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关于把USB 3.0老式端口转换为一个Type-C方法教学

贸泽电子 2019-08-26 15:25 次阅读

作者:德州仪器 (TI) 高速接口系统经理, Anwar Sadat博士
USB Type-C提供了很多特性,其中包括为终端用户提供高级灵活性和便利性。系统设计人员必须谨慎选择提供的选项,这样,可将总体系统成本控制在合理的范围内。有两个选择会对系统的成本和复杂程度产生最大的影响,一个是Type-C的固有功率15W,另一个是增强供电能力和视频支持。这篇文章讨论了如何实现一个USB Type-C端口,以及尽可能地减少它对于现有系统的影响。

在电子行业中,USB Type-C存在于每一位系统设计人员的脑海中。这个接口将数据、电源和视频合并在单个连接器接口中。它使得设计人员真正有机会在全新的平台内不使用圆柱形电源插孔连接器。USB Type-C支持USB 2.0和USB 3.1,并且提供交替 (Alt) 模式选项,比如说用于视频的DisplayPort。USB Type-C引入了15W的固有供电能力,以及在增加USB电力传输 (USB PD) 时,高达100W的增强型供电能力。这个接口引入了更小、更薄、并且更加稳健耐用的插口,能够支持高达20Gbps的数据速率。这条电缆支持双向与两面翻转插拔,并且任何一个方向上均可连接一个主机或一个客户端设备。系统设计人员正在思考,如何将这些可取的特性和灵活性提供给用户。

我们先来设想一下,设计人员正在设计一个全新的笔记本平台。如果将USB Type-C端口包含在其中的话,会使总体成本增加多少?需要多少全新的Type-C插口?它们都是全功能插口吗?USB Type-C提供给最终用户的灵活性和简便易用性同时也增加了系统实现方式的复杂程度与成本。虽然全新的生态系统为实现方式提供了更多的选择,系统设计人员在尝试使用这项技术时必须谨慎,以使他们的总体成本保持在可以接受的范围内。

那么,全新的笔记本平台看起来是什么样的呢?某些系统设计人员将会有可能选择只包含一个全功能Type-C端口,用USB-PD提供增强型的供电能力。这个超级端口将支持Alt模式视频。为了节约成本,降低复杂度,一个设计人员也许想用其它端口来提供简化功能,比如说15W的固有Type-C供电功能,以及USB数据支持。

一个主要的考虑因素就是,在尽可能减少对现有平台产生影响的情况下,用USB Type-C替代以前的USB插口。这篇文章概述了如何用最小变化将一个USB 3.0老式端口转换为一个USB 3.1 Type-C端口。

Type-C USB 3.1实现方式

USB Type-C是两端同样的接头——主机和客户端设备上是一样的插座,电缆两端是同样的插头。图1显示的是一个USB Type-C插座引脚图。需要注意的是,24引脚接口采用对称的排列方式,这使得电缆的翻转更加方便。

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图1:USB Type-C插座引脚图(正视图)源:Type-C技术规格

除了USB 3.1 TX,RX,和USB 2.0 D+,D-信号,2个CC引脚被用于通道配置 (CC) 和USB-PD通信。一个典型的系统实现方式是用残桩连接将2个D+信号和2个D-信号短接,这样就不再需要用USB 2.0复用器 (mux) 来适应插头翻转了。然而,出于对信号完整性的担心,Type-C接口的每一端上都需要2:1复用器,这样针对USB 3.1信号的残桩连接是不可行的。如果使用Alt模式的话,需要一个USB-PD功能,而复用配置会变得更加复杂。

一个典型的USB 3.1实现方式包括2个基本功能:一个管理链路的CC控制器;一个针对RX和TX信号的USB 3.1复用器,用于根据Type-C插头方向选择已连接端。CC控制器需要能够根据所需的系统运行方式,将自身配置为一个下行端口 (DFP),上行端口 (UFP) 或双用途端口 (DRP)。表1中总结了不同应用的数据/供电运行方式。

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图2:针对USB Type-C应用的器件数据/供电类别

USB Type-C的主机-客户端实现方式

USB Type-C包含一个通道配置功能;这个功能能够在DFP与UFP之间建立一个USB链路。在传统USB端口定义中,一个DFP端口可被视为一个主机,而UFP可被认为是一个设备。CC功能用于确定以下内容:

