實際的實現方法

HDMI 可選模式（Alt Mode）規范是全新的，因此專門為這類應用而設計的芯片仍然還在開發過程中，不過很快就可以使用了，此外我們還可以采用HDMI轉換器。圖6顯示的是同時支持USB、HDMI可選模式以及全USB PD規范的USB Type-C接口的完整結構。

圖6：USB Type-C/HDMI接口內部結構

兩款器件是這樣設計的基礎：第一個是TI的TPS65982 USB Type-C接口以及PD控制器，用于執行多種操作需求：

● 檢測USB Type-C線纜的插入以及插頭的方向

● 協商功率傳輸等級，通過I2C協議將信息傳遞給微控制器單元，從而決定采用哪種操作模式

● 配置多路復用器的可選模式，將USB或HDMI信號正常傳輸

● 在操作運行過程中TPS65982還管理USB的功率使用

第二個是TI的HD3SS460高速雙向無源的4X6多路復用器，可以在可選模式和USB模式之間進行切換，同時支持連接器接頭的翻轉。

最后一個組件是視頻轉換器，實現DisplayPort與HDMI格式的轉換。

設計注意事項

除了上面討論的主要模塊外，還有三項需要特別仔細考慮的：前兩個是兩款保護組件防止受到電磁脈沖的影響，第三個是幫助提升整個系統的性能。

注意保護方面的設計

由于USB接口是暴露在外面的，所以當用戶插入和拔出線纜時必須能夠提供防止潛在ESD（靜電釋放）破壞的發生，但是不同的管腳可能需要不同的ESD解決方案，在千兆數據傳輸速率下，設計者必須采取特殊的預防措施來保持信號的完整性，任何添加到高速數據通道的額外電路，比如ESD保護電路，必須要增加電容保護，此外還必須在整個信號回路中保持阻抗匹配，因為如何不匹配可能會導致信號抖動進而降低信號質量。數據傳輸速率低的管腳，比如SBU和CC，對于需要增加的電容或阻抗則并不是那么的明顯。

八個TX/RX管腳在USB模式和HDMI模式下傳輸高速數據:USB 3.1通道用于USB操作，三個TMDS通道以及時鐘用戶HDMI可選模式下的操作。

TI推出的TPD4E02B04瞬態電壓抑制（TVS）器件用于保護高速數據管腳，它是一款四通道、雙向ESD保護的二極管陣列，每個通道還設計了僅0.25pF的I/O電容，采用行業標準的USON-10封裝，通道信號流向來匹配跟蹤電容。

低速管腳的ESD保護需要采用其他器件，我們下次在討論。

防止VBUS發生短路

USB Type-C連接器的管腳間距通常只有0.5mm，這與之前Type-A接口相比增加了管腳發生短路的風險，與VBUS管腳相鄰的管腳比如SBU和CC就容易發生這類問題，尤其是如果USB/HDMI接口支持完全的USB PD規范這類風險就更高了，因為這種情況下VBUS管腳的電壓可達到22V。這種持續性的電壓不僅可以短時間內出現在相鄰管腳上，在進行熱插拔的過程中甚至可以產生高達44V的瞬態電壓。

TI推出的TPD8S300USB端口保護器（圖7）提供了針對CC和SBU管腳與VBUS發生短路的過電壓保護機制，以及針對電壓抖動的保護。雖然這些管腳不像前面討論的高速管腳對增加的電容那么敏感，但是它們同樣需要ESD保護，TPD8S300可以保護SBU和CC管腳，并為兩個USB 2.0 D+/D-管腳提供額外的ESD保護。

圖7：TPD8S300內部結構顯示了SBU和CC管腳不受VBUS短路問題的影響，增加了四個額外的ESD保護通道（來源：TI）

信號衰減補償

增加組件來防止ESD和VBUS短路問題會對高速HDMI或USB信號有一些影響：盡管設計人員盡了最大努力，但是實際使用時信號的質量不可避免的會受到影響，IC管腳寄生、PCB衰減等因素都會影響信號到達輸出管腳時的質量。

要想使得Type-C接口在傳輸高速數據時保證良好的信號質量還需要在信號鏈路中增加重驅動模塊，這樣才算是成本有效的解決方案。重啟動模塊會提升信號輸出，包括線性均衡來補償通道信號的衰減。對于采用USB Type-C接口的應用，當使用低質量或超長線纜時，它還可以幫助通過兼容性測試來提高設備間的互操作性。

TI推出的TUSB1046集成了可選模式多路復用器和可重驅動，其中的線性可重驅動支持Alt Mode模式下每個通道高達8.1Gbps的數據傳輸速率，足以滿足HDMI 1.4規范的3.4Gbps的需求。盡管TUSB1046最初是為DisplayPort應用而設計的，但是它與協議無關，圖8顯示的是DisplayPort四通道設置，這種配置可以適配三個HDMI TMDS通道和TMDS時鐘。

圖8：TUSB1046配置切換實現HDMI可選模式應用：這部分還支持正常模式下的USB 3.1 SuperSpeed+標準（來源：TI）

未來的趨勢

USB Type-C最新修訂的版本應用廣泛，正在成為消費電子設備（比如筆記本電腦、智能手機）高速數據通信的標準，利用USB Type-C的可選模式，HDMI是最新的高速數據標準，它制定的規范定了在USB Type-C應用中如何高效的使用，設計人員期待其他流行的視頻標準的出現，加入到DisplayPort、Thunderbolt、MHL和HDMI等接口中來，不斷更新替代就的接口協議。

由于HDMI是非常流行的一項標準，預計支持HDMI專用可選模式的器件很快就會面市，不管具體的電路設計是怎樣的，本文討論的許多問題都是任何類型系統都面臨且必須解決的基本工程問題。