如何設(shè)計(jì)USB Type-C接口的顯示器和電視機(jī)
充電頭網(wǎng)在上一期文章中為大家分享了《如何讓手機(jī)的USB Type-C接口邊充電邊聽(tīng)歌》，本期繼續(xù)為大家分享《如何設(shè)計(jì)USB Type-C接口的顯示器和電視機(jī)》。
隨著USB Type-C接口的普及，越來(lái)越多的手機(jī)和筆記本電腦都支持通過(guò)C接口輸出視頻。這個(gè)小巧而精密的接口，大有把傳統(tǒng)的HDMI和DisplayPort接口取而代之的架勢(shì)。特別是usb4的推出，更是為USB TYPE-C接口一統(tǒng)有線接口形態(tài)奠定了基礎(chǔ)。
在這樣的背景下，顯示器和電視機(jī)采用USB Type-C接口就成為了必然。那么怎樣來(lái)設(shè)計(jì)基于USB-C接口的顯示器和電視機(jī)才能具有更好的兼容性，并通過(guò)認(rèn)證呢？下面讓我們來(lái)抽絲剝繭的對(duì)顯示器過(guò)渡到USB Type-C接口的設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行闡述。
第一種形態(tài)，單USB-C接口的便攜顯示器。
在USB-IF協(xié)會(huì)發(fā)布USB Type-C標(biāo)準(zhǔn)后，第一個(gè)推出該接口顯示器的廠商是華碩。
圖1在CES 2016上發(fā)布的全球首款USB Type-C便攜式顯示器
華碩沒(méi)有選擇在原有的臺(tái)式顯示器上推出首款USB Type-C顯示器，而是特立獨(dú)行的推出了便攜式的顯示器來(lái)搭配最先進(jìn)的C接口。這似乎是為了完全突出USB Type-C接口既能夠傳輸功率又能夠傳輸視頻的特性而生的一款產(chǎn)品，完美的詮釋了一根USB Type-C線搞定所有傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)初衷。這個(gè)產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)圖如下：
圖2單USB Type-C接口顯示器的結(jié)構(gòu)框圖
這種便攜顯示器，只需要一顆USB PD控制芯片，類似LDR6023M或者LDR6282即可實(shí)現(xiàn)功率和電源的同步傳輸。對(duì)于輕便的便攜式顯示器來(lái)說(shuō)，這種技術(shù)架構(gòu)最合適不過(guò)了。
第二種形態(tài)，單USB-C接口，同時(shí)具有HDMI/USB擴(kuò)展和直流/交流供電的臺(tái)式顯示器。
這是桌面式顯示器的典型形態(tài)，整個(gè)顯示器通過(guò)直流圓口獲得24V/3A的大功率輸入，或者是交流電輸入，內(nèi)置大功率AC/DC變換電路。這種顯示器的電源，除了為顯示器自身供電外，還可以為通過(guò)USB-C接口接入到顯示器手機(jī)或者筆記本電腦提供30W~40W左右的功率輸出，像極了蘋果具有MAGSAFE電源輸出的顯示器。
圖3 Dell推出單USB Type-C接口顯示器最大輸出90W功率
Dell這款U2720QM就比較霸氣了，USB Type-C接口除了可以傳輸4k高清視頻外，還可以提供最高90W的輸出功率給外接USB-C設(shè)備。這類顯示器的技術(shù)架構(gòu)如下圖所示：
圖4單USB-C接口臺(tái)式顯示器的接口控制芯片LDR6282/LDR6290/LDR6023D
從圖中可以看出，USB PD主控芯片，例如LDR6282、LDR6023D、LDR6290等，都能夠同時(shí)控制USB-C接口和電源模塊。使得電源模塊和USB-C控制模塊完美配合，解決USB-C接口顯示器所需要的各種復(fù)雜功能。
第三種形態(tài)，獨(dú)立功能的雙USB-C接口 +一個(gè)HDMI接口的顯示器。
