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【深度好文--Type-C全揭秘】USB Type-C“三剑客”: 连接器、控制器和电缆

 日期: 2024-03-19 05:35:34     作者:火狐官方网站

  USB Type-C™是最新的有关电缆布线的USB连接器标准。您会看到,从笔记本电脑、智能手机、闪存到视频系统,这些设备上有一个小型可逆的Type-C连接器。由于Type-C电缆既可以给主机和设备提供数据和功率,又能够给大家提供通用的电力电缆解决方案,所以其覆盖范围极具包容性且在继续扩展。加固型连接器比标准USB连接器要更小,适用于更轻薄的设计,并配置在各种不同的应用程序中。其终极目标是:曾缠绕在AC插座附近的一堆电源适配器和专用电缆线将逐渐消失,数据传输将更加快速。专用视频电缆线也将告别历史舞台。

  Type-C将USB规范的每个部分结合在一起,将为所有应用程序形成一套完整的布线、功率和信号管理系统。USB 2.0 Type-C电缆支持USB 2.0低速、全速和高速格式。USB Type-C全功能电缆也支持USB 3.1 Gen1 和Gen2超速+和极速10G数据率。Type-C互连使用USB功率输出(PD),使100 W功率容量可进行更快速的电池充电,并为大型设备如笔记本电脑、显示器和电视等供电。Type-C全功能电缆非常活跃,其电子标签是集信号调节、电源管理和可配置连接于一体。电缆内的电线能够最终靠PD供应商重新定义的消息(VDM)进行再配置,配置后使用备用和附属模式来处理视频和音频信号。由于其较小的尺寸、功率级的范围和更快的数据传输速率,和处理多个数据协议的能力,Type-C本身被定位为未来的USB连接器。

  Type-C连接器更容易使用。您不必检查插头的右边或正确的方向。Type-C电缆两端都具有相同的连接器,且可以插入插座两侧。使用互连信号,便可以电子识别主机为面临下行端口(DFP),识别设备为面临上行端口(UFP)。

  Type-C连接器旨在强化小型设备的设计,且物理尺寸小于USB连接器。其开口约8.4毫米*2.6毫米,有四根电线。相比早期的连接器,Type-C连接器已取得很大的进展,如Amphenol的新型Type-C连接器。该连接器有24个连接,销集排成两行,每边有12个连接(A1-A12;B12-B1)。由于物理对称,连接器可以“翻转”。表1和表2分别列举了一些插座和插销。Type-C插座额定电流为5安培。Type-C信号处理是向后兼容的,包括用于USB 2.0信号的四根电线电源线、地线、DP + 和DP-微分数据信号)。超速+和极速10G信号所需的差动传输和接收对也包括在内。还有额外的处理Type-C配置和备用及附属模式的电线: Amphenol的USB Type-C连接器全部符合最新的Type-C标准。这些低而稳固的连接器提供了可逆的插头和电缆线A电流范围和USB充电功率输出使充电具有可伸缩性。

  由于USB-C可用于许多设备,连接器按照规格进行了加固。TE连接的USB Type-C连接器在插座外壳的背面进行了EMI设计,相比类似的传统产品大大增强了性能,且电路板保留的特性也使得其在严酷环境下的性能大大增强。

  图2: TE连接USB Type-C插座提供了一个解决方案,即数据传输高达10 Gbps、功率高达100 W且音频/视频输入在同一个连接中。-1支持各种不同的协议,且利用适配器,其可从单一的USB Type-C接口向后兼容HDMI、VGA、显示接口和别的类型的连接。

  USB-C能够最终靠可配置的电缆、接口和功率设置实现多功能性。Type-C连接允许附加功能,但需要更复杂的管理。正如之前的USB连接器,将控制器整合在现有的芯片中并使用FPGA技术可使组装平整有序,符合Type-C的开发需求。端口控制器与PD控制器一起,可处理功率需求和方向。VDM命令可以对进入和退出备用及附属模式加以控制。Cypress半导体控制器使用ARM Cortex-M0微处理器,且可进行低功耗优化。

