USB3.1让USBType-C成为现实.docx

USB 3.1 让 USB Type-C成为现实2015-12-03 16:34:04 来源:EEWORLD 关键字： USB Type-C作者：德州仪器 (TI) 高速接口系统经理, Anwar Sadat 博士USB Type-C提供了很多特性，其中包括为终端用户提供高级灵活性和便利性系统设计人员必须谨慎选择提供的选项，这样，可将总体系统成本控制在合理的范围内有两个选择会对系统的成本和复杂程度产生最大的影响，一个是 Type-C的固有功率 15W，另一个是增强供电能力和视频支持这篇文章讨论了如何实现一个 USB Type-C端口，以及尽可能地减少它对于现有系统的影响简介在电子行业中，USB Type-C 存在于每一位系统设计人员的脑海中这个接口将数据、电源和视频合并在单个连接器接口中它使得设计人员真正有机会在全新的平台内不使用圆柱形电源插孔连接器USB Type-C 支持 USB 2.0和 USB 3.1，并且提供交替 (Alt) 模式选项，比如说用于视频的 DisplayPortUSB Type-C 引入了 15W的固有供电能力，以及在增加 USB电力传输 (USB PD) 时，高达 100W的增强型供电能力。

这个接口引入了更小、更薄、并且更加稳健耐用的插口，能够支持高达 20Gbps的数据速率这条电缆支持双向与两面翻转插拔，并且任何一个方向上均可连接一个主机或一个客户端设备系统设计人员正在思考，如何将这些可取的特性和灵活性提供给用户我们先来设想一下，设计人员正在设计一个全新的笔记本平台如果将 USB Type-C端口包含在其中的话，会使总体成本增加多少？需要多少全新的 Type-C插口？它们都是全功能插口吗？USB Type-C 提供给最终用户的灵活性和简便易用性同时也增加了系统实现方式的复杂程度与成本虽然全新的生态系统为实现方式提供了更多的选择，系统设计人员在尝试使用这项技术时必须谨慎，以使他们的总体成本保持在可以接受的范围内那么，全新的笔记本平台看起来是什么样的呢？某些系统设计人员将会有可能选择只包含一个全功能 Type-C端口，用 USB-PD提供增强型的供电能力这个超级端口将支持Alt模式视频为了节约成本，降低复杂度，一个设计人员也许想用其它端口来提供简化功能，比如说 15W的固有 Type-C供电功能，以及 USB数据支持一个主要的考虑因素就是，在尽可能减少对现有平台产生影响的情况下，用 USB Type-C替代以前的 USB插口。

这篇文章概述了如何用最小变化将一个 USB 3.0老式端口转换为一个 USB 3.1 Type-C端口Type-C USB 3.1实现方式USB Type-C是两端同样的接头——主机和客户端设备上是一样的插座，电缆两端是同样的插头图 1显示的是一个 USB Type-C插座引脚图需要注意的是，24 引脚接口采用对称的排列方式，这使得电缆的翻转更加方便图 1：USB Type-C 插座引脚图（正视图）源：Type-C 技术规格除了 USB 3.1 TX，RX，和 USB 2.0 D+，D-信号，2 个 CC引脚被用于通道配置 (CC) 和 USB-PD通信一个典型的系统实现方式是用残桩连接将 2个 D+信号和 2个 D-信号短接，这样就不再需要用 USB 2.0复用器 (mux) 来适应插头翻转了然而，出于对信号完整性的担心，Type-C 接口的每一端上都需要 2:1复用器，这样针对 USB 3.1信号的残桩连接是不可行的如果使用 Alt模式的话，需要一个 USB-PD功能，而复用配置会变得更加复杂一个典型的 USB 3.1实现方式包括 2个基本功能：一个管理链路的 CC控制器；一个针对 RX和 TX信号的 USB 3.1复用器，用于根据 Type-C插头方向选择已连接端。

CC 控制器需要能够根据所需的系统运行方式，将自身配置为一个下行端口 (DFP)，上行端口 (UFP) 或双用途端口 (DRP)表 1中总结了不同应用的数据/供电运行方式图 1：针对 USB Type-C应用的器件数据/供电类别USB Type-C的主机-客户端实现方式USB Type-C包含一个通道配置功能；这个功能能够在 DFP与 UFP之间建立一个 USB链路在传统 USB端口定义中，一个 DFP端口可被视为一个主机，而 UFP可被认为是一个设备CC 功能用于确定以下内容：DFP至 UFP连接/断开检测和插头方向DFP至 UFP（主机到设备）和供电关系（供电方/耗电方）检测——在没有 USB-PD的缺省情况下，DFP（源）供电，UFP（灌）耗电供电方做出的 USB Type-C VBUS电流通知，耗电方进行检测一旦连接，供电和数据传输用途只能通过 USB-PD进行更改即使一个插座有 2个 CC引脚，CC1 和 CC2，一条电缆内也只连接了单条 CC电线对于每个 CC引脚，DFP 具有一个上拉电压，而 UFP有一个下拉电压监视 CC引脚上的额定电压提供了方向和连接检测图 2：通道配置上拉/下拉模型一个 DFP使用不同的电阻器上拉（或电流源）值来告知其电流提供方的供电能力。

