USB 3.2 Gen 2×2 这两种双通道模式只能通过 USB Type-C 接口和全功能 Type-C 线缆实现。
前面讲的内容，都属于 USB 3.x 时代的技术逻辑：USB 使用自己的高速通道（TX/RX）实现 5、10、20Gbps 的速率，而雷电 3 则是 Intel 基于 USB-C 外形独立研发的高速方案。真正改变 USB 命运的，是 2019 年 USB-IF 发布的 USB4 标准。它的信号传输基于雷电3，因为英特尔将雷电3的规范免费贡献给了USBIF，于是 USB-IF 直接以雷电 3 的技术为蓝本重新设计 USB 架构，这也是 USB4 能一跃跨越 USB3.x 体系、直接走向 40Gbps 的原因。
USB4（后来改名为 USB4 Version 1.0）具备最高 40Gbps 双向带宽（20Gbps ×2 通道），多协议复用（USB、PCIe、DP）自动协商，更智能的带宽分配，最重要的向下兼容 USB 3.2 / USB 2.0
但是在2022年，USB-IF 随后发布了 USB4 Version 2.0 规范，将最高速度进一步提升至对称的 80 Gbps，或非对称的 120 Gbps（单向）/40 Gbps（另一方向）。这代标准甚至超过了雷电 4 的速度（依然停留在 40Gbps）。顺便又将之前的USB4的名字改成了USB4 Version 1.0。
| 标准 | 最大速率 | 技术基础 |
| USB 3.2 Gen 2×2 | 20Gbps | USB3 高速通道 |
| USB4 V1.0 | 40Gbps | 基于雷电 3 |
| USB4 V2.0 | 80Gbps / 120Gbps | 新一代 PHY 编码 |
USB4 Version 2.0 的出现，让 USB 不再只是“USB”， 而是真正进入了与高速显示、外接显卡、雷电生态融合的时代。
以上是和USB-C接口中的高速信号传输有关系的知识，我们回到USB-C接口的母座上来，观察最后剩下的四根线是用来干什么的
这四根线分别是CC1 CC2 SBU1 SBU2，分别是一组配置CC线，和两根备用通道的线。我们后面要说到
USB-C接口看起来是不分正反的，我们看到这个母座的图，以中心点旋转 180 度，你会发现左上角的 GND 变成了右下角的 GND，左上角的 TX1+ 变成了右下角的 TX2+，CC1 ↔ CC2正是因为母座内部采用了点对称结构
因为 USB-C 是这样点对称设计的，所以无论怎么插：VBUS / GND 一定会对应上，USB 2.0 的 D+、D− 一定会对应上（它们在中间），但高速通道与 CC 线会“交换位置”。 设备必须依靠 CC1 / CC2 的电气状态来判断当前是正插还是反插。
前面我说到，USB-C接口中，特别说到供电是不分正反的，其实USB2.0的数据也是不分正反的，但是USB-C接口确实有正反之分，这里我们特别说一下。两根CC线这不仅决定了方向，还决定了：谁提供电（Source）谁消耗电（Sink），要不要协商更高电压（PD 5V→9V→20V），要不要进入 Alt Mode（DP / HDMI）等等。
SBU（Sideband Use）不是高速信号线，它们的作用是在进入特殊模式时承担额外的控制或辅助信号：
DisplayPort Alt Mode 会用到 SBU，模拟音频模式（Type-C Audio） 也用到 SBU，一些雷电 / USB4 协议细节也会在 SBU 上传递状态。可以理解为8根高速通道“主干网”，SBU 是“辅助线”。
方向变了，高速通道位置也变了，设备怎么知道 TX / RX？CC 线判断了方向，USB-C 控制器会自动映射哪一组是 TX1/ TX2、RX1/ RX2，再根据 USB3 / USB4 / DP / 雷电的不同协议做复用，这个机制涉及 USB-C PHY、MUX 芯片、PD 控制器，我们会在后面的章节详细讲。
物理连接建立后，只是艰难征途第一步。
插头插进去了，但此时 VBUS 并没有电压（0V）。为什么不像老 USB 一样直接给电？因为接口不知道你插的是个什么东西。
这个，得留到第二章聊了= =