USB-C接口的应用及设计原理解析

USB-C接口的应用及设计原理解析

USB-C PD设计需要什么？

在产品设计中，第一步都是定义所需的功能集。在具有供电的USB-C系统中尤其如此，因为支持PD功能会直接影响系统成本。PD本身增加了系统的成本，因此最终产品必须从供电功能中获益，以确保成本的合理性。

一个最简单的USB-C应用是纯充电端口。在这种情况下，系统的设计目的是为与其连接的设备供电和/或充电。这类系统的一个例子是汽车上的后排充电口、电动工具电池或房屋里的壁式充电器。

图1：作为纯充电电源的USB-C端口框图

· USB-C端口控制器——协商连接和电源协议。

· 支持连接检测和控制的USB-C连接器

· 符合USB供电规范3.0的MAC

· 预编程供电固件

· 支持所有标准供电配置文件（15/27/45/60/100W）

· 集成降低BOM成本和设计复杂性的精选模拟组件。连接所需的示例包括：

o 支持Rp/Rd切换的VCONN FET

o 电量耗尽Rd端接

o 针对过流情况的可编程电流检测功能

o 针对过压情况的电压检测功能

· 适用于应用的温度支持

因为这是一个纯充电的示例，因此不需要其他系统控制器。虽然有些供应商提供可编程器件，但纯充电解决方案的逻辑选择是预编程产品，没有软件要求，系统配置通过简单的器件配置脚（接地或Vcc连接）完成。只要控制器符合PD 3.0标准，用户就可以访问所有标准电源配置文件：15W/27W/45W/60W/100W。

对于直流/直流转换器，转换器类型的选择主要取决于输入电压。电源必须始终能够提供5至20V的输出电压，才能完全符合PD标准。对于具有24 VDC输入或电压大于20 VDC的系统，基本降压拓扑结构可以提供经济高效的解决方案。对于低压直流或离线交流供电系统，则需要采用其他拓扑结构。

图2：作为电源的USB-C连接框图（包含USB2数据）

Connector

USB Type-C

连接器

VBUS

VBUS

CC引脚

CC Pins

CC引脚

负载开关

DC:DC

Controller

直流:直流

控制器

USBTM Type-C

Transciever

USBTM Type-C

Xbar Switch

Xbar开关

Vin

Vin

DP Connector

DP连接器

security

安全性

SmartHub

USBTM 多端口

智能集线器

Vin

Vin

DC:DC Controller

直流:直流控制器

USBTM Type-C

Transceiver

USB Type-C

收发器

Load switch

负载开关

VBUS

VBUS

CC Pins

CC引脚

USB Type-C

Connector

USB Type-C

连接器

Type A Power

Type A电源

USB Type A

USB Type A

图3：基于USB集线器的基础架构，支持Type-A端口、Type-C端口和交替模式

该系统中使用多端口“智能集线器”，可为设计人员提供更高效的系统级设计。虽然设计人员可以轻松购买一个功能更丰富的端口控制器并将功能分开，但使用集线器中的控制器作为端口控制器可以降低成本与处理开销。这在多端口系统中尤其如此，在这些系统中，数据移动或功率使用的协调非常重要。

为了支持交替模式功能，该设计包含一个外部交叉开关多路复用器，可将视频数据重定向到DP连接器以支持外部显示器。该系统还展示了当今系统中常见的USB-A和USB-C连接器的实际组合。

为了解决当前对数据和网络安全日益关注的问题，该设计还包含一个安全IC，允许对系统固件进行安全更新。Microchip的ECC608A等高度安全器件允许设计人员通过使用NIST、SHA-256和HMAC散列以及AES-128加密来确保代码的安全性，甚至连制造商也不知道所有者的密钥。

上述系统BOM示例的新增内容包括：

· USB多端口智能集线器——包含控制器和多个USB连接。

· 交叉开关多路复用器——将各种数据通道转移到不同的位置。

· DP连接器——连接到视频显示器。

· Type-A连接器

· Type-A电源

· 安全IC——允许更新集线器的安全代码。

· 每个端口的USB-C收发器

· 每个USB-C PD端口的直流/直流转换器

总结

USB-C是一种最终使多种类型的数据和多种功率级别在单个连接器中共存的连接器。使用智能集线器设计可以轻松实现HostFlex和功率平衡等高级系统功能，而基本充电电路可以通过简单和可配置的端口控制器来实现。未来的设备将继续提高集成度并降低实现难度。

设计人员不必为将USB-C添加到其设计中的任务担心，因为半导体公司（如Microchip）正在生产独特且功能强大的端口控制器、收发器和配套的直流/直流转换器，以及简化设计工作和降低风险所需的支持。

版权声明：本文内容由网络用户投稿，版权归原作者所有，本站不拥有其著作权，亦不承担相应法律责任。如果您发现本站中有涉嫌抄袭或描述失实的内容，请联系我们jiasou666@gmail.com 处理，核实后本网站将在24小时内删除侵权内容。