Type-C電子標記線纜的設計
加入技術交流群
何時需要 電子標記?
本文引用地址：http://www.bjwjmy.cn/article/201607/294609.htm出現(xiàn)以下任意情況時，Type-C線纜需要電子標記：
● VBUS電流需要超過3A
● 需要Alternate Mode
EMCA的類型
USB Type-C 中有兩種電子標記線纜組件(EMCA)：即被動EMCA和主動EMCA。其中的主要區(qū)別是：主動EMCA為SuperSpeed USB提供信號調節(jié)功能，如轉接驅動器和重定時器功能。
以下是每種配置的一些例子。
被動EMCA：不改變USB數(shù)據(jù)信號的EMCA就是被動EMCA，可采用兩種方式設計：配備或不配備貫穿整條線纜的VCONN 導線。
● 每個插頭配備一個線纜控制器的被動EMCA(即每條線纜配備兩個線纜控制器)。此時， VCONN 導線不需要貫穿整條線纜(如圖8所示)。
圖8 每個插頭配備一個線纜控制器的被動EMCA
● 被動EMCA ,每條線纜只配備一個線纜控制器。此時，VCONN 導線將貫穿整條線纜。需要使用隔離元件以便于從線纜的一端的引入VCONN用于向線纜控制器供電(如圖10所示)。
圖9 每條線纜配備一個線纜控制器的被動EMCA
主動EMCA：加了一些額外器件比如信號驅動芯片等用于調節(jié)USB數(shù)據(jù)信號的EMCA。這可以實現(xiàn)更長的線纜或光纜。
很多人認為被動EMCA就是不需要電能的線纜，但是實際情況并非如此。被動和主動EMCA都需要某種形式的電能來驅動標記電路。
設計考量
本節(jié)探討設計EMCA時應該考慮的USB Type-C規(guī)范中的不同功率要求。
通過USB Type-C線纜提供的VBUS 電能
對通過USB Type-C 線纜提供的VBUS 電能的最低要求與現(xiàn)有USB線纜相同。EMCA可以使用VBUS -而不是VCONN -來驅動線纜電路，因為VBUS 貫穿了整條線纜。配有PD的VBUS支持更高的電壓(最高20V)。因此，任何一條含有由VBUS 供電的電子元件的USB Type-C線纜都必須能夠承受20V電壓。
所有VBUS引腳必須在USB Type-C插頭中互連。 全功能線纜每一端的VBUS引腳需要一個10毫微法的旁路電容器(30V的最小額定電壓)。該旁路電容器應盡量靠近電源墊。所有GND引腳必須在USB Type-C插頭中互連。
對VCONN的要求
VCONN的功能不同于VBUS，因為VCONN 與線纜另一端相互隔離。VCONN獨立于VBUS，而且與能夠使用USB PD支持更高電壓的VBUS 不同，VCONN 的固定為5V。表1顯示了所支持的VCONN 范圍，以及VCONN源應滿足的其它功率要求。
表1 VCONN源的特性
為了降低VCONN上的功率 ，DFP可以在以下任意情況發(fā)生時關閉VCONN ：
在一個CC引腳上檢測到有效電壓后(Rd在該引腳上)，未在另一個CC引腳上檢測到Ra ;
完成線纜發(fā)現(xiàn)過程后，確定不再需要 VCONN ;
線纜發(fā)現(xiàn)消息未被線纜響應
EMCA必須向VCONN引腳上的Ra接地層提供一個最大DC阻抗。電容器允許出現(xiàn)±20% 的公差，以便通過EMCA標記芯片中未經(jīng)調整的片上電容器得到實現(xiàn)。表2列出了對EMCA中VCONN引腳上接地層的阻抗值。
表2 EMCA終結要求
如果沒有VCONN，供電線纜不應妨礙CC的正常工作，其中包括UFP檢測、電流宣稱和USB PD運行。表3列出了使用VCONN電能的線纜應滿足的要求。
表3 VCONN特性
USB掛起模式下，電子標記線纜從VCONN 獲取的電流不應超過7.5mA。
被動EMCA(不含數(shù)據(jù)總線信號調節(jié)電路)從VCONN 獲取的功率不應超過70 mW。
主動EMCA(含數(shù)據(jù)總線信號調節(jié)電路)從VCONN 獲取的功率不應超過1W。
VCONN供電配件
VCONN供電配件是一個直接附著式UFP，它實現(xiàn)了Alternate Mode，而且能夠只使用VCONN進行工作。VCONN供電配件向VCONN引腳上的Ra接地層提供一個最大阻抗。VCONN供電配件應能在2.7V-5.5V VCONN電壓范圍內工作。
其它設計考量