•DFP至UFP连接/断开检测和插头方向
•DFP至UFP(主机到设备)和供电关系(供电方/耗电方)检测——在没有USB-PD的缺省情况下,DFP(源)供电,UFP(灌)耗电
•供电方做出的USB Type-C VBUS电流通知,耗电方进行检测
•一旦连接,供电和数据传输用途只能通过USB-PD进行更改

即使一个插座有2个CC引脚,CC1和CC2,一条电缆内也只连接了单条CC电线。对于每个CC引脚,DFP具有一个上拉电压,而UFP有一个下拉电压。监视CC引脚上的额定电压提供了方向和连接检测。

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图3:通道配置上拉/下拉模型

一个DFP使用不同的电阻器上拉(或电流源)值来告知其电流提供方的供电能力。或者,一个UFP通过采用一个下拉电阻器,并执行一个电压比较,来检测它的耗电量。在没有USB-PD时,有3个电源设置是可行的——之前的缺省值(针对USB 3.1的900mA,针对USB 2.0的500mA),VBUS上的5V电压,1.5A和3A电流。

图4中显示的是USB Type-C的典型主机-客户端 (DFP/UFP) 实现方式。USB 3.1主机的一个示例就是台式机或笔记本电脑。PC中的Type-C端口与DFP类似,运行为一个USB主机,为客户端设备供电。另一方面,一个USB SuperSpeed客户端设备的典型示例就是便携式硬盘。这个硬盘运行为一个USB设备,并且由VBUS供电。

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图4:USB Type-C的典型主机-客户端 (DFP-UFP) 实现方式

根据Type-C技术规格,客户端/用户负责管理功耗。因此,一个客户端设备需要根据主机的电流告知来动态地控制功耗。一个替代方法将流耗保持在缺省限值以内。DFP也有可能实现针对附件系统保护功能的电流限制。

如果一个DFP支持USB 3.1,它需要在USB Type-C电缆内,用VCONN 为有源电子设备提供5V电源。通过插座的CC引脚(CC1或CC2)来施加VCONN;插座不是通过电缆内的CC电线连接。相反的,它在插头近端为电路供电。需要注意的是,每条全功能Type-C电缆都需要具有一个电子标记。此外,较长的电缆也许需要有源信号调节器。

USB Type-C的双用途端口实现方式

USB Type-C还定义了一个DRP;在稳定的连接状态建立之前,它交替地将自己识别为DFP或UFP。如果一个DRP与DFP或UFP配对使用,它分别作为DFP或UFP运行。如果将2个DRP配对使用,结果是随机的,但会受到2个可选功能的影响:Try.SRC和Try.SNK。如果另外一端没有偏好的话,具有Try.SRC的DRP更有可能变成一个DFP(源),而一个具有Try.SNK的DRP成为UFP(灌)的可能性更大。这些特性对于在生态系统中实现一个有序的供电方/耗电方关系很重要。例如,笔记本电脑应该为手机供电——即使它们二者都具有DRP功能。

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图5:USB Type-C的典型DRP实现方式

Type-C USB 3.1解决方案

在不进行重大的系统重新设计的情况下,要将现有的USB平台(包含老式插口)轻松转换为USB Type-C,需要一个CC控制器器件。为了支持USB SuperSpeed,还需要一个具有USB SuperSpeed复用功能的额外器件。

TUSB321是一个单芯片USB Type-C端口CC控制器,它可被配置为一个DFP,UFP或DRP。它是一款自主器件。实际上,借助某些预先设定的配置,它的运行不需要任何的用户干预。不过,可选择进行软件干预,它能够提供某些对设计人员有用的其它功能。

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图6:典型通道配置器件的功能方框图

HD3SS3212是一款USB SuperSpeed无源复用器;它使用CC控制器提供的信号工程实验室 (SEL) 信号来选择有源USB 3.1信号,以适应Type-C翻转插头;针对高达10Gbps的数据速率,这个插头支持USB 3.1 Gen 1和Gen 2。

