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　　本文探討了USBType-C和PowerDelivery(簡稱PD)新的設計規格，并解釋與設計Type-C電子標記線纜有關的方方面面。本文引用地址：http:www.eepw.com.cnarticle201607294609.htm　　USBType-C是最新發布的USB線纜。它是一個簡單但卻強大的互連標準，旨在增強現有的USB3.1標準，并解決傳統USB存在的一些主要問題，其中包括：　　●固定的插入方向-傳統USB線纜必須正向插入。　　●固定的線纜方向-Type-A連接器必須連接上游設備，Type-B連接器必須連接下游設備。　　●較大的連接器尺寸-妨礙超薄工業設計的實現　　　　圖1USBType-C：未來的連接器　　USBType-C借助以下增強特性解決上述所有問題：　　●可逆的插入方向：通過單線方向檢測從而允許線纜正反插。Type-C不會插錯。　　●可逆的線纜方向-線纜兩端的USBType-C連接器完全相同，因此具備無方向性特點。　　●插頭高度僅為2.4mm，可打造超薄工業設計，實現更高的封裝靈活性。　　此外，USBType-C還能輕松實現高達100W的低成本供電功能。　　　　圖2USB供電　　USB正從一種能夠提供有限電能的數據接口演變為既可以做電源主要提供者同時也可以用作通用數據接口功能。USB供電已從USB2.0(5V，500mA)發展到USB3.0(5V，900mA)，再到電池充電(BC)v1.2(5V,1.5A)，為更多日常設備提供電能。新的USBType-C規范通過將能電流上限提至3.0Amps，將USB功率升至15W。USB供電(USB-PD)是一個全新規范，旨在通過一條線纜實現更加靈活的供電(最高100W，20V，5A)和數據傳輸功能。其目的是允許對筆記本電腦、平板電腦和USB供電型硬盤以及類似高功率消費電子設備進行充電。某些市場制訂了基于USB接口的國內手機充電標準，其中包括歐盟和中國。這兩個規范可提升手機以外設備的標準化水平。　　　　圖3USBType-C可減少線纜纏繞，并提高易用性　　跑在Type-C上的USB-PD增加了一個通過Type-C信號的邊帶通信信道，即配置信道(CC)。CC導線既用于USBType-CVBUS電力級通知，也用于USB-PD協商與控制。USB-PD使用PD消息完成四個目的，包括：　　1)數據包起點(SOP)枚舉。　　2)VBUS電壓與電流協商。　　3)角色協商，三個類型的角色協商也通過USB-PD消息完成，它們包括USB數據、VBUS電力和VCONN電力。　　4)AlternateMode枚舉、協商與管理也通過USB-PD消息完成。　　Type-C集電力、數據和視頻于一條線纜中　　　　圖4通過Type-C傳輸電力、數據和視頻　　Type-C接口包括：　　●支持DisplayPort、PCIe等alternatemode的兩組SuperspeedUSB線路(RX1TX1和RX2TX2);　　●用于AlternateMode的兩條SidebandUse(SBU)線路;　　●用于Hi-SpeedUSB2.0的Dp和Dn線路;　　●用于總線供電的VBUS線路;　　●用于為線纜控制器供電的VCONN線路(只位于Type-C插頭接口上);　　●用于PD通信的配置信道(CC)。　　插頭的翻轉問題　　Type-C插座可處理線纜插頭的任意方向。USBType-C插座完全對稱。所有的供電、接地和信號引腳兩邊對稱，從而讓USBType-C插頭能夠在Type-C接口中任意翻轉。　　　　圖5Type-C可正反插　　翻轉Type-C插頭時(如圖5所示)：　　●GND、USB2.0和VBUS信號保持連接。USB2.0信號被復制到Type-C插座的上下兩層，以保持任意方向的連接。　　●插頭上的VCONN或CC引腳可以連接插座中的任意一個配置信道引腳-CC1或CC2(取決于插入方向)。　　●兩條Superspeed線路的其中一條保持正確連接，USBType-C插座必須使用SuperSpeedmux合理地進行連接。　　如何檢測插頭方向　　USBType-C規范解釋了上行面端口(UFP)如何利用CC引腳CC1和CC2上的下拉電阻(Rd)申報成為一個外設。下行面端口(DFP)需要在CC1和CC2上配備上拉電阻(Rp)。所構成的電阻分壓器用于確定Type-C外設是連接還是分離狀態;以及Type-C插頭的方向，因為線纜中只連接了一個CC引腳(如圖6所示)。　　DFP，尤其扮演USB數據主機的DFP，通常是指PC等主機上的端口或者設備連接的集線器上的下行端口。在其初始狀態，DFP為VBUS和VCONN供電。UFP是指設備上的端口或者連接DFP的集線器上的上行端口。　　Type-C電子標記線纜組件(EMCA)需要使用VCONN向線纜內部的標記電子元件供電。這些EMCA在Type-C插頭的VCONN引腳上配有Ra終結電阻器。沒有電子標記的Type-C線纜不含電子元件，因此不需要VCONN供電。