TYPEC 接口芯片CC邏輯原理與必要性
我的TYPEC接口設(shè)備真的需要TYPEC接口控制芯片嗎？
USB Type-C憑借其自身強(qiáng)大的功能，在Apple， Intel， Google等廠(chǎng)商的強(qiáng)勢(shì)推動(dòng)下，必將迅速引發(fā)一場(chǎng)USB接口的革命，并將積極影響我們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷妗?/SPAN>為了能夠使自己的設(shè)備兼容這些接口，通常需要增加一個(gè)TYPEC接口CC邏輯控制芯片，但其實(shí)并不是每一種設(shè)備都需要增加CC邏輯控制芯片(例如： Legendary Technology LDR6013)。本文討論一個(gè)重要的專(zhuān)業(yè)問(wèn)題：USB Type-C設(shè)備到底是否需要CC邏輯檢測(cè)與控制芯片?
要回答這個(gè)問(wèn)題，我們得先從基本概念談起。
DFP(Downstream Facing Port)：
下行端口，可以理解為Host，DFP提供VBUS，也可以提供數(shù)據(jù)。典型的DFP設(shè)備是電源適配器，因?yàn)樗肋h(yuǎn)都只是提供電源。
UFP(Upstream Facing Port)：上行端口，可以理解為Device，UFP從VBUS中取電，并可提供數(shù)據(jù)。典型設(shè)備是U盤(pán)，移動(dòng)硬盤(pán)，因?yàn)樗鼈冇肋h(yuǎn)都是被讀取數(shù)據(jù)和從VBUS取電，當(dāng)然不排除未來(lái)可能出現(xiàn)可以作為主機(jī)的U盤(pán)。
DRP(Dual Role Port)：雙角色端口，DRP既可以做DFP(Host)，也可以做UFP(Device)，也可以在DFP與UFP間動(dòng)態(tài)切換。典型的DRP設(shè)備是電腦(電腦可以作為USB的主機(jī)，也可以作為被充電的設(shè)備(蘋(píng)果新推出的MacBook)，具OTG功能的手機(jī)(手機(jī)可以作為被充電和被讀數(shù)據(jù)的設(shè)備，也可以作為主機(jī)為其他設(shè)備提供電源或者讀取U盤(pán)數(shù)據(jù))，移動(dòng)電源(放電和充電可通過(guò)一個(gè)USB Type-C，即此口可以放電也可以充電)。
CC(Configuration Channel)：配置通道，這是USB Type-C里新增的關(guān)鍵通道，它的作用有檢測(cè)USB連接，檢測(cè)正反插，USB設(shè)備間數(shù)據(jù)與VBUS的連接建立與管理等。
USB PD(USB Power Delivery)：PD是一種通信協(xié)議，它是一種新的電源和通訊連接方式，它允許USB設(shè)備間傳輸最高至100W(20V/5A)的功率，同時(shí)它可以改變端口的屬性，也可以使端口在DFP與UFP之間切換，它還可以與電纜通信，獲取電纜的屬性。
Electronically Marked Cable：封裝有E-Marker芯片的USB Type-C有源電纜，DFP和UFP利用PD協(xié)議可以讀取該電纜的屬性：電源傳輸能力，數(shù)據(jù)傳輸能力，ID等信息。所有全功能的Type-C電纜都應(yīng)該封裝有E-Marker，但USB2.0 Type-C電纜可以不封裝E-Marker.