借助Type-C，一條線纜將具備多個功能，其中包括VBUS配電、USB數(shù)據(jù)和 alternate mode。alternate mode的一個常見例子是在一個或兩個USB SuperSpeed 線路上傳輸?shù)腄isplayPort。電力、數(shù)據(jù)和圖像的這種三合一打造了一個高電力、單線纜、超薄、易用的對接解決方案。為了使這條Type-C線纜同時支持Type-C和USB-PD功能，我們還需要采用其它技術。由于并非所有線纜都具備相同的能力或性能，需要一項USB-IF認證來表明某條線纜滿足規(guī)范中的所有要求。谷歌、亞馬遜等公司已公開表明，USB Type-C線纜必須通過認證，任何未經(jīng)認證的線纜都會給DFP和UFP帶來安全風險。 在發(fā)起任何USB-PD供電確認之前，DFP將通過SOP*枚舉來確認線纜是否獲得了USB-IF認證。
與OEM線纜成品必須通過認證一樣，Type-C線纜中的標記芯片也必須通過認證。賽普拉斯半導體公司的CCG2 EZ-PD PD控制器是市場上在首個認證測試日中首款通過認證的標記芯片。
賽普拉斯CCG2 EZ-PD標記芯片的可編程性可讓用戶輕松編程線纜特性。因為現(xiàn)在不同的線纜中的標記芯片內都植入了不同的廠商自定義信息，這一點變得越來越重要。此外，當最終用戶的要求或參數(shù)發(fā)生變更時，或當USB-IF修改USB Type-C或USB-PD規(guī)范時，這個特性也是必不可少的。用戶可以使用賽普拉斯的CC引導裝載程序技術，輕松地將這些變更重新編程到線纜成品中。
對EMCA應用中的線纜控制器的主要應用級要求包括：
● 支持最新PD規(guī)范中定義的USB-PD協(xié)議;
● 支持BMC編碼的物理層;
● 支持VCONN導線上內置的Ra電阻器;
● 能夠使用VCONN電源向芯片供電;
● 支持用于實現(xiàn)每條線纜只配備一個線纜控制器的被動EMCA的內置隔離元件(圖10);
● 支持通過斷開Ra電阻器達到節(jié)能目的;
● 支持CC 和VCONN 引腳上內置的系統(tǒng)級防護;
● 支持引導裝載程序，以便隨著USB Type-C和USB PD的演進，支持通過CC進行固件升級。
每條線纜配備一個CCG2的被動EMCA
在這種EMCA架構中，其中一個插頭中包含一個CCG2標記芯片。這種方法要求一條VCONN 導線貫穿整條線纜，這樣一來，無論哪一頭連接主機(DFP)，芯片都能獲得供電。所需的隔離元件內置于CCG2中。有關這種方法和其它方法的詳情，請參閱：設計USB 3.1 Type-C線纜。
圖10 每條線纜配備一個CCG2的被動EMCA解決方案
圖10描述的是配備CCG2的被動EMCA，這種EMCA架構包含兩個CCG2，一個插頭包含一個。VCONN信號不貫穿整條線纜，而是終結于每個插頭的CCG2。
圖11 每個線纜插頭配備一個CCG2的被動EMCA解決方案
圖11描述的是配備CCG2的被動EMCA ，該EMCA支持PD。在線纜的兩端各嵌入一個CCG2，分別由兩端的USB Type-C端口供電。第二個CCG2的存在，使得VCONN不需要貫穿整個線纜。
每條線纜配備一個CCG2的主動EMCA
主動EMCA的主要功能是通過在數(shù)據(jù)路徑上添加一個信號驅動器提供信號調節(jié)功能。主動EMCA如需要配置/信號調節(jié)功能，可使用USB Power Delivery廠商自定義消息來尋找和枚舉線纜屬性。該方案需要從 VCONN電源獲取連續(xù)電能，因此DFP不能關閉線纜的VCONN 供電。
圖 12 每條線纜配備一個CCG2的主動EMCA解決方案
圖12描述的是配備CCG2的主動EMCA，其內嵌一個用于延長線纜長度的再驅動。
“設計USB 3.1 Type-C線纜”詳細闡述了制造商如何使用CCG2輕松設計被動電子標記線纜組件(EMCA)。“硬件設計指南”提供EZ-PD™ CCG2的硬件設計和PCB版圖指南。這些指南有助確保最佳的信號完整性，以及對USB Power Delivery和Type-C規(guī)范的全面遵從。賽普拉斯擁有一個廣泛的Type-C控制器產(chǎn)品組合(從單Type-C端口控制器EZ-PD™ CCG1、EZ-PD™ CCG2、EZ-PD™ 和CCG3到雙端口控制器EZ-PD™ CCG4)，此外還提供產(chǎn)品手冊、開發(fā)套件、應用說明、軟件下載、示例項目、演示視頻等有用工具。
市場上的很多USB Type-C線纜設計不合理，有可能損壞用戶的硬件設備。尤其是由于設計拙劣，很多線纜不遵從USB-C規(guī)范，電阻值不正確，導致EMCA消耗過多電能。在為您的新設備購買任何USB Type-C線纜之前，請查一下它是否真的遵從USB-C規(guī)范。本文Type-C和PD規(guī)范的基本概念，可用作設計全面遵從USB Type-C規(guī)范的電子標記Type-C線纜的參考指南。
評論