ZHCY216 November   2024

 

  1.   1
  2.   引言
  3.   USB Type-C® 的基础知识
    1.     摘要
    2.     USB-C 数据速度和功率级别
    3.     数据和电源角色
    4.     USB-C 引脚排列和可正反插接
    5.     USB-C 电缆检测和方向
    6.     何时需要 USB PD 控制器?
  4.   USB Type-C® 的发展历程
    1.     摘要
    2.     USB 连接器基础知识
    3.     USB 和 USB PD 协议发展历程
    4.     USB-C 与 USB PD
    5.     USB PD 3.1 规范的演变
  5.   USB Type-C® 和 USB PD 规格简介和概述
    1.     摘要
    2.     USB-C 连接
    3.     VCONN 和消息类型
    4.     通过 CC 线协商 USB PD 功率
    5.     数据角色交换
    6.     电源角色交换
    7.     USB PD 交替模式简介
    8.     EPR 简介
  6.   通过 USB Type-C® 传输 USB 信号
    1.     引言
    2.     通过 Type-C 传输 USB 2.0 信号
    3.     低速和全速
    4.     高速
    5.     低速、全速和高速数据速率
    6.     USB 2.0 信号完整性
    7.     通过 USB-C 实现 SuperSpeed 信令
    8.     SuperSpeed 启动速度协商
    9.     SuperSpeed 信号完整性难题
  7.   USB Type-C® 的信号多路复用
    1.     USB-C USB 2.0
    2.     USB-C USB 3
    3.     USB PD DisplayPort™ 交替模式多路复用
    4.     DisplayPort 源设备 (DFP_D) 引脚分配 C
    5.     DisplayPort 源设备 (DFP_D) 引脚分配 D
    6.     DisplayPort 源设备 (DFP_D) 引脚分配 E
    7.     DisplayPort 接收端设备 (UFP_D) 引脚分配 C
    8.     DisplayPort 接收端设备 (UFP_D) 引脚分配 D
    9.     DisplayPort 接收端设备 (UFP_D) 引脚分配 E
  8.   USB4
    1.     USB4 概述
    2.     USB4 发现和进入流程
    3.     USB4 系统
    4.     边带通信
    5.     USB4 通道和数据速率
    6.     损耗预算
    7.     通过 SBU1 和 SBU2 支持 DisplayPort 交替模式和 USB4
  9.   eUSB2 简介
    1.     摘要
    2.     eUSB2 概述
    3.     eUSB2 模式
    4.     其他特性
  10.   扩展功率范围 (EPR)
    1.     摘要
    2.     什么是 EPR?
    3.     技术规格
    4.     安全影响 >100W
    5.     处理与 TI PD 控制器的功率协商
    6.     结语
  11.   USB Type-C® 和 USB 电力输送常见用例和方框图
    1.     5V USB-C 仅供电方端口(无 USB PD)
    2.     基本功能块
    3.     具有 USB 3.0 数据功能的 5V USB-C 仅供电方端口(无 USB PD)
    4.     5V USB-C 仅受电方端口(无 USB PD)
    5.     5V USB-C DRP(无 USB PD)
    6.     具有 USB PD 的 20V USB-C 仅供电方端口
    7.     具有 USB PD 的 20V USB-C 仅受电方端口
    8.     具有 USB PD 和 DisplayPort™ 交替模式的 5V 供电方、20V 受电方 USB-C 端口
    9.     具有 USB PD 和电池充电器的 20V
  12.   终端设备特定方框图
    1.     摘要
    2.     笔记本电脑和工业 PC
    3.     扩展坞
    4.     Bluetooth® 扬声器
    5.     Wi-Fi® 路由器和智能扬声器
    6.     电动工具
  13.   TI PD 控制器的优势
    1.     摘要
    2.     针对常见设计挑战的 TI 解决方案
      1.      TI 提供高度集成的解决方案
      2.      TI 提供简单的配置工具
      3.      TI 产品经过严格验证并已获得 USB-IF 认证
    3.     使用 TI PD 控制器的其他优势
      1.      TI 提供完整的参考设计
      2.      TI 提供出色的客户支持
      3.      结语

具有 USB PD 和 DisplayPort™ 交替模式的 5V 供电方、20V 受电方 USB-C 端口

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。

 5V 供电方 20V 受电方 USB PD 方框图图 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。

 具有 DisplayPort™ USB PD 的 5V 供电方 20V 受电方设计方框图图 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。