USB Type C技術(shù)和方案全面解讀

　　一條USB數據線(xiàn)無(wú)非就是一條線(xiàn)加兩個(gè)頭，這看似簡(jiǎn)單，但卻沒(méi)有想象中的簡(jiǎn)單，小小的數據線(xiàn)，隱藏著(zhù)許多你可能不知道的知識，而USB Type-C的橫空問(wèn)世更是說(shuō)明了不能小瞧它。

　　正反向可接插的USB　Type-C連接器可減少插接USB設備時(shí)的麻煩，USB Type-C也對如下技術(shù)提供支持：數據速率高達10Gbit/s的USB3.1規范、高達100W的功率輸出、音頻多路復用，以及可處理諸如與DisplayPort或MHL等視頻信號的切換模式。

　　因此，數以百計的供應商正在推出支持USB Type-C的產(chǎn)品就不足為奇了。事實(shí)上，來(lái)自從連接線(xiàn)纜到筆記本電腦等許多領(lǐng)域的一百多家供應商參加了于2015年7月舉行的第一屆USB Type-C互連互通性測試，以對其產(chǎn)品和原型的互操作性進(jìn)行了測試。

　　盡管目前業(yè)界已與USB打了幾十年的交道，但實(shí)現Type-C連接仍然帶來(lái)了諸多新的挑戰。例如，當以10Gbit/s的數據速率運行時(shí)，數據線(xiàn)上的電壓擺幅是低于0.5V的。設計者需要在連接接收端的物理層（PHY）里實(shí)現均衡器，來(lái)獲取輸入信號，這時(shí)，該信號眼圖中的“眼睛”基本是閉合的，而需要實(shí)施必要的均衡以使信號眼圖中的“眼睛”張開(kāi)，同時(shí)，顯示信號代表的是邏輯0或者邏輯1。

　　在實(shí)現Type-C連接時(shí)仍有許多其他挑戰，尤其是在USB3.1規范以10Gbit/s的全數據速率工作時(shí)最甚。

　　USB Type-C介紹：

　　1、超薄

　　更薄的機身需要更薄的端口，這也是USB-C橫空出世的原因之一。USB-C端口長(cháng)0.83厘米、寬0.26厘米。老式USB端口長(cháng)1.4厘米、寬0.65厘米已經(jīng)顯得過(guò)時(shí)。這也意味著(zhù)USB-C數據線(xiàn)的末端將是標準USB-A型數據線(xiàn)插頭尺寸的三分之一。

　　2、無(wú)正反

　　像蘋(píng)果的Lightning接口一樣，USB-C端口正面和反面是相同的。也就是說(shuō)無(wú)論你怎么插入這一端口都是正確的。用戶(hù)不必擔心傳統USB端口所帶來(lái)的正反問(wèn)題。

　　3、快速

　　理論上，USB-C端口的最高傳輸速率為每秒10Gb。但是蘋(píng)果表示新款MacBook的USB-C端口最高傳輸速率為5Gbps。最大輸出電壓為20伏，可以加快充電時(shí)間。 而USB-A型，到目前為止極限傳輸速率為5Gbps，輸出電壓為5伏。

　　4、多面手

　　新MacBook的USB-C型端口能夠傳輸數據、進(jìn)行充電也可以作為視頻輸出端口鏈接外部顯示設備。唯一的疑問(wèn)是蘋(píng)果如何滿(mǎn)足想要同時(shí)做這三件事的用戶(hù)。

　　5、雙向

　　USB Type-C 不像老款USB端口，功率只能單向傳輸，USB-C型端口的功率傳輸是雙向的，這意味著(zhù)它可以擁有兩種發(fā)送功率方式。所以，用戶(hù)不僅可以用筆記本為移動(dòng)設備充電，也可以利用其它設備或移動(dòng)電源為筆記本充電。

　　6、后向兼容

　　USB-C可以與老的USB標準兼容，但用戶(hù)需要額外購買(mǎi)適配器才能完成兼容。蘋(píng)果公司表示不僅蘋(píng)果官方會(huì )出售適配器，第三方公司也可以授權生產(chǎn)。

