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如何利用参考设计解决Type-C开发过程中的疑难杂症?-3

2020.10.26

  连接埠与连接线的配置如图2、图3所示。由于插座连接埠中的讯号採用对称设计,因此翻转插头并不会造成任何问题。USB 3.1 SuperSpeed TX/RX、VBUS、GND以及所有其他引脚会正确连接,不必考虑方向性。从使用者角度来看,因为Type-C连接线可以任一方向插入,因此是Type-A连接埠的升级版。

  USB Type-C具有多功能且方便易用,但却增加了採用USB Type-C的装置的内部複杂性。虽然增加功率容量,可提供高达100W的电力,为高电流装置充电,但也为不需要如此高功率的装置造成问题。电力传输协定也因此应运而生。PD可确保透过任何连接装置传输或获得适当范围的功率。

  主机下行/装置上行连接埠 两者须在功率达成一致

  在讨论USB Type-C之前,有必要先对装置、主机、电源供应器(电源)和电源接收器(消耗装置)进行区分。主机不一定是电源,因此这两个名词不能够交替使用。主机发起所有通讯而装置做出回应。一般而言,主机是下行连接埠(或称为DFP);装置则是上行连接埠(或称为UFP)。如果连接两台主机,则主机可充当双重用途连接埠(或称为DRP),在主机和装置角色之间切换。以下例子针对上述词彙提供说明:将键盘连接至笔记型电脑时,键盘是UFP和消耗装置,而笔记型电脑是DFP和电源。

  连接装置之间的初始电力传输协议是透过一系列电阻器执行,当Type-C插头插入插座时,这些电阻器充当CC线路上的分压器。由于插头中的CC线路会连接至插座中的CC1或CC2,因此插座只要测量CC1和CC2线路上的电压,即可判定插头的方向。上拉电阻的不同数值可传达电源能够提供的电流量,同时可确定UFP和DFP分别是什么。电力消耗装置没有办法透过不同的下拉电阻值指出其消耗的电流量,而是必须不断地调整其负载以符合电源供应器可提供的最大电流。

  为了能够正确读取分压器,两个装置都需要有类比处理单元,通常是以MCU内部精淮的ADC形式出现。ADC可持续测量CC线路上的电压,藉此监控插头与插座之间的连接。MCU也称为PD控制器,可处理完整的实体层以及上层协定,也会与正在传输或接收的功率进行协商。若针对简单的Type-C应用,功率协商机制可使用电阻停止。但是为了提供更具适应性的设计,装置可透过在CC线路上进行通讯,对于不同的设定达成一致意见。

  决定插头方向以及初始功率之后,装置会使用CC线路彼此通讯(图4)。透过这种方式,装置可以在不同的电源功率上达成一致,并且指定消耗装置或电源,以即时调节电力传输。CC线路通讯也可以用于通知将使用的通讯类型。如先前所述,USB Type-C可于高速线路、USB 2.0等进行通讯。装置会通知这些线路中可以透过CC线路使用的线路。但是并非所有装置都支援所有通讯协定。


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