USB3.1让USB Type-C成为现实

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、电源和视频归并在单个衔接器接口中

。它使得设计人怨劓正有机遇在全新的平台内不使用圆柱形电源插孔衔接器

。USB Type-C支持USB 2.0和USB 3.1，并且提供交替 (Alt) 模式选项，好比说用于视频的DisplayPort

。USB Type-C引入了15W的固有供电能力，以及在增长USB电力传输 (USB PD) 时，高达100W的加强型供电能力

。这个接口引入了更幼、更薄、并且越发稳重耐用的插口，可能支持高达20Gbps的数据速度

。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衔接一个主机或一个客户端设备

。系统设计人怨佚在思虑，若何将这些可取的个性和矫捷性提供给用户

我们先来设想一下，设计人怨佚在设计一个全新的笔记本平台

。若是将USB Type-C端口蕴含在其中的话，会使总体成本增长几多?必要几多全新的Type-C插口?它们都是全职能插口吗?USB Type-C提供给最终用户的矫捷性和轻便易用性同时也增长了系统实现方式的复杂程杜纂成本

。固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审慎，以使他们的总体成本维持在能够接受的领域内

。

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蕴含一个全职能Type-C端口，用USB-PD提供加强型的供电能力

。这个超等端口将支持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职能，好比说15W的固有Type-C供电职能，以及USB数据支持

。

一个重要的思考成分就是，在尽可能削减对现有平台产生影响的情况下，用USB Type-C代替以前的USB插口

。这篇文章概述了若何用最幼变动将一个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

。必要把稳的是，24引脚接口选取对称的分列方式，这使得电缆的翻转越发方便

。

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引脚被用于通路配置 (CC) 和USB-PD通讯

。一个典型的系统实现方式是用残桩衔接将2个D+信号和2个D-信号短接，这样就不再必要用USB 2.0复用器 (mux) 来适应插头翻转了

。然而，出于对信号齐全性的不安，Type-C接口的每一端上都必要2:1复用器，这样针对USB 3.1信号的残桩衔接是不成行的

。若是使用Alt模式的话，必要一个USB-PD职能，而复用配置会变得越发复杂

。

一个典型的USB 3.1实现方式蕴含2个根基职能：一个治理链路的CC节造器;一个针对RX和TX信号的USB 3.1复用器，用于凭据Type-C插头方向选择已衔接端

。CC节造器必要可能凭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) 或双用处端口 (DRP)

。表1中总结了分歧利用的数据/供电运行方式

。

图1：针对USB Type-C利用的器件数据/供电类别

USB Type-C的主机-客户端实现方式

USB Type-C蕴含一个通路配置职能;这个职能可能在DFP与UFP之间成立一个USB链路

。在传统USB端口界说中，一个DFP端口可被视为一个主机，而UFP可被以为是一个设备

。CC职能用于确定以下内容：

DFP至UFP衔接/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

一旦衔接，供电和数据传输用处只能通过USB-PD进行更改

即便一个插座有2个CC引脚，CC1和CC2，一条电缆内也只衔接了单条CC电线

。对于每个CC引脚，DFP拥有一个上拉电压，而UFP有一个下拉电压

。监督CC引搅髋赡额定电压提供了方向和衔接检测

。

图2：通路配置上拉/下拉模型

一个DFP使用分歧的电阻器上拉(或电流源)致反奉告其电流提供方的供电能力

；蛘，一个UFP通过选取一个下拉电阻器，并执行一个电压比力，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

凭据Type-C技术规格，客户端/用户掌管治理功耗

。因而，一个客户端设备必要凭据主机的电流奉告来动态地节造功耗

。一个代替步骤将流耗维持在缺省限值以内

。DFP也有可能实现针对附件系统；ぶ澳艿牡缌飨薅

。

若是一个DFP支持USB 3.1，它必要在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电线衔接

。相反的，它在插头近端为电路供电

。必要把稳的是，每条全职能Type-C电缆都必要拥有一个电子象征

。此表，较长的电缆也许必要有源信号调节器

。

USB Type-C的双用处端话柄现方式

USB Type-C还界说了一个DRP;在不变的衔接状态成立之前，它交替地将自己鉴别为DFP或UFP

。若是一个DRP与DFP或UFP配对使用，它别离作为 DFP或UFP运行

。若是将2个DRP配对使用，了局是随机的，但会受到2个可选职能的影响：Try.SRC和Try.SNK

。若是另表一端没有偏好的话，拥有Try.SRC的DRP更有可能造成一个DFP(源)，而一个拥有Try.SNK的DRP成为UFP(灌)的可能性更大

。这些个性对于在生态系统中实现一个有序的供电方/耗电方关系很沉要

。例如，笔记本电脑应该为手机供电——即便它们二者都拥有DRP职能

。

图4：USB Type-C的典型DRP实现方式

Type-C USB 3.1解决规划

在不进行沉大的系统沉新设计的情况下，要将现有的USB平台(蕴含老式插口)轻松转换为USB Type-C，必要一个CC节造器器件

。为了支持USB SuperSpeed，还必要一个拥有USB SuperSpeed复用职能的额表器件

。
TUSB321是一个单芯片USB Type-C端口CC节造器，它可被配置为一个DFP，UFP或DRP

。它是一款自主器件

。现实上，借助某些预先设定的配置，它的运行不必要任何的用户过问

。不外，可选择进行软件过问，它可能提供某些对设计人员有效的其它职能

。

图5：典型通路配置器件的职能方框图

HD3SS3212是一款USB SuperSpeed无源复用器;它使用CC节造器提供的信号工程尝试室 (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的数据速度，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

某些系统也许必要针对USB SuperSpeed的加强信号，以切合插口的要求

。一个转接驱动复用器可能提供信号调节与USB SuperSpeed开关的双沉职能

。USB Type-C提供音频附件个性;这一个性可能通过Type-C插口提供头戴式耳机和麦克风职能，从而在某些系统中，免去了对于3.5mm音频端口的必要

。音频信号使用D+，D-和USB信号

。要提供音频职能，将会必要一个额表的复用器，而这不是本文的会商领域

。

总结

由于其职能性和矫捷性，USB Type-C将会受到电子设备爱好者的宽泛欢迎

。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长

。对于大无数根基实现方式，好比说USB和 15W电压，这个转换是很容易的——你只必要升级插口，增长一个CC节造器，以及一个可选的USB 3.1 SS复用器

。