　　開(kāi)發(fā)USB Type-C還需要注意哪些問(wèn)題？

　　重新考慮PHY

　　例如，連接器的可正反插接特性需要在實(shí)現中對物理層進(jìn)行重構。當以USB2.0數據速率運行時(shí)，設計者可通過(guò)使用一對電阻去短接進(jìn)入物理層的兩條數據通路，從而去明示連接器以何種方式被插接。在較低的USB2.0數據速率上，物理層擁有足夠的性能裕量來(lái)處理短接數據通路所引發(fā)的反射。

　　對于USB3.0和USB3.1數據速率而言，設計者需要實(shí)現兩條數據通路，以處理更高的速率。通過(guò)一個(gè)方向上的連接器，系統連接到一條數據通路上，同時(shí)在另一個(gè)方向上，系統連接到另一條數據通路上。雙數據通路是必要的，因為以5Gbit/s和10Gbit/s數據速率傳輸時(shí)，通過(guò)短接數據通路來(lái)明確方向，將會(huì )引發(fā)太多的信號反射，從而使數據分解。

　　設計者需要決定如何解決這個(gè)問(wèn)題。一種解決方案是使用兩個(gè)物理層，每個(gè)方向有一個(gè)物理層。雙物理層解決方案的缺點(diǎn)是會(huì )占用20%到25%的額外面積，來(lái)實(shí)現兩條超高速（SuperSpeed）數據通路和兩條高速（Hi-Speed）數據通路，而且需要兩組鎖相環(huán)電路（PLL）及兩組電源、接地和數據引腳。最終結果是一個(gè)系統擁有的高速（High-Speed）數據通路比其實(shí)際需求多出一條。

　　一種更高效的實(shí)現方法，是使用一個(gè)已經(jīng)針對USB Type-C規范優(yōu)化過(guò)的物理層，其擁有兩條超高速（SuperSpeed）數據通路、一條高速（Hi-Speed）數據通路、一組鎖相環(huán)電路以及一組電源、接地和數據引腳。

　　設計者選擇何種實(shí)現方法取決于他們的最終應用。成本敏感類(lèi)市場(chǎng)將選擇節省面積和芯片，可通過(guò)省去一條額外的Hi-Speed數據通路以及減少高達40%的引腳數量來(lái)實(shí)現。

　　USB Type-C信令

　　實(shí)現USB Type-C的第二項挑戰是24引腳連接器所要求的信號復雜性。USB Type-C規范明確了配置通道（CC）信號和功率輸出（PD）信號以定義各項參數，例如連接器的方向，任何插入Type-C端口的電線(xiàn)可以承載多大的功率，以及連接器何時(shí)是為音視頻而處于切換模式。

　　同時(shí)支持配置通道信號與功率輸出信號要求附加的邏輯：功率輸出消息控制器和配置通道邏輯。設計挑戰的一部分是處理可能發(fā)生在不同電壓上的兩種信號，這取決于當時(shí)工作的信號組合。

　　Type-C規范也摒棄了USB On-The-Go概念，而是以Dual Role Port概念取而代之。USB On-The-Go是一種信令方式，用于表明一個(gè)端口是被用作主機還是被用作設備。On-The-Go協(xié)議使用ID引腳發(fā)出信號來(lái)通知端口在工作時(shí)擔任主機還是設備；但是Type-C并沒(méi)有這個(gè)信號，所以要使用功率輸出消息信號來(lái)完成這項工作，這使PD信號的實(shí)現進(jìn)一步復雜化。

　　系統性問(wèn)題

　　Type-C連接器可以使USB用戶(hù)的生活更加便利，但付出的代價(jià)是使設計者的工作變得更加復雜。設計者將不得不決定他們想要的是支持USB2.0、3.0和/或3.1中的哪一個(gè)，怎樣處理功率輸出，以及是否支持音視頻可切換模式。

　　USB Type-C的實(shí)現還會(huì )有系統方面的影響。例如，倘若SoC打算支持功率輸出方面的功能，設計者可以選擇使用一種滿(mǎn)足所有相關(guān)安全條件的外部電源管理芯片。這意味著(zhù)將分割功率輸出和配置通道邏輯，也許在物理層和一塊單獨的電源管理芯片，或主系統CPU甚至一個(gè)專(zhuān)用的外部微控制器之間分割。