  Fairchild提供一个集成了Vconn开关的可编程的轻型客户机解决方案。FUSB300C可编程USB Type-C控制器支持所有角色和备用/附属模式。Type-C连接器能够正常的使用配置通道(CC)电子检测和配置连接。使用双相标记编码(BMC)在CC上进行通讯时,可以配置电缆用于总线布线、电源管理及备用和附属模式。控制器逻辑支持:

  图3: FUSB300C是一种灵活的、轻型的用于USB Type-C的客户机解决方案,包括阴影检测和配置,类似于OTG端口。

  解决主机/设备角色。Type-C端口可以是仅主机、仅设备或主机/设备双重角色。仅主机和仅设备端口在传统的USB主机和设备中比较普遍,即主机是面临下行端口(DFP)且设备是面临上行端口(UFP)。Type-C可以电子识别这些角色,而不需要在功能上对连接器定性。双重角色的端口也能够直接进行重新配置:给迷你风扇充电时,笔记本电脑便可用作UFP通过显示器或DFP充电。

  先前的配置通信通常直接在Vbus上使用二进制频率变换调制(BFSK)。对于向后兼容性,Type-C控制器也可以在Vbus上使用BFSK,但在CC上却不可同时使用BMC。可使用Type-C集线器来增强DFP的功能。其有一个UFD端口,端口必须明确标记,且需有一个或多个DFP。UFP不能是双重角色端口,且集线器不能处理备用/附属模式。

  图4: TUSB320的原理框图。TUSB320设备提供配置通道(CC)逻辑来确定USB端口连接和分离、任务检测、电缆定位和Type-C电流模式。

  备用和附属模式下的Type-C电缆能处理非USB数据协议。为支持这些不同的协议,可使用电缆中某些不同的电线处理USB通信。再利用的电线需有四个极度线)、两个边带电线的数据行(DP + 和DP -)、Vconn和一根CC电线。但并不是所有的电线都进行了重新配置。备用和附属模式的设置能够正常的使用通过CC接收的PD VDM命令。VDM将指导控制器进入模式并继续通讯,直到收到VDM退出命令。

  重新配置的电线电缆信号使DisplayPort、VGA、 HDTV和 HDMI中使用的视频信号在整个电缆中传输。某些电源连接也需要备用模式操作。需要直接连接的设备如对接站,其附属电缆和拇指驱动器需要分配Vconn线且需要在备用模式中进行设置。

  音频适配器附属模式中的Type-C支持模拟音频耳机。在这种模式下,音频信号多路复用到连接器插脚。由于音频信号与3.5mm音频插孔中使用的信号相同,Type-C适配器也能够正常的使用3.5mm音频插孔。

  Type-C电缆两端安装了Type-C连接器。其支持USB 2.0和USB 3.1的功能及数据传输速度,还能轻松实现PD。Type-C标准电缆的实际长度及电子标记的电缆需求见表3。实现PD和全功能Type-C电缆一定要进行电子标记。从Vconn(或其他来源)中获得高达1W的功率来支持电缆的电子标记。

  附属电缆,即一端有一个Type-C连接器,另一端则连接到供应商特定设备上。其允许且一定要遵循Type-C信号需求。供应商电缆可能是硬接线或有一个供应商特定的断开连接协议。附属电缆是全功能的或支持USB 2.0。

  USB Type-C连接器比传统的USB连接器更加轻便可靠。Type-C电缆有了控制器的支持,处理数据速度可高达1010Gbps且传输功率高达100W。Type-C电缆还能够直接进行配置,使之携带USB、视频和音频信号。Type-C将成为未来的电缆设计解决方案。更多关于USB的信息,请访问Mouser Electronics的 USB 技术网站。

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