USB Type-C 是 USB 端口的重大改進，具有更快的速度和更強的輸電性能，可高速傳送數據、視頻并且提高了輸電能力。Type-C 的這些獨有優勢可使消費者僅需使用 Type-C 線纜即可完成充電、視頻或數據傳送，無需配備多種線纜。制造商僅需在其設備上設計并配備 Type-C 端口，即可支持不同用途。

Type-C 之所以具有多種功能，是因為 USB 線纜、端口、配接器和集線器中都使用了更為復雜的嵌入式元件，而不是過去簡單的內部工作元件。看似簡單的 HDMI 轉Type-C 線纜其實很難設計，因為設計時需要使用嵌入式元件。設計 Type-C 解決方案時主要需要處理兩個難題，其一是處理供電范圍的難題，其二是處理由于采用更高的通信標準而產生通信故障的難題。連接兩臺設備時，需要啟動電力輸送協議（PD 協議）。該過程將針對傳輸電量、以及誰是供電方和用電方進行協商。由于此通信過程需要檢測、讀取并處理模擬和數字信號，因此需要在主機端口、線纜或配接器中嵌入 MCU 模塊以實現 MCU 功能。如果設備之間或主機與設備之間相互不支持，則無法建立通信，就有可能發生故障。檢測設備，然后設備與主機進行通信，這也需要 MCU 功能。

USB Type-C 不僅減少了接線數量，還能確保設備之間流暢傳輸，簡化了用戶和消費者的操作復雜性。但是，這會給設計者和開發人員帶來難題。

Type-C線纜和適配器

希望使用老式外圍設備（不支持 USB Type-C）的用戶需要使用轉換線纜或配接器。有多種此類情況。第一種是將 USB 2.0 簡單地轉換為 Type-C，由于 USB 2.0 不支持較高的速度且 Vbus 的電壓或電流不超過 5V 或 3A，線纜可簡單地從 D+/D-、Vbus 和 GND 連接至連接器。第二種是 Type-C 轉 Type-C線纜、將 USB 3.0/1 轉為 Type-C 的配接器、或者 Vbus 的電壓或電流超過 5V 或 3A 的配接器，設計此線纜或配接器比較困難。

在這些情況下，配接器成為兩臺設備間電量協商的組成部分，因此要求線纜或配接器使用嵌入式 PD 控制器。PD 控制器最初通過設為 5V 的 Vbus 或 Vconn 通道進行供電。隨后，其與主機協商，在 Vbus 通道上設置為一致的電量水平。下圖是用于連接兩臺Type-C 設備的電子標識電纜 (EMCA)。PD 控制器可由 Vconn 1 或 Vconn 2 供電。EMCA 將在 CC 通道上顯示其最大功率容量，源端將調整以適應其功率。

USB Type-C 轉 Type-C 線纜

具有備用模式的Type-C 適配器

備用模式是 Type-C 接口的功能擴展，允許 Display Port、PCIe 或其他通信協議使用 USB 3.1 SuperSpeed 通道。在適配器連接至兼容主機時進入備用模式。支持備用模式的配接器需要額外的預防措施和嵌入式設備。如果配接器不能進入備用模式，則必須通知主機，以避免隱蔽故障。通過布告牌設備來實現通知功能，在 USB Type-C PD 標準授權下，任何備用模式的配件都可作為布告牌設備。下面的方框圖是將傳統視頻端口轉為 Type-C 的線纜圖。如果 Type-C 設備不支持傳統視頻格式，則 PD 控制器將通知布告牌設備，并且會將該故障依次通知 Type-C 設備。

USB Type-C 適配器線纜

USB Type-C 備用模式適配器線纜

擴展塢或集線器

擴展塢或集線器是比顯示器/Type-C 轉 Type-C 更為復雜的示例，必須支持多臺設備充電功能。集線器可作為多種 Type-C 或 Type-A 端口、HDMI、PCIe 等接口的集合。該集線器需要多種嵌入式設備，從而成功支持連接設備。每個端口需要的電量不同，取決于連接什么設備。考慮到這一點，則每個端口都可能需要 PD 裝置。

顯示器、VGA 或 HDMI 等任何視頻端口都將需要布告牌設備。另外，集線器需要可控制至主機流量的設備。此設計要求自從 Type-A 集線器以來沒有多大變化，因為需防止通道產生沖突并確保一次僅有一臺設備與主機進行通信。顯然，之前的簡單集線器現在需要更為復雜和嚴格的設計。

多重連接器 Type-C 集線器線纜

解決方案

所有增加的設計復雜性不僅僅是由開發人員來承擔。Silicon Labs 提供開發板、PD 庫、布告牌源代碼以及針對配接器、擴展塢和設備端口的示例代碼。通過在開發新 Type-C 設備時使用這些工具，客戶可大幅減少 USB Type-C 的開發時間和工作量。

Silicon Labs 提供的開發板如下所示，可運行具有充電功能的 Vesa? DisplayPort? 備用模式適配器。在此類設備的開發過程中，可通過允許電源（充電）和視頻使用同一端口，進而增加主機上單一 Type-C 端口的功能。該開發板上有兩個 PD 控制器（每個端口各有一個）以及隨附于 DisplayPort 的布告牌設備。參考設計解決了以下問題：切換至備用模式、充電、通知主機發生故障，以及確保向顯示端口和主機輸送適當的電力。

較之于創建新平臺并從頭開始編寫固件，從如圖所示的開發板和提供的固件入手將會更容易且更快捷。借此，制造商和供應商可以領先競爭對手，推出功能更強大的 Type-C 解決方案。

Silicon Labs 的 MCU 與 Busy Bee 3 類似，借助 PD 功能在面積僅有 3x3 mm2的單芯片（具有精密振蕩器、硬件 PD PHY 層）上簡化了 Type-C 設計，從而為客戶提供材料清單成本較低的 PD 解決方案。用于參考設計中的 UniversalBee 1 是一種可實現布告牌功能的單芯片解決方案。借助集成調節器、精密振蕩器、USB 2.0 PHY 層和 USB 引腳上的±8KV 靜電 (ESD) 防護措施，面積為 3x3 mm2的設備無需外部元件即可發揮布告牌功能。

總結

USB Type-C 將成為未來的通用標準。在放滿線纜的抽屜里尋找合適的轉換器或線纜的日子已經一去不復返。展望未來，選擇接線時將考慮其端頭是插頭或插口，及是否可以傳輸更高的電量。市面上已經有只具備 Type-C 端口的智能手機、平板電腦和筆記本電腦，這些先鋒的設備僅僅是個開始。也就是說，Type-C 需要嵌入式設備和固件，才能提供多種多樣的功能，這為開發人員和制造商遷移設備帶來了嚴峻的考驗。Silicon Labs 提供參考設計、庫、固件和支持團隊，專門致力于為各種應用簡化 Type-C 設計要求。

（本文作者為Silicon Labs產品經理Mark Beecham）

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