Type-C吸納萬(wàn)物,連接世界
近幾年Type-C的成功加速了各大廠商追求極致輕薄的腳步,以往筆電上常見(jiàn)的VGA、HDMI顯示器接口、RJ45網(wǎng)口等逐漸消失,甚至USB Type-A接口數(shù)量都被削減。取而代之的是以Type-C接口及其拓展塢組成的解決方案。
一個(gè)全功能Type-C接口可以通過(guò)拓展塢分出視頻接口(DP/HDMI/VGA)、USB接口、網(wǎng)口、SD/TF卡插槽、耳機(jī)孔等,解決多種媒體需求。受益于USB PD協(xié)議,Type-C接口支持給筆記本電腦快充,也可以給外圍設(shè)備供電,真正做到吸納萬(wàn)物,連接世界。
拆積木一樣把拓展塢拆開(kāi)
為實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)輸出、網(wǎng)絡(luò)連接、外接移動(dòng)硬盤(pán)、U盤(pán)、鍵鼠和快速充電功能,Type-C擴(kuò)展塢需要集成USB PD協(xié)議芯片、HUB芯片和USB網(wǎng)卡芯片;從設(shè)備安全性考慮,還需要集成USB限流保護(hù)和ESD靜電防護(hù)。精簡(jiǎn)的拓展塢系統(tǒng)組成如下圖所示。
沁恒微電子在USB領(lǐng)域深耕多年,可以提供一站式Type-C拓展塢方案,真正實(shí)現(xiàn)USB PD協(xié)議芯片、HUB芯片、USB網(wǎng)卡芯片、USB與DP模擬開(kāi)關(guān)、限流保護(hù)和ESD靜電防護(hù)全覆蓋。免去繁瑣的選型和調(diào)試過(guò)程,方案專業(yè)且成熟,芯片適配性和兼容性有保證。以下是一款經(jīng)典Type-C方案原理。
典型Type-C接口包括4對(duì)超速差分線、2對(duì)D+/D-、1對(duì)SBU、2條CC線、4條VBUS和4條地線。USB 3.x/USB4有多個(gè)規(guī)范,下文統(tǒng)一表述為USB 3.x/USB4。USB 3.x/USB4通過(guò)超速差分線傳輸,USB 2.0通過(guò)D+/D-傳輸。USB2.0、USB 3.x/USB4在線路上相互獨(dú)立。完整的Type-C接口定義如下圖。
USB2.0拓展結(jié)構(gòu)
USB HUB芯片可從Type-C的單個(gè)USB2.0拓展出多個(gè)USB2.0接口,供用戶外部連接移動(dòng)硬盤(pán)、U盤(pán)、鍵鼠等設(shè)備。在HUB拓展的USB2.0接口下,內(nèi)置USB網(wǎng)卡芯片即可拓展網(wǎng)絡(luò)連接功能。由于HUB拓展的USB口對(duì)外連接下游設(shè)備,工作環(huán)境復(fù)雜,建議加入過(guò)流保護(hù)和ESD靜電防護(hù)等。USB2.0典型拓展結(jié)構(gòu)如圖中左側(cè)線路。
①HUB芯片CH334/CH335
沁恒提供CH334/CH335等USB HUB芯片,覆蓋QFN、SOP和LQFP等封裝形式。以CH334為例,該芯片支持高性能的MTT模式,MTT模式下4個(gè)TT處理器各對(duì)應(yīng)1個(gè)端口,并發(fā)處理,性能高于單個(gè)TT處理器分時(shí)復(fù)用的STT模式。芯片上行端口支持 USB2.0高速480Mbps傳輸速率,下行端口支持USB2.0高速480Mbps、全速12Mbps和低速1.5Mbps。芯片采用工業(yè)級(jí)設(shè)計(jì),外圍精簡(jiǎn),得益于5個(gè)USB收發(fā)器均為自研,可有效降低系統(tǒng)功耗和成本。
②低功耗USB網(wǎng)卡芯片CH397
CH397是一款高集成度、低功耗的USB網(wǎng)卡芯片,支持10M/100M以太網(wǎng),免安裝驅(qū)動(dòng)程序或可選廠商驅(qū)動(dòng)程序。該芯片支持休眠模式和低功耗睡眠模式,可通過(guò)魔術(shù)包和網(wǎng)絡(luò)喚醒包等事件進(jìn)行遠(yuǎn)程喚醒,支持UTP CAT5、CAT6雙絞線,傳輸距離達(dá)120米。
③USB限流配電開(kāi)關(guān)芯片CH217