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图7:针对SS RX/TX对选择的复用器操作示例

某些系统也许需要针对USB SuperSpeed的增强信号,以符合插口的要求。一个转接驱动复用器能够提供信号调节与USB SuperSpeed开关的双重功能。USB Type-C提供音频附件特性;这一特性能够通过Type-C插口提供头戴式耳机和麦克风功能,从而在某些系统中,免除了对于3.5mm音频端口的需要。音频信号使用D+,D-和USB信号。要提供音频功能,将会需要一个额外的复用器,而这不是本文的讨论范围。

总结

由于其功能性和灵活性,USB Type-C将会受到电子设备爱好者的广泛欢迎。系统的开发和组件成本不会因这一巨大优势的存在而显著增加。对于大多数基本实现方式,比如说USB和15W电压,这个转换是很容易的——你只需要升级插口,添加一个CC控制器,以及一个可选的USB 3.1 SS复用器。

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FSA8049 音频插孔检测和配置 MIC / GND交叉开关

FSA3051 带过压耐受的高性能SPDT模拟开关

1是一个6Ω,双向,低功耗,双端口,高速,单刀/双掷(SPDT)模拟开关。它具有极低的7.7 pF电容(C ON )和ICA3051包含开关I / O引脚上的特殊电路,用于电源V CC 断开(V CC = 0 V)的应用,使该器件能承受过压条件。此器件设计用于将电流消耗降低至最低,即使应用于OE引脚上的控制电压低于电源电压(V CC )时也是如此。此特性对超便携式应用(例如手机)尤为重要,可支持基带处理器通用I / O的直接接口。其他应用包括便携式手机,PDA,数码相机,打印机和笔记本电脑中的开关。 特性 低导通电容:7.7 pF典型值 低导通电阻:6Ω典型值 低功耗:1μA最值 15μAII CCT 最大值在扩展电压范围(V IN = 1.8 V,V CC = 5.5 V)内 宽-3db带宽:1.0 GHz 以超小6引脚TMLP封装 宽VCC工作电压范围:1.6 V至5.5 V 所有数据端口上的过压容差(OVT)达到6 V,无外部组件 应用 此产品是一般用途,适用于许多不同的应用。 电路图、引脚图和封装图...
发表于 08-01 01:02 42次 阅读
FSA3051 带过压耐受的高性能SPDT模拟开关

FSA4476 具有保护功能的模拟音频开关 USB Type-C

6是一款高性能USB Type-C端口多媒体交换机,支持模拟音频耳机。 FSA4476允许共享通用USB Type-C端口,以传递USB2.0信号,模拟音频,边带使用线和模拟麦克风信号。 FSA4476还支持USB Type-C插座侧的CC端口,SBU端口和USB端口上的高压。此外,FSA4476支持USB Type-C死电池应用和带VBAT导轨和VBUS导轨的双电源。 应用 此产品是一般用途,适用于许多不同的应用。 电路图、引脚图和封装图...
发表于 08-01 00:02 92次 阅读
FSA4476 具有保护功能的模拟音频开关 USB Type-C

NLAST4051 模拟多路复用器/多路解复用器

051是MC14051和MC74HC4051的改进版本,采用亚微米硅栅CMOS技术制造,可降低R DS(on)电阻,并改善低电流线性度。该器件可采用单电源供电,也可采用高达+/- 3 V的双电源供电,无需耦合电容即可通过6 V PP 信号。 在单电源模式下工作时,只需将V EE ,引脚7连接到地。对于双电源供电,V EE 与负电压相连,不超过最大额定值。设备中提供了转换,Address和Inhibit是标准的TTL级兼容。有关CMOS兼容性,请参阅NLAS4051。引脚引脚兼容所有行业标准版本的'4051'。 特性 改进的R DS(on)规格 MAX4051和MAX4051A的引脚更换引脚 - 工作电压为5.0 V的一半 单电源或双电源操作 - 单3-5伏操作或双+/- 3伏操作 - V CC 为3.0至3.3 V,器件可以与1.8 V逻辑接口,无需转换器 - 地址和抑制逻辑具有过压容限,可以驱动+6 V无论是否V CC 地址和抑制引脚标准TTL兼容 - 大大改进MAX4051和MAX4051A的噪声容限 - 真正的TTL兼容性V IL = 0.8 V,V IH = 2.0 V 改进了支架的线性度ard HC4051设备 流行的SOIC,节省空间的TSSOP和QSOP 16引...
发表于 08-01 00:02 70次 阅读
NLAST4051 模拟多路复用器/多路解复用器

