USB 3.1 Type-C旨在徹底改變連接性。為了說明此新標(biāo)準(zhǔn)的功能并顯示工程師使用Type-C標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建系統(tǒng)時需要了解的內(nèi)容，這個由兩部分組成的迷你系列將探索具有DisplayPort連接性的簡單Type-C充電座的設(shè)計。

擴(kuò)展塢

擴(kuò)展塢也被稱為通用端口復(fù)制器，使用戶能夠?qū)⒕哂杏邢轚SB和視頻接口的筆記本電腦轉(zhuǎn)換為臺式機(jī)，該臺式機(jī)具有用于辦公室或家庭的多種應(yīng)用程序的接口。典型的用例是將筆記本電腦連接到擴(kuò)展塢，以使用全尺寸顯示器，全尺寸鍵盤，優(yōu)質(zhì)揚聲器和辦公室打印機(jī)。

筆記本電腦供應(yīng)商和其他供應(yīng)商提供了不同類型的擴(kuò)展塢。擴(kuò)展塢通常由第三方制造商制造，以補(bǔ)充更流行的筆記本電腦型號。但是，隨著這些設(shè)備市場的增長，越來越多的筆記本電腦制造商也提供它們。通過筆記本電腦本身或通過擴(kuò)展塢隨附的電源向這些設(shè)備供電。

冷，熱和待機(jī)對接/對接

術(shù)語“塢站”是指將便攜式計算機(jī)連接到塢站的過程。術(shù)語“卸載”是指將便攜式計算機(jī)與擴(kuò)展塢斷開連接的過程。

如果是“冷”擴(kuò)展塢/擴(kuò)展塢，則用戶在擴(kuò)展塢/擴(kuò)展塢之前會完全關(guān)閉計算機(jī)。相比之下，在“熱”對接/斷開連接的情況下，計算機(jī)在對接/斷開連接時仍保持運行狀態(tài)。待機(jī)對接/對接是某些設(shè)計中使用的一種中間樣式，它允許計算機(jī)在開機(jī)時被對接/對接，但需要在對接/對接之前將其置于睡眠模式。熱擴(kuò)展塢/擴(kuò)展塢正在變得越來越流行，并且如今已被廣泛使用。

系泊船塢

擴(kuò)展塢的最初想法是將臺式計算機(jī)的更大擴(kuò)展功能與便攜式計算機(jī)的便攜性相結(jié)合。當(dāng)不再需要連接到擴(kuò)展塢的外圍設(shè)備或用戶需要移動時，他們可以將筆記本電腦從擴(kuò)展塢上卸下并攜帶筆記本電腦移動。由于同樣的原因，傳統(tǒng)的擴(kuò)展塢并非設(shè)計為便攜式的。

筆記本電腦用戶通常會感到沮喪，因為他們想升級筆記本電腦，但又不想購買另一個擴(kuò)展塢。使用系留式塢站，這成為可能。

使用系留式擴(kuò)展塢，無需將筆記本電腦插入機(jī)架中，只需一根USB電纜即可。當(dāng)用戶返回辦公桌時，他們所需要做的就是將那根USB電纜插入筆記本電腦。然后，筆記本電腦將可以訪問廣泛的USB設(shè)備生態(tài)系統(tǒng)，包括全尺寸鍵盤，垂直鼠標(biāo)，USB外部硬盤驅(qū)動器，USB DVD驅(qū)動器，USB麥克風(fēng)，USB揚聲器，打印機(jī)，掃描儀，USB以太網(wǎng)或Wi-Fi加密狗，USB連接到智能手機(jī)或平板電腦等。用戶甚至可以將分層的擴(kuò)展塢或集線器與在擴(kuò)展擴(kuò)展塢下方連接的另一個擴(kuò)展塢/集線器相連，以擴(kuò)展端口數(shù)量。

USB Type-C塢站

USB Type-C是新引入的互連標(biāo)準(zhǔn)，功能強(qiáng)大且易于使用和設(shè)計。它是對現(xiàn)有USB 3.1互連的增強(qiáng)，可以輕松實現(xiàn)高達(dá)100 W的低成本功率傳輸。從外形尺寸來看，USB Type-C連接器結(jié)合了多種較早的USB連接器類型-Micro-B，Type- A和Type-B —僅在高度僅為2.4毫米的可逆連接器中。

USB Type-C：未來的連接器（來源：賽普拉斯半導(dǎo)體）

Type-C標(biāo)準(zhǔn)還允許開發(fā)人員在一根電纜中組合多個協(xié)議，包括DisplayPort，PCIe和Thunderbolt。帶寬是USB 3.0的兩倍，通過SuperSpeed + USB 3.1可以提高到10Gbps。所有這些功能使使用USB的應(yīng)用程序范圍更廣（有關(guān)更多詳細(xì)信息，請參見《USB Type-C視頻簡介和Type-C基礎(chǔ)》）。

USB Type-C擴(kuò)展塢參考設(shè)計

典型的擴(kuò)展塢實現(xiàn)可實現(xiàn)上游端口上的USB Type-C主機(jī)系統(tǒng)與下游端口上的多個顯示/數(shù)據(jù)設(shè)備之間的連接。擴(kuò)展塢通常在上游端口上具有USB Type-C插座，以支持?jǐn)?shù)據(jù)，電源和顯示。在下游端口上，擴(kuò)展塢可以支持多個接口，包括：

