ZHCY216 November 2024
在笔记本电脑或 PC 实现中,一个 USB-C 端口可以实现多种功能:既能灌入 USB PD 电压来为电池充电,也能提供至少 5V 的电压来为鼠标、键盘和闪存驱动器等小型设备供电,同时还能用来连接显示器。可以很明显地看出,USB-C 端口具有具备强大的功能和灵活性,能够满足最终用户对某些终端设备的期望。
图 50 展示了这类系统的电源架构。系统中通常存在多条不同的电源路径:一个用于提供 5V 电压,另一个用于接收高达 20V 的电压。如果系统中只有一个 USB-C 端口,则可以实现单个电源路径,而不是两个单独的电源路径。在这种情况下,您需要电池充电器提供双向支持,并且包括 On-The-Go 支持。大多数需要 5V 供电方能力和 20V 受电方能力以及 DisplayPort 交替模式支持的系统都有多个 USB 端口。
图 50 5V 供电方 20V 受电方 USB PD 方框图如果终端设备有多个 USB 端口,共享的 5V 电压轨可以为 USB Type-A 和 USB-C 端口提供电源。在为连接的设备提供 5V 电压时,您需要根据每个 USB 端口支持的最大电流来计算此 5V 直流/直流电源的功率预算。
通过将受电电源路径连接到电池充电器,不仅可以将电池充电器的电容与 VBUS 隔离开来,同时还能在用户连接交流/直流适配器时确保电池充电器可以接收电源。
与前面的示例一样,USB PD 控制器将具有集成的电源路径或提供通过 GPIO 控制它们的方法。一些 USB PD 控制器提供 N 沟道场效应晶体管 (NFET) 栅极驱动器来直接驱动外部 NFET。
图 50 也表明 USB PD 控制器具有提供 VCONN 的能力。USB PD 仅供电方设计在电流超过 3A 时需要 VCONN。但是,要增加对 DisplayPort 交替模式的支持,需要 VCONN 来确定电缆的数据能力,而不是功率能力。与具有 USB 3.0 数据的 5V USB-C 仅供电方端口示例类似,务必要确认所连电缆也能够支持 DisplayPort 交替模式。VCONN 需要为电缆中的电子标记供电,以便回读其功能。
图 51 展示了一个更完整的方框图,其中包括电源块和数据块,用于实现具有 USB PD 和 DisplayPort™ 交替模式的 5V 供电方、20V 受电方 USB-C 端口设计。
图 51 中的最后一个块是 DisplayPort 交替模式多路复用器。与之前的情况一样,DisplayPort 交替模式也使用 USB-C 连接器上的 SuperSpeed 引脚来传输视频数据。
图 51 具有 DisplayPort™ USB PD 的 5V 供电方 20V 受电方设计方框图DisplayPort 交替模式包括几种不同的引脚配置,这些配置有助于确定 SuperSpeed 引脚在支持 USB 3.0 或 DisplayPort 视频数据之间的分配方式。部分引脚配置通过将所有 SuperSpeed 对专用于 DisplayPort 来为 DisplayPort 实现最大带宽,而另一些引脚配置则拆分 SuperSpeed 对来同时支持 USB 3.0 和 DisplayPort 数据功能。DisplayPort 规范进一步详细介绍了 USB-C 上支持的引脚配置。
DisplayPort 交替模式多路复用器将多个 SuperSpeed 引脚多路复用到 DisplayPort 主机或 USB 主机,具体取决于在 DisplayPort 交替模式中协商的引脚分配。与其他外设一样,USB PD 控制器通过 I2C 或使用 GPIO 与 DisplayPort 交替模式多路复用器通信来对其进行相应的配置。如果端口伙伴还支持 DisplayPort 交替模式,则 USB PD 控制器将与连接的设备自动协商并进入 DisplayPort 交替模式。根据此协商的结果,USB PD 控制器将通过 I2C 或 GPIO 配置 DisplayPort 交替模式多路复用器。在 USB PD 协商期间,始终会首先协商电源,然后是 DisplayPort 等交替模式。