NLAS7222A 带有Enable的USB 2.0 DPDT模拟开关

22A是一款2端口至1端口模拟开关。其宽带宽和低位到位偏移使其能够通过具有良好信号完整性的高速不同信号。该开关是双向的,对输出端的高速信号几乎没有衰减。业界领先的优势包括传播延迟小于250 ps,这是由于其低沟道电阻和低I / O电容。其高通道间串扰抑制导致最小的噪声干扰。它的带宽足以通过高速USB 2.0差分信号(480 Mb / s)。 特性 R ON 是典型的6.5在V CC = 3V 低位到位偏斜:通常50 ps OV + D +和D-高达3.6V 断电保护:当V CC = 0V时,D +和D-可以承受高达3.6V 低串扰:250 MHz时-45dB 低电流消耗:1μA 近零传播延迟:250 ps V CC 工作范围:+ 3.0V至+ 3.6V > 720 MHz带宽(或数据频率) 这是一个无铅设备 应用 终端产品 差分信号数据路由 USB 2.0信号路由 手机,PDA,数码相机和笔记本 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-31 23:02 52次 阅读
NLAS7222A 带有Enable的USB 2.0 DPDT模拟开关

NLAS4051 模拟多路复用器/多路解复用器

51是MC14051和MC74HC4051的改进版本,采用亚微米硅栅CMOS技术制造,可降低R DS(on)电阻,并改善低电流线性度。该器件可采用单电源或高达+/- 3 V的电源供电,无需耦合电容即可传递6 V PP 信号。 在单电源模式下工作时,仅需将V EE ,引脚7连接到地。对于双电源供电,V EE 与负电压相连,不超过最大额定值。 特性 改进的R DS(上)规格 MAX4051和MAX4051A引脚更换引脚 - One一半电阻工作在5.0伏 单电源或双电源操作 - 单2.5-5伏操作,或双+/- 3伏操作 - V CC 3.0至3.3 V,器件可与1.8 V逻辑接口,无需转换器 - 地址和禁止逻辑结束 - 耐压,可驱动+6 V,无论V CC 。 改进标准HC4051器件的线性度 流行的SOIC,节省空间的TSSOP和QSOP 16引脚封装 无铅封装可用 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-31 22:02 83次 阅读
NLAS4051 模拟多路复用器/多路解复用器

NLAS3158 模拟开关 低电压 双SPDT 双路2:1多路复用器

58是一款先进的CMOS模拟开关,采用硅栅CMOS技术制造。它实现了非常低的传播延迟和RDSON电阻,同时保持CMOS低功耗。模拟和数字电压可能在整个电源范围内变化(从VCC到GND)。此器件是PI5A3158的替代产品。选择引脚具有过压保护功能,允许电压高于VCC,引脚上的电压高达7.0 V,不会造成损坏或中断部件的操作,无论工作电压如何。 特性 高速:tPD = 1.0 ns(典型值),VCC = 5.0 V. / li> 低功耗:TA = 25C时ICC = 1.0 A(最大值)。 标准CMOS逻辑电平。 高带宽,改善线性度 低RDSON:3欧姆最大值8欧姆。 打破电路前,防止意外短裤 这是一个无铅设备。 可用于时钟切换,数据多路复用等 可以切换平衡信号对,例如LVDS> 200 Mb / s 应用 切换标准NTSC / PAL视频,音频,SPDIF和HDTV。 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-31 21:02 134次 阅读
NLAS3158 模拟开关 低电压 双SPDT 双路2:1多路复用器

FS6377 我

是一款CMOS时钟发生器IC,旨在最大限度地降低各种电子系统的成本和元件数量。三个I 2 C可编程锁相环(PLL)为四个可编程多路复用器和后分频器供电,提供高度的灵活性。 特性 具有可编程参考和反馈分频器的三个片内PLL 四个可独立编程的多路复用器和后分频器 I2C总线串行接口 所有PLL和输出时钟驱动器的可编程关断 一个PLL和SEL_CD输入可以修改两个多路复用器/后分频器组合 用于电路板测试的三态输出 5 V至3.3 V操作 接受5 MHz至27 MHz晶体谐振器 提供商业和工业温度范围 应用 工业 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-31 16:02 96次 阅读
FS6377 我