　　Synopsys 全面的USB控制器和物理層IP產(chǎn)品組合，已經(jīng)被3000多項USB設計成功采用，并且已經(jīng)通過(guò)約30億只已發(fā)貨的器件加以驗證。這就是深入而直接的設計經(jīng)驗，使我們能夠開(kāi)發(fā)特別為與Type-C連接器共同使用而優(yōu)化的USB3.1物理層IP，以及為了實(shí)現Type-C功能所必需的支持工具和驗證環(huán)境——這使得設計者的工作更加簡(jiǎn)便。

　　“線(xiàn)”的問(wèn)題

　　USB除了可以用來(lái)傳輸數據之外，還可以作為電力供應的手段。而最初的USB標準由于并不具備電力供應能力，因此USB 1.0及2.0的電力供應能力僅限于2.5w（0.5A/5v）。雖然這足以供應手機等小型電子設備，但是對于外界驅動(dòng)器來(lái)說(shuō)，顯然遠遠不夠。而USB 3.0就應運而生，它的供應值可達4.5w（0.9a/5v）。

　　而在USB 3.1標準下的USB Type-C接口的供電能力可以達到最高20V/5A，也就是100w，不僅可以滿(mǎn)足手機充電的要求，還能夠滿(mǎn)足平板設備和計算機的充電需求；另外，在這種供電能力下，也可以免去其他用電功率較高的外部設備需要另接電源的麻煩。

　　另外，關(guān)于USB Type-C供電范圍還有一些問(wèn)題需要說(shuō)明。其中有好也有不足。好消息是，USB PD 2.0標準未來(lái)可以直接為筆記本或平板電腦供電，同時(shí)還可以讓智能手機作為作為移動(dòng)電源使用。

　　另一方面不好的消息就是，暫時(shí)還沒(méi)有所謂的全能USB線(xiàn)纜問(wèn)世，這些線(xiàn)纜需要內置特殊的芯片，里面包含了關(guān)于線(xiàn)纜的信息。全功能的USB線(xiàn)纜需要能夠承受1.5a或5v的電流，而這樣的線(xiàn)纜造價(jià)要比普通的USB線(xiàn)纜高出許多。

　　Type-C芯片廠(chǎng)商以及產(chǎn)品方案

　　萊迪思（Lattice）：

　　德州儀器（TI）：

　　TPS65982

　　-USB Type-C USB PD Controller

　　-Power Switch High Speed Multiplexer

　　HD3SS460

　　-4 x 6 Channels USB Type-C™ Alternate Mode MUX

　　-Compatible for Source/Host and Sink/Device Applications

　　意法半導體（STMicroelectronics，簡(jiǎn)稱(chēng)ST）：

　　STUSB16接口芯片采用意法半導體的20V制造工藝，集成短路、過(guò)壓、過(guò)流等保護功能，無(wú)需加設外部電路，此外還提供電流設定值最高600mA的插接功率支持（VCONN），按照USB 供電規范（USB Power Delivery），集成雙相標記編碼（BMC，Bi-Phase Mark Coded）物理層（PHY，Physical Layer）的編碼和解碼邏輯電路。

　　賽普拉斯（Cypress）：

　　EZ-PD™ CCG1： Industry’s First Programmable Type-C Port Controller

　　EZ-PD™ CCG2： Industry’s Smallest Programmable Type-C Cable Controller

　　硅谷數模半導體公司（Analogix Semiconductor， Inc.）：

　　ANX7428，完美適用于基于X86的筆記本-4通道DisplayPort接口和USB超高速切換開(kāi)關(guān)、DisplayPort交替模式、USB-C端口控制器和Power Delivery

　　ANX7418，完美適用于基于A(yíng)RM的智能手機、平板電腦和運動(dòng)型相機–兩通道DisplayPort接口和USB超高速切換開(kāi)關(guān)、搭載SlimPort發(fā)射器的DisplayPort交替模式、USB-C端口控制器和Power Delivery

　　ANX7408-USB超高速切換開(kāi)關(guān)，搭載USB-C端口控制器和Power Delivery

　　ANX7409-USB超高速切換開(kāi)關(guān)，搭載USB-C端口控制器

　　ANX7401-USB-C端口控制器和Power Delivery

　　ANX7403-USB-C端口控制器。

　　創(chuàng )惟科技：

　　高性能USB Type-C™ SuperSpeed 集線(xiàn)器控制芯片GL3523S

　　恩智浦半導體（NXP）：

　　譜瑞科技：

　　該公司推出PS 8750與PS 8751兩款整合型主動(dòng)開(kāi)關(guān)晶片，不僅可簡(jiǎn)化設計、降低成本，同時(shí)也可縮小系統尺寸。

