USB Type-C 是 USB 端口的重大改進，具有更快的速度和更強的輸電性能，可高速傳送數(shù)據(jù)、視頻并且提高了輸電能力。Type-C 的這些獨有優(yōu)勢可使消費者僅需使用 Type-C 線纜即可完成充電、視頻或數(shù)據(jù)傳送，無需配備多種線纜。制造商僅需在其設備上設計并配備 Type-C 端口，即可支持不同用途。

Type-C 之所以具有多種功能，是因為 USB 線纜、端口、配接器和集線器中都使用了更為復雜的嵌入式元件，而不是過去簡單的內(nèi)部工作元件?？此坪唵蔚?HDMI 轉(zhuǎn)Type-C 線纜其實很難設計，因為設計時需要使用嵌入式元件。設計 Type-C 解決方案時主要需要處理兩個難題，其一是處理供電范圍的難題，其二是處理由于采用更高的通信標準而產(chǎn)生通信故障的難題。連接兩臺設備時，需要啟動電力輸送協(xié)議（PD 協(xié)議）。該過程將針對傳輸電量、以及誰是供電方和用電方進行協(xié)商。由于此通信過程需要檢測、讀取并處理模擬和數(shù)字信號，因此需要在主機端口、線纜或配接器中嵌入 MCU 模塊以實現(xiàn) MCU 功能。如果設備之間或主機與設備之間相互不支持，則無法建立通信，就有可能發(fā)生故障。檢測設備，然后設備與主機進行通信，這也需要 MCU 功能。

USB Type-C 不僅減少了接線數(shù)量，還能確保設備之間流暢傳輸，簡化了用戶和消費者的操作復雜性。但是，這會給設計者和開發(fā)人員帶來難題。

Type-C線纜和適配器

希望使用老式外圍設備（不支持 USB Type-C）的用戶需要使用轉(zhuǎn)換線纜或配接器。有多種此類情況。第一種是將 USB 2.0 簡單地轉(zhuǎn)換為 Type-C，由于 USB 2.0 不支持較高的速度且 Vbus 的電壓或電流不超過 5V 或 3A，線纜可簡單地從 D+/D-、Vbus 和 GND 連接至連接器。第二種是 Type-C 轉(zhuǎn) Type-C線纜、將 USB 3.0/1 轉(zhuǎn)為 Type-C 的配接器、或者 Vbus 的電壓或電流超過 5V 或 3A 的配接器，設計此線纜或配接器比較困難。

在這些情況下，配接器成為兩臺設備間電量協(xié)商的組成部分，因此要求線纜或配接器使用嵌入式 PD 控制器。PD 控制器最初通過設為 5V 的 Vbus 或 Vconn 通道進行供電。隨后，其與主機協(xié)商，在 Vbus 通道上設置為一致的電量水平。下圖是用于連接兩臺Type-C 設備的電子標識電纜 (EMCA)。PD 控制器可由 Vconn 1 或 Vconn 2 供電。EMCA 將在 CC 通道上顯示其最大功率容量，源端將調(diào)整以適應其功率。

USB Type-C 轉(zhuǎn) Type-C 線纜

具有備用模式的Type-C 適配器

備用模式是 Type-C 接口的功能擴展，允許 Display Port、PCIe 或其他通信協(xié)議使用 USB 3.1 SuperSpeed 通道。在適配器連接至兼容主機時進入備用模式。支持備用模式的配接器需要額外的預防措施和嵌入式設備。如果配接器不能進入備用模式，則必須通知主機，以避免隱蔽故障。通過布告牌設備來實現(xiàn)通知功能，在 USB Type-C PD 標準授權(quán)下，任何備用模式的配件都可作為布告牌設備。下面的方框圖是將傳統(tǒng)視頻端口轉(zhuǎn)為 Type-C 的線纜圖。如果 Type-C 設備不支持傳統(tǒng)視頻格式，則 PD 控制器將通知布告牌設備，并且會將該故障依次通知 Type-C 設備。

USB Type-C 適配器線纜

USB Type-C 備用模式適配器線纜

擴展塢或集線器

擴展塢或集線器是比顯示器/Type-C 轉(zhuǎn) Type-C 更為復雜的示例，必須支持多臺設備充電功能。集線器可作為多種 Type-C 或 Type-A 端口、HDMI、PCIe 等接口的集合。該集線器需要多種嵌入式設備，從而成功支持連接設備。每個端口需要的電量不同，取決于連接什么設備。考慮到這一點，則每個端口都可能需要 PD 裝置。

顯示器、VGA 或 HDMI 等任何視頻端口都將需要布告牌設備。另外，集線器需要可控制至主機流量的設備。此設計要求自從 Type-A 集線器以來沒有多大變化，因為需防止通道產(chǎn)生沖突并確保一次僅有一臺設備與主機進行通信。顯然，之前的簡單集線器現(xiàn)在需要更為復雜和嚴格的設計。

多重連接器 Type-C 集線器線纜

解決方案

所有增加的設計復雜性不僅僅是由開發(fā)人員來承擔。Silicon Labs 提供開發(fā)板、PD 庫、布告牌源代碼以及針對配接器、擴展塢和設備端口的示例代碼。通過在開發(fā)新 Type-C 設備時使用這些工具，客戶可大幅減少 USB Type-C 的開發(fā)時間和工作量。

Silicon Labs 提供的開發(fā)板如下所示，可運行具有充電功能的 Vesa? DisplayPort? 備用模式適配器。在此類設備的開發(fā)過程中，可通過允許電源（充電）和視頻使用同一端口，進而增加主機上單一 Type-C 端口的功能。該開發(fā)板上有兩個 PD 控制器（每個端口各有一個）以及隨附于 DisplayPort 的布告牌設備。參考設計解決了以下問題：切換至備用模式、充電、通知主機發(fā)生故障，以及確保向顯示端口和主機輸送適當?shù)碾娏Α?/p>

較之于創(chuàng)建新平臺并從頭開始編寫固件，從如圖所示的開發(fā)板和提供的固件入手將會更容易且更快捷。借此，制造商和供應商可以領先競爭對手，推出功能更強大的 Type-C 解決方案。

Silicon Labs 的 MCU 與 Busy Bee 3 類似，借助 PD 功能在面積僅有 3x3 mm2的單芯片（具有精密振蕩器、硬件 PD PHY 層）上簡化了 Type-C 設計，從而為客戶提供材料清單成本較低的 PD 解決方案。用于參考設計中的 UniversalBee 1 是一種可實現(xiàn)布告牌功能的單芯片解決方案。借助集成調(diào)節(jié)器、精密振蕩器、USB 2.0 PHY 層和 USB 引腳上的±8KV 靜電 (ESD) 防護措施，面積為 3x3 mm2的設備無需外部元件即可發(fā)揮布告牌功能。

總結(jié)

USB Type-C 將成為未來的通用標準。在放滿線纜的抽屜里尋找合適的轉(zhuǎn)換器或線纜的日子已經(jīng)一去不復返。展望未來，選擇接線時將考慮其端頭是插頭或插口，及是否可以傳輸更高的電量。市面上已經(jīng)有只具備 Type-C 端口的智能手機、平板電腦和筆記本電腦，這些先鋒的設備僅僅是個開始。也就是說，Type-C 需要嵌入式設備和固件，才能提供多種多樣的功能，這為開發(fā)人員和制造商遷移設備帶來了嚴峻的考驗。Silicon Labs 提供參考設計、庫、固件和支持團隊，專門致力于為各種應用簡化 Type-C 設計要求。

（本文作者為Silicon Labs產(chǎn)品經(jīng)理Mark Beecham）

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