FS6370 EE可编程3-PLL时钟

是一款CMOS时钟发生器IC,旨在最大限度地降低各种电子系统的成本和元件数量。驱动四个可编程多路复用器和后分频器的三个EEPROM可编程锁相环(PLL)提供了高度的灵活性。内部EEPROM允许对器件进行即时工厂编程,以满足最终用户的要求。 特性 通过内部非易失性128位串行EEPROM实现时钟频率的及时定制 I2C总线串行接口 三个片上PLL可编程参考和反馈分频器 四个可独立编程的多路复用器和后分频器 所有PLL和输出时钟驱动器的可编程关断 用于电路板测试的三态输出 一个PLL和两个多路复用器/后分频器组合可以通过SEL_CD输入修改 5 V至3.3 V操作 接受5 MHz至27 MHz晶体谐振器 应用 工业 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-31 16:02 99次 阅读
FS6370 EE可编程3-PLL时钟

NE5517 运算跨导放大器 双通道

和NE5517包含两个电流控制运算跨导放大器,每个放大器都具有差分输入和推挽输出。与用于所有类型的可编程增益应用的类似器件相比,AU5517 / NE5517具有显着的设计和性能优势。通过在输入端使用线性化二极管可以提高电路性能,从而实现基于0.5%THD的10 dB信噪比改善。 AU5517 / NE5517适用于各种工业和消费类应用。芯片上的恒定阻抗缓冲器允许通用AU5517 / NE5517。这些缓冲器由达林顿晶体管和偏置网络组成,几乎消除了偏置电流IABC中的突发引起的偏移电压变化,从而消除了高质量音频应用中可听到的可听噪声。 特性 恒定阻抗缓冲区 缓冲区的Delta VBE是常量放大器Ibias改变 放大器之间的优秀匹配 线性化二极管 高输出信号到 - 噪音比率 应用 终端产品 多路复用器 定时器 DolbyE HX Systems 电流控制放大器,滤波器 电流控制振荡器,阻抗 电子音乐合成器 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-31 15:02 152次 阅读
NE5517 运算跨导放大器 双通道

怎样在Linux中列出或显示开放端口

端口是16-位号(0到65535),以帮助识别Linux(Unix)操作系统上的给定应用程序或进程。....
的头像 39度创意研究所 发表于 07-26 08:45 2065次 阅读
怎样在Linux中列出或显示开放端口

AX88179千兆以太网 USB3.0转RJ45-集佰睿

AX88179是世界上第一个将USB 3.0 phy和10/100/1000Mbps千兆以太网MAC/phy集
的头像 集佰睿科技 发表于 07-01 16:51 3252次 阅读
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51单片机P2口的结构及功能应用解析

当CPU对片内存储器和I/0口进行读写时,即执行MOV指令,或在EA=1的条件下执行MOVE指令,由....
发表于 06-26 15:55 1536次 阅读
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连接器和插头端口有什么区别

在连接器行业中,我们经常会碰到连接器(Connector)、插头(Plug)、插孔(Jack)、端口....
发表于 06-25 11:19 1445次 阅读
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解复用器多路分解符号

解复用器采用一个输入数据线,然后将其切换为任意一个一次一个输出线中的一个。解复用器将输入端的串行数据....
的头像 模拟对话 发表于 06-24 09:22 2157次 阅读
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光纤交换机端口故障的排查方法

设备正常状态下通过switchshow可以看到状态是online、设备的WWN(L_Port和NPI....
发表于 06-16 10:48 1203次 阅读
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51单片机的IO端口概念知识点和结构资料免费下载

本文档的主要内容详细介绍的是51单片机的IO端口概念知识点和结构资料免费下载。
发表于 06-14 17:44 156次 阅读
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LabVIEW教程之结构与属性控制的详细资料说明

本文档的主要内容详细介绍的是LabVIEW教程之结构与属性控制的详细资料说明。
发表于 06-14 17:15 766次 阅读
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51单片机汇编语言教程之矩阵式键盘接口技术及程序设计的详细资料说明

