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      USB 3.1 讓USB Type-C成為現實
      點擊次數:2090 發布時間:2015-12-18

      USB Type-C提供了很多特性,其中包括為終端用戶提供靈活性和便利性。系統設計人員必須謹慎選擇提供的選項,這樣,可將總體系統成本控制在合理的范圍內。有兩個選擇會對系統的成本和復雜程度產生zui大的影響,一個是Type-C的固有功率15W,另一個是增強供電能力和視頻支持。這篇文章討論了如何實現一個USB Type-C端口,以及盡可能地減少它對于現有系統的影響。

      簡介

      在電子行業中,USB Type-C存在于每一位系統設計人員的腦海中。這個接口將數據、電源和視頻合并在單個連接器接口中。它使得設計人員真正有機會在全新的平臺內不使用圓柱形電源插孔連接器。USB Type-C支持USB 2.0和USB 3.1,并且提供交替 (Alt) 模式選項,比如說用于視頻的DisplayPort。USB Type-C引入了15W的固有供電能力,以及在增加USB電力傳輸 (USB PD) 時,高達100W的增強型供電能力。這個接口引入了更小、更薄、并且更加穩健耐用的插口,能夠支持高達20Gbps的數據速率。這條電纜支持雙向與兩面翻轉插拔,并且任何一個方向上均可連接一個主機或一個客戶端設備。系統設計人員正在思考,如何將這些可取的特性和靈活性提供給用戶。

      我們先來設想一下,設計人員正在設計一個全新的筆記本平臺。如果將USB Type-C端口包含在其中的話,會使總體成本增加多少?需要多少全新的Type-C插口?它們都是全功能插口嗎?USB Type-C提供給zui終用戶的靈活性和簡便易用性同時也增加了系統實現方式的復雜程度與成本。雖然全新的生態系統為實現方式提供了更多的選擇,系統設計人員在嘗試使用這項技術時必須謹慎,以使他們的總體成本保持在可以接受的范圍內。

      那么,全新的筆記本平臺看起來是什么樣的呢?某些系統設計人員將會有可能選擇只包含一個全功能Type-C端口,用USB-PD提供增強型的供電能力。這個超級端口將支持Alt模式視頻。為了節約成本,降低復雜度,一個設計人員也許想用其它端口來提供簡化功能,比如說15W的固有Type-C供電功能,以及USB數據支持。

      一個主要的考慮因素就是,在盡可能減少對現有平臺產生影響的情況下,用USB Type-C替代以前的USB插口。這篇文章概述了如何用zui小變化將一個USB 3.0老式端口轉換為一個USB 3.1 Type-C端口。

      Type-C USB 3.1實現方式

      USB Type-C是兩端同樣的接頭——主機和客戶端設備上是一樣的插座,電纜兩端是同樣的插頭。圖1顯示的是一個USB Type-C插座引腳圖。需要注意的是,24引腳接口采用對稱的排列方式,這使得電纜的翻轉更加方便。

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      圖1:USB Type-C插座引腳圖(正視圖)源:Type-C技術規格

      除了USB 3.1 TX,RX,和USB 2.0 D+,D-信號,2個CC引腳被用于通道配置 (CC) 和USB-PD通信。一個典型的系統實現方式是用殘樁連接將2個D+信號和2個D-信號短接,這樣就不再需要用USB 2.0復用器 (mux) 來適應插頭翻轉了。然而,出于對信號完整性的擔心,Type-C接口的每一端上都需要2:1復用器,這樣針對USB 3.1信號的殘樁連接是不可行的。如果使用Alt模式的話,需要一個USB-PD功能,而復用配置會變得更加復雜。

      一個典型的USB 3.1實現方式包括2個基本功能:一個管理鏈路的CC控制器;一個針對RX和TX信號的USB 3.1復用器,用于根據Type-C插頭方向選擇已連接端。CC控制器需要能夠根據所需的系統運行方式,將自身配置為一個下行端口 (DFP),上行端口 (UFP) 或雙用途端口 (DRP)。表1中總結了不同應用的數據/供電運行方式。

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      圖2:針對USB Type-C應用的器件數據/供電類別

      USB Type-C的主機-客戶端實現方式

      USB Type-C包含一個通道配置功能;這個功能能夠在DFP與UFP之間建立一個USB鏈路。在傳統USB端口定義中,一個DFP端口可被視為一個主機,而UFP可被認為是一個設備。CC功能用于確定以下內容:

      · DFP至UFP連接/斷開檢測和插頭方向

      · DFP至UFP(主機到設備)和供電關系(供電方/耗電方)檢測——在沒有USB-PD的缺省情況下,DFP(源)供電,UFP(灌)耗電

      · 供電方做出的USB Type-C VBUS電流通知,耗電方進行檢測

      · 一旦連接,供電和數據傳輸用途只能通過USB-PD進行更改

      即使一個插座有2個CC引腳,CC1和CC2,一條電纜內也只連接了單條CC電線。對于每個CC引腳,DFP具有一個上拉電壓,而UFP有一個下拉電壓。監視CC引腳上的額定電壓提供了方向和連接檢測。

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