　　PS 8750與PS 8751兩款開(kāi)關(guān)晶片整合了高速訊號Redriver線(xiàn)路、USB Power Delivery Controller和傳輸埠控制器（Port Controller），并支援USB Type-C電源（Power）傳輸等功能，為多功能整合晶片。此外，該晶片符合USB3.1 Gen 1規范，傳輸速率可達5Gbit/s，同時(shí)支援DisplayPort Alt Mode，傳輸速率高達5.4Gbit/s。

　　Type-c連接器產(chǎn)商及產(chǎn)品方案

　　富士康（FOXCONN）：

　　在眾多廠(chǎng)商搶占芯片領(lǐng)域時(shí)，富士康則另找渠道，從連接器入手，迅速搶占USB Type-c另一高點(diǎn)。如下是富士康針對USB Type-c連接器的部分產(chǎn)品列表：

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富士康連接器 主要選型參數

如果想要全面了解細節參數，可以從下面鏈接獲取規格書(shū)和樣品測試

　　Foxcoon Type-C 連接器 資料獲取
UT12113-11601-7H
規格書(shū)下載：http://pdf.elecfans.com/Foxconn/UT00411-10002-7H.html
樣品 申請：http://www.hqchip.com/gongsi/sample_1390_866126.html
報 價(jià)：http://www.hqchip.com/UT12113-11601-7H.html

UT00311-10002-7H
規格書(shū)下載：http://pdf.elecfans.com/Foxconn/UT00311-10002-7H.html
樣品 申請：http://www.hqchip.com/gongsi/sample_1390_866127.html
報 價(jià)：http://www.hqchip.com/UT00311-10002-7H.html

UT00313-10002-7H
規格書(shū)下載：http://pdf.elecfans.com/Foxconn/UT00313-10002-7H.html
樣品 申請：http://www.hqchip.com/gongsi/sample_1390_866128.html

UT00413-10002-7H
規格書(shū)下載：http://pdf.elecfans.com/Foxconn/UT00413-10002-7H.html
樣品 申請：http://www.hqchip.com/gongsi/sample_1390_866129.html

UT12123-1A501-7H
規格書(shū)下載：http://pdf.elecfans.com/Foxconn/UT12123-1A501-7H.html
樣品 申請：http://www.hqchip.com/gongsi/sample_1390_866130.html

UT11123-1A502-7H
規格書(shū)下載：http://pdf.elecfans.com/Foxconn/UT11123-1A502-7H.html
樣品 申請：http://www.hqchip.com/gongsi/sample_1390_866131.html

UT11123-1070L-7H
規格書(shū)下載：http://pdf.elecfans.com/Foxconn/UT11123-1070L-7H.html
樣品 申請：http://www.hqchip.com/gongsi/sample_1390_866132.html

UT11113-11602-7H
規格書(shū)下載：http://pdf.elecfans.com/Foxconn/UT11113-11602-7H.html
樣品 申請：http://www.hqchip.com/gongsi/sample_1390_866133.html

UT00411-10002-7H
規格書(shū)下載：http://pdf.elecfans.com/Foxconn/UT00411-10002-7H.html
樣品 申請：http://www.hqchip.com/gongsi/sample_1390_866134.html

CUED004F-N22-0F
樣品 申請：http://www.hqchip.com/gongsi/sample_1390_866135.html

CUDT01K-HB000-DH
樣品 申請：http://www.hqchip.com/gongsi/sample_1390_866136.html

CUED004F-N08-0F
樣品 申請：http://www.hqchip.com/gongsi/sample_1390_866137.html

　　Type-C連接器 應用方案

　　http://www.hqchip.com/fangan/31.html

　　http://www.hqchip.com/fangan/30.html

　　http://www.hqchip.com/fangan/21.html

　　http://www.hqchip.com/fangan/20.html

　　http://www.hqchip.com/fangan/19.html

　　http://www.hqchip.com/fangan/18.html

如果還有更多的想法和問(wèn)題，可以咨詢(xún)華強芯城 資深產(chǎn)品經(jīng)理：