在单片机系统中键盘中按钮数量较多时,为了减少I/O 口的占用,常常将按钮排列成矩阵形式,如图1所示。....
发表于 06-05 16:49 377次 阅读
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路由协议及其工作原理的详细PPT教程课件免费下载

  本章将介绍目前常见的几种动态路由协议(包括RIP、OSPF、IS-IS和BGP)的一些基础知识,....
发表于 05-27 08:00 238次 阅读
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Arduino进行端口通信的实例程序免费下载

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发表于 05-13 18:12 165次 阅读
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如何生成超声图像-B模式 如何影响前端组件选择

设计人员必须了解特别重要的规范及其影响关于系统性能,以及它们如何受到集成电路(IC)设计权衡的影响 ....
的头像 模拟对话 发表于 04-11 10:22 2048次 阅读
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Maxim推出了可用于转接驱动eSATA/SATA信号的双通道缓冲器

当集成的电缆检测引脚拉高或悬空时,MAX4951BE能够进入低功耗待机模式。上述功能极大地降低了笔记....
发表于 03-25 14:43 332次 阅读
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浩康科技Crypton Tech推出了超高速USB3.0解决方案

浩康科技(大中华)有限公司Crypton Tech今天宣布推出超高速 USB3.0解决方案,该方案为....
发表于 03-12 14:14 373次 阅读
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串行端口实用调试工具应用程序免费下载

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发表于 03-12 08:00 195次 阅读
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三种常用类型的RS-485端口的EMC设计方案

在RS-485端口的EMC设计中,我们需要重点考虑三个因素:静电放电(ESD)、电快速瞬变(EFT)....
发表于 03-11 14:20 423次 阅读
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复用器的原理及MPEG-2传输流的简要介绍资料说明

作为数字视频压缩技术的国际通用标准,MPEG-2标准于1994年被运动图像专家组制定出来,分成系统层....
发表于 03-01 15:16 326次 阅读
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USB-C大一统:全面升级3.2版规范

作为这个星球上最普及的接口标准,USB最近几年取得了长足进步,尤其是传输速率从早些年的480Mpbs....
发表于 03-01 14:56 1065次 阅读
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具有最小路由资源的数据路径性能多路复用器设计技术资料说明

信号的多路复用是一种常见功能,通常由Xilinx实现工具和设备充分处理。然而,可能会有一些特别具有挑....
发表于 02-18 16:42 221次 阅读
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在linux中如何查询端口被占用的情况

今天要使用python写一个端口探测的小程序,以检测一些特定的服务端口有没有被占用,突然发现自己居然....
的头像 马哥Linux运维 发表于 01-11 16:37 2329次 阅读
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54154和DM54154及DM74154解码器解复用器的数据手册免费下载

当选通输入g1和g2都很低时,每一个或这四行对16行解码器利用TTL电路将四个二进制编码输入解码为1....
发表于 01-09 08:00 280次 阅读
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USB3.0与USB2.0速度、工作原理的对比

USB2.0的最大传输带宽为480Mbps(即60MB/s),而USB3.0的最大传输带宽高达5.0....
的头像 奈因PCB电路板设计 发表于 01-06 09:17 12020次 阅读
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USB3.0是什么USB3.0技术说明

USB 3.0也称为SuperSpeed USB, USB 3.0是最新的USB规范,它的传输速度能....
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Allegro PCB双层USB3.0封装图和尺寸图资料免费下载

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发表于 12-20 08:00 694次 阅读
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X-Sight机器视觉的用户手册详细资料免费下载

本文档的主要内容详细介绍的是X-Sight机器视觉的用户手册详细资料免费下载主要内容包括了:硬件介绍....
发表于 12-17 08:00 221次 阅读
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VNA的测试原理六点详细资料说明

VNA(Vector Network Analyzer, 矢量网络分析仪)的信号源在测试时产生一个连....
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计算机的常见端口信息资料合集概述

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创基Type-C集线器可实现多种场景使用

创基Chungkey Type-C集线器生产厂家一直专注于生产力工具的革新和开发,而以实现用户需求的....
发表于 11-22 17:17 787次 阅读
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核心路由器400GE标准先行 促商用进程加速

网络设备应对流量增长的必经之路就是持续提升端口容量,从100M、GE、2.5G、10GE到当前主流的....
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