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说说usb type c连接器选择和应用分析

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说说usb type c连接器选择和应用分析

发布日期:2019-09-01 作者: 点击:

usb type c亚博体育体育亚洲最大官网有可能成为未来多数笔记本电脑、智能手机的唯一数据亚博体育体育亚洲最大官网,但这些仅支持usb亚博体育体育亚洲最大官网的设备仍必须与那些非usb亚博体育体育亚洲最大官网的设备进行交互,比如显示器、电视机等。因此,设计人员需要考虑如何在单个连接器中实现USB和其他高速亚博体育体育亚洲最大官网的转换,其中涉及到切换引脚功能、提供诸如ESD的外部瞬变保护以及维护信号质量等问题。usb type c标准通过定义备用模式(Alt Mode)来满足这些需求,这种方法能够动态地更改引脚的功能,从而支持非usb的数据传输协议。

本文对各类标准进行了介绍,有了这些标准,usb type c才能连接到HDMI或其他非usb形式的数据亚博体育体育亚洲最大官网。本文中还包含将HDMI备用模式增加到usb type c亚博体育体育亚洲最大官网时需要考虑的主要问题。

usb规范介绍?

HDMI Forum于2016年底发布了usb type c备用模式规范,此最新版usb标准共包括以下三个部分:

usb type c亚博体育体育亚洲最大官网规范在我们所熟知的type c和type b规范基础上进行了大幅度的修改。对于普通用户来说,有两点改动需要注意:

type c亚博体育体育亚洲最大官网尺寸为8.3mmx2.5mm,较之usb type a和type b小了很多,但却包含24个引脚,之前的版本只有4个引脚。

type c亚博体育体育亚洲最大官网支持正反逆插,这是因为type c亚博体育体育亚洲最大官网采用了对称结构,无论哪一面在上,所有的信号引脚都处在相同的相对位置上。

usb type c还可以通过D+/D-和VBUS/GND引脚与传统的usb 2.0系统进行交互。其引脚布局还包括其他两个规范中定义的新功能引脚(包括备用模式)。图1显示的是type c亚博体育体育亚洲最大官网标准和备用模式引脚映射。

关于USB Type-C的器件选择和应用分析

图1:显示备用模式映射的usb type c引脚布局

usb type 3.1规范更新了usb的电气性能,规定数据传输速率可达到10Gbps(规范中称为SuperSpeed+)。此类亚博体育体育亚洲最大官网需要两个专用的高速数据差分引脚对TX和RX,而且供电标准提升至5V/150mA。

usb供电规范(USB PD)规定了备用模式下的工作方式,能够支持最高100W的充电功率,并极大地提高了供电能力。当与usb type c线缆一起使用时,USB PD允许两个设备进行双向充电。根据type c配置通道(CC)引脚上的通信,甚至还可以随时改变充电方向。

尽管这三个规范是相互独立的,但支持HDMI的usb系统必须同时符合type c和USB PD规范。此外,每个重新映射的引脚必须能够支持其对应的HDMI 1.4协议的数据传输速率。

HDMI 1.4共有六个以四种不同数据速率运行的数据通道:

HDMI以太网和音频回传通道(HEAC):支持100Base-TX(100Mbps)以太网的高速双向数据通信通道。HEAC包括符合IEC 60958-1标准的流媒体音频组件。

TMDS(最小化传输差分信号):三个用于高速视频和数据传输的差分通道。HDMI 1.4的最大数据吞吐率为10.2Gbps或单通道3.4Gbps。

DDC(显示数据通道):基于行业标准I2C协议的通信通道,标准速率为100 Kbps,能够让源设备识别支持的音频/视频格式。

CEC(消费端电子控制):为低速数据通道,允许用户控制多达15个兼容设备。此数据通道符合CENELEC EN 50157-1规范。

HDMI引脚映射标准HDMI Type-A亚博体育体育亚洲最大官网如图2所示。图3显示的是支持HDMI备用模式的全新usb type c连接器亚博体育体育亚洲最大官网引脚定义,它将三个TMDS引脚对及其时钟信号映射到八个USB TX/RX引脚上,两个SBU引脚连接HEAC通道,CC引脚则用于传输低速CEC信号。另外还需注意,D+/D-引脚对并不会受此转换影响,因此USB 2.0数据通道可以和HDMI和平共处。

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图2:HDMI Type-A亚博体育体育亚洲最大官网共有19个引脚,其中有三个高速数据通道用作屏蔽双绞线

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图3:usb type c备用模式亚博体育体育亚洲最大官网中HDMI模式下的引脚映射初始化HDMI备用模式 USB PD规范定义了进入备用模式所需的操作顺序。当用户在两个USB PD端口之间连接一个主动type c线缆时,会在CC通道上执行一系列协商(图4),来确定是采用usb模式还是备用模式,以及应用哪种备用模式标准,并使用一组特定的供应商定义消息(VDM)来确定要使用的标准。

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图4:当USB PD端口首次识别出另一个USB PD端口的存在时就会进行协商,从而确定采用哪种传输协议及数据格式,该协商过程中还涉及其他USB PD功能,比如确定所需的功率级别以及电力传输方向,但HDMI操作并不需要这些功能。一旦初始化序列确定了HDMI为所需协议,这两个端口就会根据需要重新映射引脚,进入HDMI备用模式。

HDMI备用模式架构?

若要usb type c亚博体育体育亚洲最大官网支持HDMI,需要增加哪些硬件组件呢?图5显示的是USB PD亚博体育体育亚洲最大官网的结构图,并标出了备用模式的必备组件。请注意,即使应用没有指定USB PD亚博体育体育亚洲最大官网的功率级别,启用备用模式也需要通过CC线路进行协商,因此必须包含USB PD PHY和PD管理器:

备用模式物理层设备(PHY)接收高端图形处理单元(GPU)的视频信息,并对其进行编码以通过三个TMDS差分数据线路传输。

备用模式多路复用器(MUX)支持在HDMI备用模式和USB两种模式之间进行切换。对于HDMI应用,它将HDMI信号传输给相应的type c亚博体育体育亚洲最大官网引脚;对于usb 3.1应用,它连接的是RX/TX信号,并根据数据传输方向进行切换。

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图5:通过usb type c连接器亚博体育体育亚洲最大官网实现备用模式需要两个额外的模块,如图中绿色部分所示实际实现方法?

HDMI 备用模式规范是全新的,因此专门为这类应用而设计的芯片组仍然还处于开发阶段。不过目前已经推出了DisplayPort备用模式元件,并可与HDMI转换器配合使用。图6显示的是同时支持usb、HDMI备用模式以及完整USB PD规范的usb type c端口框图。

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图6:usb type c/HDMI端口框图

此设计由下面两款基础元件构成:

第一款是Texas Instruments的TPS65982独立式usb type c和PD控制器,用于执行以下多项任务:

检测usb type c线缆的插入状态与插头方向

协商供电特性,并通过I2C协议将信息传递给微控制器单元,从而决定采用哪种操作模式

配置多路复用器的备用模式设置,将usb或HDMI信号传送给相应的目标设备

在运行期间,TPS65982还会对USB供电路径进行管理和控制

第二款是Texas Instruments的HD3SS460是一款4x6通道的高速双向无源多路复用器/解复用器开关,可以在备用模式和usb模式间切换,同时支持亚博体育体育亚洲最大官网翻转。

此外,还有一个视频转换器,用于将DisplayPort信号转换为HDMI格式。


本文网址:http://www.gjytype.com/news/520.html

关键词:usbtypec连接器,typec连接器选择,typec连接器应用

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