USB Type-C标准因为能实现纤薄的工业设计、具有易用的连接器和线缆(允许正反插的插头)、同一条线缆可支持USB2.0、USB3.0、PCIe、DisplayPort和Thunderbolt等多种信号、以及超高数据传输效率(10Gbps)、大功率电源传送(15W-100W)和最高8K超高清视频传输,正在迅速获得顶级PC厂商和电子设备厂商的支持。

“从2015年开始,我们听到越来越多的厂商说他们更倾向于采用标准化的USB Type-C/PD方案。”安森美半导体移动市场高级现场应用工程经理李文辉援引IHS、ABI Research等多家分析机构的数据称,2016年全球使用USB Type-C接口的消费电子设备仅为1亿部,预计2019年度将会超过20亿部,主要增长点来自于PC市场和移动设备市场。而到2020年,约一半的智能手机和93%的笔记本电脑将采用USB Type-C互联。

20171008-typec-1 与USB 3.0不同,作为唯一连接手机和PC两大市场的接口,USB Type-C不仅很快会应用于智能手机、电脑、平板电脑、平板电视和显示器这些主流数码产品市场,包括运动相机、投影仪、移动硬盘、移动电源、扩展坞(Docking station)等外设市场,也会将USB Type-C作为产品新加卖点。其中,协商供电(USB-PD)功能将成为最大亮点。

20171008-typec-2 目前在智能手机/平板电脑中,USB Type-C主要用于充电接口,支持USB-PD和快充,通常仅一个插槽支持超高速数据;在USB-PD/充电/超高速/音频方案中支持USB-PD和Type-C,具有高电流充电,10Ghz超高速数据通道,高保真音频;在计算机方案中具有多个双角色端口,可实现超高速数据和作为宽范围的电源输入/输出端口;在旅行适配器/壁式插座上仅有源和可编程的电源(PPS),无超高速数据。

一条龙解决方案

目前,安森美半导体提供包括USB Type-C和PD控制器、超快速开关、端口保护、转接驱动器、电源转换、双角色端口(DRP)、下行端口(DFP)和上行端口(UFP)在内的一条龙方案,其功耗低于竞争方案20倍,封装比基于MCU的方案小 95%,可实现低功耗、小尺寸和更简化的设计。根据下图显示,市场上其他竞争方案的待机电流为50uA或110uA,而安森美的FUSB301/A的待机电流仅有5uA。而在封装方面,安森美USB Type-C方案采用1.2X1.3mm WLCSP和MLP封装,尺寸远小于市场上基于MCU的6X6mm封装方案。

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李文辉将安森美低功耗的原因归结为使用了“状态机(state machine)”和自身特殊的生产工艺。一般而言,基于MCU的方案需要考虑内核与存储的功耗,但状态机就不存在此类问题,不需要考虑内核,一旦程序固定之后,就只会专注于指定类型的工作。

但他并未就此否定基于MCU的Type-C方案,认为行业里使用不同的方法很正常,并非一定是非此即彼的关系。“有些厂商看到PD标准一直在变,就觉得采用MCU比较好;有些移动设备对功耗要求比较高,有些工业类应用对安全及稳定性要求比较高,那他们就会倾向采用状态机,所以还是要看具体的应用场景。”

由于USB Type-C的传输速率可达到5Gbps或10Gbps,为了防止信号失真,以符合USB3.0X眼图高度和总抖动规范,很多厂商使用了转接驱动器来减少码间串扰。李文辉称,相比其它同类产品,安森美一个器件就可同时支持USB3.1 5Gbps和10Gbps的数据率,眼高增加20%,抖动降低20%。而其它方案仅支持5Gbps,且眼高和抖动方面都不及安森美。此外,USB线缆越长,信号会越弱,在线里增加转接驱动器后,可用来增强信号的性能。也就是说,线缆长度和性能将推动对转接驱动器和高质量互联的需求

20171008-typec-4 在10Gbps USB3.1超高速开关方面,安森美FUSB340作为小的分立方案可用于手机平板电脑、笔记本电脑所需的可正反逆插的Type-C USB 3.1连接器。而ESD8704可用于保护超高速线路,EDSD7471用来保护低速和辅助线路。 20171008-typec-5 本文为《电子工程专辑》原创,版权所有,转载请注明出处并附链接

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