CH217是一款可調(diào)限流門(mén)限的USB端口電源開(kāi)關(guān)芯片。芯片內(nèi)部集成了過(guò)流保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)、欠壓保護(hù)等模塊,支持不超過(guò)2.7A的可編程電流,在下游設(shè)備短路時(shí)可以限制輸出電流從而保護(hù)供電系統(tǒng)。
④ESD保護(hù)芯片CH412
CH412是一款四路ESD保護(hù)二極管陣列芯片,能夠承受IEC 61000-4-2規(guī)定的最高±15KV人體放電和±8KV接觸放電ESD脈沖。
Type-C輸出DP視頻信號(hào)
Type-C可通過(guò)Alt Mode傳輸DP信號(hào),如果需要HDMI,可以另加第三方的DP轉(zhuǎn)HDMI芯片。Alt Mode使用超速差分線,不占用USB2.0,因此Type-C的USB2.0和DP可以共存。若使用一半超速差分線傳輸DP信號(hào),則USB 3.x和DP信號(hào)也可以共存,缺點(diǎn)是DP的帶寬受限。若采用全部超速差分線,則可以提供完整的DP性能,該模式下USB 3.x不再可用。如下圖中間線路。
超高速模擬開(kāi)關(guān)芯片CH482D/CH482X/CH9445F
需要同時(shí)使用USB 3.x和DP功能時(shí),信號(hào)可通過(guò)多路復(fù)用器切換;沁恒超高速模擬開(kāi)關(guān)芯片CH482、4x6通道超高速模擬開(kāi)關(guān)CH9445F等適用于超高速USB 3.x/USB4、DP等差分信號(hào)的切換場(chǎng)景。
拓展塢的調(diào)度處理中心,PD單片機(jī)CH543
拓展塢從筆記本/手機(jī)等設(shè)備要電,或經(jīng)由輔助供電接口為筆記本/手機(jī)充電,甚至從Type-C接口協(xié)商DP信號(hào),均需要通過(guò)USB PD協(xié)議實(shí)現(xiàn)。
與采用外置PD收發(fā)器和控制器的方案不同,沁恒提供內(nèi)置USB PD收發(fā)器和控制器的單片機(jī)CH543。該芯片可實(shí)現(xiàn)Alt Mode下DP信號(hào)的切換與協(xié)調(diào);作為PMIC可用于電源管理,支持受電端、供電端、DRP等角色,支持正反充,最大PD快充功率100W(20V@5A)。CH543還支持可編程灌電流,可通過(guò)FB引腳控制DC-DC分512檔逐級(jí)調(diào)節(jié)DC-DC輸出電壓。
作為控制核心,CH543不但能管理USB PD相關(guān)事務(wù)、監(jiān)控輸入電壓,還可以通過(guò)自帶的USB主機(jī)或設(shè)備接口連接至USB HUB,實(shí)現(xiàn)Billboard功能;或搭配CH217動(dòng)態(tài)控制電流門(mén)限。CH543內(nèi)置PWM、SPI、UART等常規(guī)外設(shè),用戶可根據(jù)需要拓展自定義功能。
本方案支持兩種供電模式:不使用輔助電源時(shí),拓展塢及其下游系統(tǒng)通過(guò)Type-C公口從筆記本電腦、手機(jī)等設(shè)備取電;使用輔助電源時(shí),可以通過(guò)輔助電源給筆記本電腦、手機(jī)等設(shè)備充電,同時(shí)為拓展塢及其下游設(shè)備供電。兩種模式均支持USB PD快充,輔助電源可以額外支持QC等快充協(xié)議。具體供電方式如下圖所示。
以上Type-C拓展塢方案免驅(qū)、即插即用,將USB高速數(shù)據(jù)傳輸、DP視頻接口、100M以太網(wǎng)和USB PD快充功能四合一。WCH擁有相對(duì)豐富的PC和筆電周邊產(chǎn)品線,廣泛應(yīng)用于筆記本電腦、手機(jī)、游戲主機(jī)等典型場(chǎng)景,支持多種操作系統(tǒng)。除上述產(chǎn)品外,基于對(duì)連接技術(shù)和MCU內(nèi)核等長(zhǎng)期研究形成的核心技術(shù)IP,沁恒微電子還提供種類豐富的PD芯片、USB接口轉(zhuǎn)換芯片、低功耗藍(lán)牙SoC及青稞RISC-V內(nèi)核連接型/無(wú)線型/互聯(lián)型MCU。
審核編輯 :李倩
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原文標(biāo)題:拓展塢芯片級(jí)方案
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