或者，一个 UFP通过采用一个下拉电阻器，并执行一个电压比较，来检测它的耗电量在没有 USB-PD时，有 3个电源设置是可行的——之前的缺省值（针对 USB 3.1的 900mA，针对USB 2.0的 500mA），VBUS 上的 5V电压，1.5A 和 3A电流图 3中显示的是 USB Type-C的典型主机-客户端 (DFP/UFP) 实现方式USB 3.1 主机的一个示例就是台式机或笔记本电脑PC 中的 Type-C端口与 DFP类似，运行为一个 USB主机，为客户端设备供电另一方面，一个 USB SuperSpeed客户端设备的典型示例就是便携式硬盘这个硬盘运行为一个 USB设备，并且由 VBUS供电 图 3：USB Type-C 的典型主机-客户端 (DFP-UFP) 实现方式根据 Type-C技术规格，客户端/用户负责管理功耗因此，一个客户端设备需要根据主机的电流告知来动态地控制功耗一个替代方法将流耗保持在缺省限值以内DFP 也有可能实现针对附件系统保护功能的电流限制如果一个 DFP支持 USB 3.1，它需要在 USB Type-C电缆内，用 VCONN 为有源电子设备提供 5V电源。

通过插座的 CC引脚（CC1 或 CC2）来施加 VCONN；插座不是通过电缆内的 CC电线连接相反的，它在插头近端为电路供电需要注意的是，每条全功能 Type-C电缆都需要具有一个电子标记此外，较长的电缆也许需要有源信号调节器USB Type-C的双用途端口实现方式USB Type-C还定义了一个 DRP；在稳定的连接状态建立之前，它交替地将自己识别为DFP或 UFP如果一个 DRP与 DFP或 UFP配对使用，它分别作为 DFP或 UFP运行如果将 2个 DRP配对使用，结果是随机的，但会受到 2个可选功能的影响：Try.SRC 和 Try.SNK如果另外一端没有偏好的话，具有 Try.SRC的 DRP更有可能变成一个 DFP（源），而一个具有 Try.SNK的 DRP成为 UFP（灌）的可能性更大这些特性对于在生态系统中实现一个有序的供电方/耗电方关系很重要例如，笔记本电脑应该为供电——即使它们二者都具有 DRP功能 图 4：USB Type-C 的典型 DRP实现方式Type-C USB 3.1解决方案在不进行重大的系统重新设计的情况下，要将现有的 USB平台（包含老式插口）轻松转换为 USB Type-C，需要一个 CC控制器器件。

为了支持 USB SuperSpeed，还需要一个具有 USB SuperSpeed复用功能的额外器件TUSB321是一个单芯片 USB Type-C端口 CC控制器，它可被配置为一个 DFP，UFP 或DRP它是一款自主器件实际上，借助某些预先设定的配置，它的运行不需要任何的用户干预不过，可选择进行软件干预，它能够提供某些对设计人员有用的其它功能 图 5：典型通道配置器件的功能方框图HD3SS3212是一款 USB SuperSpeed无源复用器；它使用 CC控制器提供的信号工程实验室 (SEL) 信号来选择有源 USB 3.1信号，以适应 Type-C翻转插头；针对高达 10Gbps的数据速率，这个插头支持 USB 3.1 Gen 1和 Gen 2 图 6：针对 SS RX/TX对选择的复用器操作示例某些系统也许需要针对 USB SuperSpeed的增强信号，以符合插口的要求一个转接驱动复用器能够提供信号调节与 USB SuperSpeed开关的双重功能USB Type-C 提供音频附件特性；这一特性能够通过 Type-C插口提供头戴式耳机和麦克风功能，从而在某些系统中，免除了对于 3.5mm音频端口的需要。

音频信号使用 D+，D-和 USB信号要提供音频功能，将会需要一个额外的复用器，而这不是本文的讨论范围总结由于其功能性和灵活性，USB Type-C 将会受到电子设备爱好者的广泛欢迎系统的开发和组件成本不会因这一巨大优势的存在而显著增加对于大多数基本实现方式，比如说USB和 15W电压，这个转换是很容易的——你只需要升级插口，添加一个 CC控制器，以及一个可选的 USB 3.1 SS复用器。