Type-C 应用中的 USB 集线器
摘要
USB Type-C® 现在正在逐渐取代旧的 USB 标准。USB-C® 集线器是一种扩展 USB-C 端口功能的设备，该端口是许多现代设备中相对较新的接口类型。本应用手册介绍了 USB Type-C 是什么，并说明了 USB 集线器在 Type-C 应用中的作用。本应用手册还介绍了一些典型的 Type-C 集线器示例。
商标
USB Type-C® and USB-C®are reg TMs ofUSB Implementers Forum.
Other TMs
1 引言
USB Type-C 连接器生态系统可满足现代平台和设备不断变化的需求，并且符合更小、更薄且更轻便的外形设计趋势。此外，针对 Type-C 连接器修改 USB 电力传输 (USB PD) 有助于满足高耗电应用的需求。
为了充分利用 Type-C 的优势，USB-C 集线器提供了一种经济高效且节省空间的方式，用于为笔记本电脑、PC 或游戏系统添加端口，从而支持用户连接使用额外的显示器或外设。
2 什么是 Type-C？
USB Type-C 将数据、电力和视频功能整合到一个连接器接口中。USB-C 还可以从新平台中消除桶形电源插孔接口。USB Type-C 支持 USB 2.0 和 USB 3.1，同时提供交替 (Alt) 模式选项，例如用于视频功能的 DisplayPort。USB Type-C 提供 15W 的原生供电能力，加上 USB PD 后可提供高达 100W 的增强供电能力。该接口可实现更小、更薄、更强大的连接器，提供高达 20Gbps 的数据速率。该线缆可逆插、可翻转，可在任一方向连接主机或客户端设备。系统设计人员正在积极寻找向客户提供这些出色功能和灵活性的方法。
如图 2-1 所示，USB-C 连接器是一种用于 USB 数据、视频和电力传输的一体化设计。
图 2-1 USB-C 连接器3 USB-C 应用中的 USB 集线器
3.1 扩展 USB-C 端口
USB 集线器可用于扩展 USB-C 端口的功能，为笔记本电脑、PC 或游戏系统添加端口，以便用户可以连接其他设备或外设。图 3-1 展示了通过 TUSB8044A 集线器扩展的三个典型 Type-C 端口。在此应用中，集线器上行端口连接至 USB 主机。下行端口可用作 Type-A 端口或配置为 Type-C DFP 端口。
图 3-1 使用 USB 集线器扩展 USB-C 端口1：HD3SS3212 USB3 多路复用器 + CC 控制器：
HD3SS3212 是一款 USB 3.1 SS 多路复用器，具有 2:1 切换功能（用于处理电缆翻转）。CC 控制器确定电缆的方向并控制多路复用器选择。
2：HD3SS3220
HD3SS3220 集成了 USB 3.1 SS 多路复用器 HD3SS3212 和 CC 控制器 TUSB322。该器件还将此方向信号作为 GPIO 信号 DIR 提供，在系统中用于提高灵活性和实现必要功能。
3：USB3 转接驱动器多路复用器 + PD 控制器
USB Type-C 端口还可以配置为使用交替模式支持其他数据协议。理论上，线缆制造商可以制造一种使用 USB-C 端口传输 DisplayPort 或 HDMI 数据的线缆。要支持交替模式或电力传输，PD 控制器需要与 USB 3.1 转接驱动器多路复用器配合使用，从而实现完整的 Type-C 功能。
3.2 USB-C 显示器中的 USB 集线器
USB-C 领域中的典型 USB 集线器应用是 USB-C 集线器显示器。该应用通常包含一个电源插孔、一个 DisplayPort 输入、一个 HDMI 输入、一个 USB Type-C 端口、两个或更多 USB Type-A 端口、一个或多个 USB-C 端口和一个以太网插孔。
USB-C 集线器显示器展示了 USB-C 的优势和功能。USB-C 可以将图像传输至显示器，将显示器用作 USB 集线器，而且如果显示器具有电源，则可通过单根 Thunderbolt 3 USB-C 线缆为笔记本电脑供电。通过使用兼容的线缆和设备，用户能够在两台显示器上以 60 帧/秒 (fps) 获得高达 4K 的分辨率，或者在单台显示器上获得高达 5K 的分辨率。或许，该技术最显著的优势是允许通过显示端口轻松地以菊花链方式连接多台显示器。
USB-C 集线器显示器可以消除桌面上的大量线缆。您无需将外设连接至 PC，而是将其连接至显示器，随后通过 USB-C 将显示器连接至 PC。配有 USB-C 的笔记本电脑受益最大。USB-C 集线器显示器可以同时用作视频线和电源线。
在 USB-C 集线器显示器应用中，集线器上行端口由 PD 控制器配置为 UFP，下行端口可用作 Type-A 端口或 Type-C DFP 端口。
3.3 TUSB8044A 通过 USB Type-C 告示板指示交替模式
图 3-2 展示了 USB 集线器 TUSB8044A 通过 USB-C 告示板指示交替模式。
USB 告示板是一种向主机系统指示所支持的交替模式的器件。USB 告示板是一种简单的 USB 2.0 器件，适用于支持 USB Type-C 交替模式的设备。
告示板描述符用于通过 BOS 描述符功能广播器件支持的交替模式功能和配置。
在成功进入交替模式后，无需切换即可读取告示板描述符。仅在无法进入交替模式时，PD 控制器才会向 TUSB8044A 发送信号，以通过 GPIO 提供 USB 告示板接口。USB 告示板会通过 USB 2.0 接口提供。这里需使用告示板来避免无声故障，从而改善用户体验。
图 3-2 TUSB8044A 通过 Type-C 告示板指示交替模式