這種顯示器具有雙USB-C接口，但是兩個(gè)口的功能不同，其中一個(gè)口是全功能的口，可以用來(lái)傳輸視頻信號(hào)以及電源功率。另外一個(gè)口，只能夠用來(lái)傳輸功率信號(hào)，不可用于傳輸視頻信號(hào)。實(shí)際上相當(dāng)于把顯示器常用的圓形直流供電口修改為USB-C供電口。此類顯示器的線路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，特別適合于低成本的便攜式顯示器。
圖5非全功能雙USB-C接口顯示器電路結(jié)構(gòu)框圖
第四種形態(tài)，雙全功能USB-C接口+ HDMI接口的顯示器(俗稱雙盲插USB-C顯示器)。
這種顯示器具有更為先進(jìn)的技術(shù)。兩個(gè)USB-C接口都是全功能的，既可以傳輸電源功率，又可以傳輸視頻信號(hào)。還可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)USB-C接口之間的功率互傳。從任一USB-C接口輸入進(jìn)來(lái)的電源功率，在保留了足夠的功率作為顯示器自身的電源供應(yīng)后，富余的功率，都可以通過(guò)另外一路USB-C接口，傳輸給智能設(shè)備。由于不再需要記住兩個(gè)USB-C接口的區(qū)別，可以任意插入。這種USB-C顯示器，又被形象的稱為雙盲插USB-C接口顯示器。
這種顯示器設(shè)計(jì)架構(gòu)，既可用于便攜式顯示器，也可用于臺(tái)式顯示器。對(duì)于便攜顯示器市場(chǎng)，雙全功能USB-C接口，毫無(wú)疑問(wèn)是消費(fèi)者的最佳選擇。因?yàn)楸銛y顯示器插拔接口的操作會(huì)比較頻繁，如果需要區(qū)分兩個(gè)外觀完全相同的接口的功能，消費(fèi)者會(huì)不勝其煩。即便是對(duì)于臺(tái)式顯示器，考慮到未來(lái)所有電源適配器都將統(tǒng)一到USB-C接口，提前布局為通過(guò)USB-C接口供電，也是產(chǎn)品規(guī)劃中非常有前瞻性的策略。
圖6CF011XPRO雙全功能USB-C接口+HDMI接口的顯示器
顯然，要實(shí)現(xiàn)這么復(fù)雜功能的雙全功能USB-C接口顯示器，內(nèi)部電路也是相對(duì)比較復(fù)雜的。通過(guò)對(duì)具有這類功能的主流顯示器的拆解，我們發(fā)現(xiàn)了實(shí)現(xiàn)這一功能的核心，是一顆名為L(zhǎng)DR6282的芯片。這顆芯片能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)兩個(gè)USB-C接口的電源和數(shù)據(jù)通路管理。完美解決雙USB-C全功能實(shí)現(xiàn)時(shí)，各種復(fù)雜的兼容性問(wèn)題。以下是LDR6282的應(yīng)用電路圖。
圖7雙全功能USB-C接口(雙盲插)顯示器的參考電路框圖
第五種形態(tài)，3個(gè)USB-C接口實(shí)現(xiàn)畫中畫功能，以及USB-C視頻菊花鏈功能。
3個(gè)USB-C接口顯示器形態(tài)，目前來(lái)說(shuō)還是比較罕見(jiàn)的。但是考慮到未來(lái)多屏互動(dòng)以及顯示擴(kuò)展的應(yīng)用，這個(gè)技術(shù)還是值得研究和開(kāi)發(fā)的。我們也確實(shí)找到了一個(gè)3個(gè)USB-C接口顯示器的實(shí)現(xiàn)方案，供需要的朋友參考。
圖8三個(gè)USB-C接口的顯示器設(shè)計(jì)
從結(jié)構(gòu)框圖我們可以看出，其實(shí)，3個(gè)USB-C接口的其中兩個(gè)USB-C接口，功能與第四種形態(tài)是相同的。多出來(lái)的第三個(gè)USB-C接口非常有價(jià)值。它可以作為一個(gè)大功率的電源輸入，從而讓另外兩個(gè)USB-C接口都可以接入智能設(shè)備，并實(shí)現(xiàn)畫中畫的功能。它也可以作為一路視頻菊花鏈輸出，進(jìn)行多屏幕擴(kuò)展。這種應(yīng)用場(chǎng)景，具有非常豐富的想象空間。