• USB 3.0 Type-C（顯示+電源+數(shù)據(jù)）
• USB 3.0 Type-A
• USB 2.0 A型
• HDMI接口
• 千兆以太網(wǎng)

USB Type-C擴(kuò)展塢設(shè)計可以由外部DC電源適配器供電（即自供電），也可以由Type-C（PD）主機(jī)供電（即總線供電）。下圖顯示了典型的USB Type-C擴(kuò)展塢設(shè)計的框圖。

USB Type-C / PD擴(kuò)展塢參考設(shè)計（來源：賽普拉斯半導(dǎo)體）

擴(kuò)展塢使用外部直流電源適配器為擴(kuò)展塢及其外圍設(shè)備供電。它具有一個Type-C上游端口（可充當(dāng)電源或接收器的雙重角色端口），該端口連接到Type-C筆記本電腦或平板電腦。在下游，它支持各種端口，包括：

• C型（僅源端口）DFP（面向下游的端口）
• 顯示端口
• HDMI端口
• 多個USB 3.0端口
• 多個USB 2.0端口
• 以太網(wǎng)（RJ45）接口
• 音頻接口

C型/ PD控制器有助于為每個C型端口（上游或下游）建立正確的供電合同。依次控制適當(dāng)?shù)?a target="_blank">電源管理IC。USB Type-C規(guī)范還允許開發(fā)人員將DisplayPort（DP）與USB Superspeed（SS）信號結(jié)合在一起。Superspeed MUX在Type-C / PD控制器的控制下路由適當(dāng)?shù)男盘枺⊿S或DP）。DisplayPort到HDMI轉(zhuǎn)換器對于將DisplayPort信號轉(zhuǎn)換為HDMI信號至關(guān)重要。DisplayPort分配器或開關(guān)可用于啟用多個視頻接口，例如HDMI / VGA和DisplayPort。要擴(kuò)展USB端口，可以在Superspeed集線器下部署更多分層的集線器。

下圖顯示了基于賽普拉斯EZ-PD擴(kuò)展塢的擴(kuò)展塢參考設(shè)計的框圖。詳細(xì)的參考設(shè)計通常包括完整的BOM表，原理圖文件和軟件開發(fā)套件（SDK），以加快設(shè)計和開發(fā)周期。

基于賽普拉斯EZ-PD擴(kuò)展塢的詳細(xì)擴(kuò)展塢參考設(shè)計（來源：賽普拉斯半導(dǎo)體）

這種設(shè)計反映了一個自供電的擴(kuò)展塢，該擴(kuò)展塢能夠為上游和下游端口供電，同時還提供顯示和USB功能。它包含以下端口，這在典型的C型擴(kuò)展塢設(shè)計中可能是預(yù)期的：

• 上游Type-C端口能夠為HDMI提供電源，USB 3.1 Gen 1（5 Gbps）數(shù)據(jù)接收器和DisplayPort接收器功能
• 下游Type-C端口能夠提供電源USB 3.1 Gen 1（5 Gbps）數(shù)據(jù)源和DisplayPort源功能
• HDMI端口用于顯示輸出
• 三個USB 3.0舊式Type-A連接器
• 兩個USB高速下行端口（舊式A型連接器）
• RJ45端口提供以太網(wǎng)連接

芯片間通信

在典型的Type-C PD塢站設(shè)計中，Type-C PD端口控制器實現(xiàn)了Power Delivery（PD）規(guī)范，并且還基于PD協(xié)議控制電源管理控制器（PMIC）和Superspeed Mux。上面描述的參考設(shè)計中的Type-C PD端口控制器還提供完整的USB Type-C和USB供電以及顯示端口備用模式支持。它使用I2C作為芯片間通信協(xié)議，并且Type-C PD端口控制器充當(dāng)與PMIC和MUX進(jìn)行通信的I2C主設(shè)備。

I2C主控制（來源：賽普拉斯半導(dǎo)體）

現(xiàn)場固件升級

由于USB Type-C / PD規(guī)范的不斷發(fā)展的性質(zhì)（以及便于進(jìn)行錯誤修復(fù)），支持一種用戶友好的方式來升級現(xiàn)場各個擴(kuò)展塢組件的固件（即在系統(tǒng)安裝完成后）是至關(guān)重要的。已發(fā)貨）。由于通常會有來自不同供應(yīng)商的多個擴(kuò)展塢組件，因此支持的固件升級方法將有所不同。必須以不同的方式升級幾個芯片的固件將給用戶帶來極大的不便和沮喪，并可能導(dǎo)致不良的產(chǎn)品退貨。

塢站制造商正在通過簡化固件升級來解決固件升級問題，只需單擊或點擊即可。這種簡單性帶來了自身的風(fēng)險和漏洞。固件升級的安全保護(hù)是一個常見的研究課題，并且由于嵌入式系統(tǒng)的連接性不斷提高，其重要性也越來越重要。

編輯：hfy