USB Type-C 設(shè)備是否需要CC邏輯芯片

　　USB Type-C憑借其自身強(qiáng)大的功能，在Apple， Intel， Google等廠商的強(qiáng)勢推動(dòng)下，必將迅速引發(fā)一場USB接口的革命，并將積極影響我們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷?。本文討論一個(gè)重要的專業(yè)問題：USB Type-C設(shè)備到底是否需要CC邏輯檢測與控制芯片?

　　要回答這個(gè)問題，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，移動(dòng)硬盤，因?yàn)樗鼈冇肋h(yuǎn)都是被讀取數(shù)據(jù)和從VBUS取電，當(dāng)然不排除未來可能出現(xiàn)可以作為主機(jī)的U盤。

　　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盤數(shù)據(jù))，移動(dòng)電源(放電和充電可通過一個(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USB連接，檢測正反插，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)備連接與分開檢測：DFP需要檢測到CC管腳上有某個(gè)電壓時(shí)，判斷UFP設(shè)備已插入或拔出，來提供和管理VBUS.當(dāng)沒有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邏輯檢測與控制芯片以及VBUS開關(guān)電路。

　　插入方向檢測：如圖1，雖然USB Type-C插座和插頭的兩排管腳上下對(duì)稱，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)線還是被簡單地一分二的話，不連續(xù)的信號(hào)線阻抗將嚴(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，無需考慮方向檢測問題，但USB3.0或者USB3.1應(yīng)用中，必須考慮方向檢測問題。

　　圖1 USB Type-C數(shù)據(jù)走線邏輯模型

　　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，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)來切換MUX來連通USB3.0/USB3.1信號(hào)。此場景發(fā)生在右側(cè)設(shè)備永遠(yuǎn)是UFP的情況下，比如U盤，移動(dòng)硬盤等。

　　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邏輯檢測與控制芯片。

　　圖2 USB Type-C直接連接數(shù)據(jù)走線邏輯模型

　　建立DFP-to-UFP和VBUS管理與檢測

　　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芯片來完成。

　　當(dāng)DFP檢測到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芯片來完成。

　　USB Type-C VBUS電流檢測與使用

　　USB Type-C中新增了電流檢測與使用功能，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管腳來傳輸和檢測，對(duì)于需要廣播電流輸出能力的DFP而言，需要通過不同值的CC上拉電阻Rp來實(shí)現(xiàn);對(duì)于UFP而言，需要檢測CC管腳上的電壓值來獲取對(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^小而無需檢測DFP的供電能力時(shí)，無需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邏輯檢測與端口控制芯片。換句話說，只有因?yàn)楣妮^低而不需要檢測電流能力的UFP(U盤，耳機(jī)，鼠標(biāo)等)才不需要CC邏輯檢測端口控制芯片。