這些非EMCA線纜中的VCONN引腳沒有固定在Type-C插頭。　　　　圖6Type-C連接方向檢測　　Type-C插座CC引腳上的Rp和Rd終結電阻器能夠檢測連接事件，并識別插座中Type-C插頭的方向。DFP和UFP監測Type-C插座中兩個CC引腳的電壓相對于無端接電壓的電壓變化，以此監測連接事件。UFP還監測VBUS，是檢測DFP連接的另一個指標。DFP和UFP都能從各自連接端識別Type-C插頭方向，這是因為線纜中只連接了一個CC引腳。確定連接和方向后，如果檢測到一個Ra終結電阻器，DFP將把另一個CC引腳更改為VCONN，以便向USBType-CEMCA插頭中的電子元件供電。　　Type-C電力傳輸　　USBType-C規范允許通過VBUS和接地信號，從DFP到UFP最多可以傳遞15W電能。當使用純Type-C解決方案時，只能使用5V電壓傳送這15W電能。如果您為純Type-C系統增加了USBPD規范，您就創建了一個Type-CPD系統，可將VBUS電壓提至5V以上，最高提至20V，并將VBUS電流最大升至5A。在純Type-C系統中，由DFP和UFP分別供電的Rp和Rd電阻器構成的分壓器決定了VBUS電源的電流上限。UFP必須檢測這個RpRd電壓分壓器電壓，并用它來決定從VBUS電源獲得的最大電流。這個RpRd電壓分壓器電壓不是靜態的;隨著充電生態系統的環境變量不斷改變，DFP可以動態改變其電流上限。UFP必須始終監測這個電壓，并遵守DFP指示的新的VBUS電流上限。　　純Type-C解決方案的這個行為-即DFP指示，UFP遵守的行為-揭示了純Type-C系統的一個弱點。純Type-C系統中不存在協商，而Type-CPD系統可雙向協商VBUS電壓和電流。通過向一個純Type-C系統增添USB-PD，從而創建一個Type-CPD系統，您就能夠為VBUS功率協商提供必要的靈活性。　　實現USB-PD時，CC導線上承載的USB-PD雙相標記編碼(BMC)用于實現USBType-C端口之間的USB-PD通信。圖7顯示了USB-PD控制器如何連接CC導線，并向其引入BMC信令。圖中只顯示了一條CC線路(通過線纜連接的線路)。　　　　圖7USBPDoverType-C　　標記芯片如何以電子方式標記線纜組件　　一個電子標記線纜組件(EMCA)就是一條USBType-C線纜，它使用標記芯片向DFP提供線纜的特性。線纜標記是通過將一個USBPD控制器芯片嵌入到線纜的一端或兩端實現的。這些標記芯片由VCONN供電(或VBUS供電，取決于具體設計)。VCONN是一個工作于2.7V和5.5V之間的低壓軌，但功率被限制在1W。VBUS可以是一個高達20V的高壓軌。雖然由VBUS供電的標記芯片具備更大功率的優勢，但電壓較高的標記芯片也更貴。因此，大多數標記芯片由VCONN供電。　　某些EMCA在其中一個槳片卡上配備一個標記芯片，另一些則在兩個槳片卡上分別配備一個標記芯片。如果使用了一個標記芯片，則必須在連接兩個槳片卡的線纜中增加一根VCONN導線。此外，必須在槳片卡上進行隔離，以防止兩個VCONN同時由電壓驅動，在VCONN導線上發生沖突。設計一個或兩個標記芯片的決定應考慮以下成本和收益：　　●如果線纜是一條光纜，兩個槳片卡之間沒有銅線，您必須將兩個標記芯片設計到線纜中。這樣，無論插入DFP中的是哪一端，DFP都可以與線纜通信。　　●如果增加一條與線纜同長的VCONN導線以及增加一個用于安全整合兩條VCONN導線的隔離電路的總成本高于增加兩個標記芯片的成本，您應該考慮增加兩個標記芯片。　　●有時候，為了簡化制造和庫存，在線纜中配備兩個相同的槳片卡要比配備兩個不同的槳片卡更簡單。　　從DFP的角度而言，EMCA配備一個或兩個標記芯片沒有成本或收益問題。DFP以此只能為一個芯片供電，而且只與一個標記芯片通信。線纜控制器存儲與線纜ID和能力有關的配置數據。這些特性包括：　　●VBUS導線的額定電流　　●線纜長度　　●EMCA的類型：被動或主動　　●線纜兩端連接器的類型：Type-CtoType-C、Type-CtoType-A等　　●線纜中控制器的數量:一個或兩個　　●信令類型：USB2.0、USB3.1Gen1或USB3.1Gen2　　●廠商ID：用于標識EMCA制造商的16位ID　　●用于標識EMCA產品的16位ID　　●對AlternateModes(如DisplayPort、PCIe)的支持　　●對廠商專有協議(如廠商專有的對接協議)的支持　　DFP必須利用USBPD或SOP*枚舉發現線纜的特性和UFP的功率要求。SOP是一個通配符ID，代表SOP、SOP和SOP。這些SOPID可被視為Type-C多分支連接中的地址。SOP代表距離DFP最近的EMCA標記芯片。SOP代表距離DFP最遠的EMCA標記芯片。SOP*枚舉是建立PD聯系的第一步，電子標記只能通過USBPDBMC實現。

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