USB Type-C設(shè)備DFP-to-UFP配置流程與VBUS管理有如下主要流程：
設(shè)備連接與分開(kāi)檢測(cè)：DFP需要檢測(cè)到CC管腳上有某個(gè)電壓時(shí)，判斷UFP設(shè)備已插入或拔出，來(lái)提供和管理VBUS.當(dāng)沒(méi)有UFP設(shè)備插入時(shí)，必須關(guān)閉VBUS，這是與現(xiàn)有電源適配器最大的不同點(diǎn)。因此所有的DFP設(shè)備需要CC邏輯檢測(cè)與控制芯片以及VBUS開(kāi)關(guān)電路。
插入方向檢測(cè)：如圖1，雖然USB Type-C插座和插頭的兩排管腳上下對(duì)稱(chēng)，USB數(shù)據(jù)信號(hào)都有兩組重復(fù)的通道，但主控芯片通常只有一組TX/RX和D+/-通道。由于USB2.0的數(shù)據(jù)率最高只有480Mbps，可以不考慮信號(hào)走線(xiàn)的阻抗連續(xù)性而得到較好地?cái)?shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，因此USB2.0的D+/-信號(hào)可以不被MUX控制而直接從主控芯片一分二連接至USB Type-C插座的兩組D+/-管腳上。但USB3.0或者USB3.1的數(shù)據(jù)率高達(dá)5Gbps或者10Gbps，如果信號(hào)線(xiàn)還是被簡(jiǎn)單地一分二的話(huà)，不連續(xù)的信號(hào)線(xiàn)阻抗將嚴(yán)重破壞數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，因此必須由MUX切換來(lái)保證信號(hào)路徑阻抗的一致性，以確保信號(hào)傳輸質(zhì)量。下圖中右側(cè)所示的MUX從TX1/RX1和TX2/RX2中選擇一路連接至主控芯片，而這個(gè)MUX就必須被CC Logic控制。
因此，在USB2.0應(yīng)用中，無(wú)需考慮方向檢測(cè)問(wèn)題，但USB3.0或者USB3.1應(yīng)用中，必須考慮方向檢測(cè)問(wèn)題。
圖1 USB Type-C數(shù)據(jù)走線(xiàn)邏輯模型
但必須注意的是在USB3.0/USB3.1的應(yīng)用中，有一種情況也可以不需要MUX，即不需要方向檢測(cè)，如圖2所示，不管是正插還是反插，左側(cè)主機(jī)都可以根據(jù)CC管腳上的狀態(tài)來(lái)切換MUX來(lái)連通USB3.0/USB3.1信號(hào)。此場(chǎng)景發(fā)生在右側(cè)設(shè)備永遠(yuǎn)是UFP的情況下，比如U盤(pán)，移動(dòng)硬盤(pán)等。 因此，USB3.0/USB3.1應(yīng)用中，除UFP設(shè)備以外的所有設(shè)備都需要CC邏輯檢測(cè)與控制芯片。
建立DFP-to-UFP和VBUS管理與檢測(cè)
DRP在待機(jī)模式下每50ms在DFP和UFP間切換一次。當(dāng)切換至DFP時(shí)，CC管腳上必須有一個(gè)上拉至VBUS的電阻Rp或者輸出一個(gè)電流源，當(dāng)切換至UFP時(shí)，CC管腳上必須有一個(gè)下拉至GND的電阻Rd.此切換動(dòng)作必須由CC Logic芯片LDR6013來(lái)完成。
當(dāng)DFP檢測(cè)到UFP插入之后才可以輸出VBUS，當(dāng)UFP拔出以后必須關(guān)閉VBUS.此動(dòng)作必須由CC Logic芯片來(lái)完成。
USB Type-C VBUS電流檢測(cè)與使用
USB Type-C中新增了電流檢測(cè)與使用功能，新增三種電流模式：默認(rèn)的USB電源模式(500mA/900mA)，1.5A，3.0A.三種電流模式由CC管腳來(lái)傳輸和檢測(cè)，對(duì)于需要廣播電流輸出能力的DFP而言，需要通過(guò)不同值的CC上拉電阻Rp來(lái)實(shí)現(xiàn);對(duì)于UFP而言，需要檢測(cè)CC管腳上的電壓值來(lái)獲取對(duì)方DFP的電流輸出能力。
USB PD通訊
USB PD看似只是電源傳輸與管理的協(xié)議，實(shí)際上它可改變端口角色，可與有源電纜通訊，允許DFP成為受電設(shè)備等諸多高級(jí)功能，因此支持PD的設(shè)備必須采用CC Logic芯片。
發(fā)現(xiàn)與配置擴(kuò)展其它外設(shè)(Audio，Debug)
USB Type-C支持語(yǔ)音附件以及Debug模式，USB Type-C接口的耳機(jī)如果只作為UFP且因?yàn)槠涔妮^小而無(wú)需檢測(cè)DFP的供電能力時(shí)，無(wú)需CC Logic芯片。
綜上，所有的DFP(如電源適配器)，所有的DRP(如電腦，手機(jī)，平板，移動(dòng)電源)，所有需要檢測(cè)DFP電流輸出能力的UFP，所有支持PD的設(shè)備，都需要CC邏輯檢測(cè)與端口控制芯片(例如: Legendary Technology的LDR6013)。換句話(huà)說(shuō)，只有因?yàn)楣妮^低而不需要檢測(cè)電流能力的UFP(U盤(pán)，耳機(jī)，鼠標(biāo)等)才不需要CC邏輯檢測(cè)端口控制芯片。
