USB Type-C：你需要了解的三件事

凭借其“插入式”简单性和传统通道传输，Type-C是用户将需要的最后一个连接器。但是现在设计师需要了解Type-C的负担。

说，你有没有听说苹果在新的Macbook上选择了一个Type-C USB 3.1端口？它取代了除耳机插孔之外的所有其他端口。如图1所示，Type-C可用于：

• USB 1.1 / 2.0 / 3.0 / 3.1

• HDMI

• 以太网络

• DisplayPort的

• 功率

• 音频

• 有更多的千兆位通道。

USB 3.1（Type-C）运行速度高达10 Gbps，支持100W充电，并且可以插入Apple iPad自己的Lightning连接器。据USB-IF贸易组织称，这是一个“20年连接器”，它看起来像是一个真正的赢家。其中存在设计师面临的挑战：处理嵌入式设计中的信号完整性和速度问题;可容纳100W的功率，可以在任一方向流动！并将Type-C连接到上面列出的传统接口。

呼！你需要一些快速提示。开始。

图1：Type-C连接旨在替代所有这些......等等

快速提示＃1：重新驱动（或不驱动）Type-C
专用于以高达10 Gbps的速度运行，USB 3.1的Type-C连接器可通过24条信号线将各种数据移动（图2 ）。双向连接器（A侧和B侧）每侧有12条线，只有4条映射到USB 1.1和2.0（Vcc，Ground，D +，D-）;其余的用于差分信号或功率。

就像图1所示的USB Type-C的功能不够令人印象深刻，这12条线可以同时做很多事情。例如，Type-C电缆最多可以同时连接四个DisplayPort通道，或带有两个DisplayPort通道的USB 3.1，以及USB 2.0和USB-PD（电源传输）。另外，还可以混合使用HDMI，PCI Express和其他差分标准。该电缆支持2米或10 Gbps 1米处的5 Gbps。

图2：USB Type-C引脚和信号线
（礼貌：http://www.vesa.org/。支持DisplayPort规范的人士）

设计人员的收获是，电缆上有很多事情发生，而且在电缆两端的源和目标嵌入式系统中发生了大量的高速信号。这些10 Gbps线表示通过IC引脚，PCB走线，PCB过孔，柔性电缆或柔性电路，连接器和Type-C电缆本身的通道。

图3：各种USB合法配置的USB3.1 Gen 1损耗错误。
（来源：USB3.1频道损失预算1.0版2015年3月1日，USB.org网站
http://www.usb.org/developers/docs/whitepapers/USB_3.1_Loss_Budget_Rev_1.0_-_2015-03-02.pdf

图3表示从一端（主机或双重角色）到另一端（设备或双重角色）的信道损耗分配。在C型到C型的情况下，由于它是双重作用端口，因此任何一端的损耗在6.5dB处都是相同的，并且对于20dB的总信道损耗，2米电缆组件的损耗分配为7dB。由于C型是可逆的，因此C型连接器将会出现多路复用。因此，PCB走线和多路复用器插入损耗必须包含在6.5dB以内。例如。假设USB主机将3“的PCB走线连接到多路复用器，1db损耗，另外3”连接到C型连接器。假设内部迹线的总损耗为3×0.8 + 1 + 3×0.8 = 5.8dB。因此它在损失预算内，因此不需要USB3转接驱动器。如果距离超过该距离，则在C型连接器之前需要一个转接驱动器。

图4：密集超移动设备PCB上的长USB 3.0迹线需要重新引导来清理信号并恢复信号完整性问题。在便携式平台中，外部电缆和柔性电路会增加SI问题。

在信号完整性（SI）术语中：对源的睁眼将很可能是目的地处的闭眼，因为数据和编码信号时钟遍历这个长且中断的信道。表1列出了一些典型的损失。

快速提示解决方案？使用一个微型有源信号放大器，通过打开SI眼睛几乎奇迹般地修复了信号完整性问题。插入图4（右下图）所示的Source Type-C连接器之前的通道中，眼睛将被位于连接器附近的转接驱动器和通过Type-C电缆成功发送的信号打开。

图5显示了使用具有均衡和信号强调的5.0 Gbits / s Pericom PI3EQX7741AI再驱动器的USB 3.0通道的各种眼图。关键照片是最底层的图片，展示了转接驱动器如何打开视线并补偿源IC和Type-C连接器之间的所有SI边界。顺便说一下，所有这些仍然在源设备内（在Tx端）。

快速提示＃2：功率（全）选项
新型Type-C连接器可以处理高达100W的电力给显示器供电，或为笔记本电脑，笔记本电脑或2：1（图6）等大型设备充电。此外，电源可以在任何方向流动，因此您的智能手机可以为您的笔记本电脑充电（短时间）。USB-IF BC 1.2（电池充电）规范涵盖了以前的USB充电方案（请参阅本文“USB如何充电任何电子设备”）。Type-C的新规范涵盖在Power Delivery 2.0（PD）规范中（请参阅“超移动，便携式嵌入式系统的3大基本技术”）。

图6：USB供电（PD）规范允许通过Type-C提供100W的功率，以直接为无数设备供电。
（礼貌：USB-IF;www.usb.org）

根据PD规范确定电源要求，选择电压和提供电流的机制非常复杂，并且基于USB-IF协议（鼓励读者查阅上述文章）。表2列出了按照PD规范的Type-C中的关键电源选项。

表2：USB C型电源选项。电力传输（PD）规范涵盖整个范围，包括早期的USB2.0,3.0和BC1.2电源规范。注意：Type-C中100W和双向电源

值得注意的是，新的100W（任一方向）PD选项如何与传统的BC 1.2规范共存。设计人员需要了解他们的系统需要提供什么样的功率要求，并且必须包含必要的充电，开关和枚举电路。除了最新的PD规范外，最大USB功率为15W（5V @ 3.0A），这对所有手持移动设备，便携式硬盘和USB配件都足够了。只有笔记本电脑和显示器（可能不是“嵌入式系统”）可能需要> 50W（图7）。

图7：大多数手持式和嵌入式系统按照USB-IF的BC 1.2规范要求15W或更少

快速提示＃2是Type-C提供无数种方式为电缆的任一端供电和充电设备。设计人员需要仔细阅读上面提到的USB-IF规范，并小心不要过度设计嵌入式系统。即：图8右侧的任何嵌入式或超移动设备都不需要100W充电。

完整配置的支持DisplayPort，传统USB 2.0以及GPIO和I2C串行的USB 3.0 Type-C系统如图8所示。这里不仅仅是为讨论目的而介绍的，这是一个真正的系统，显示了Type-C即使不使用USB 3.1也是如此。实际上，由于Type-C的功能（包括功率传输），许多设计可能会保留在USB 3.0中，同时如图所示整合备用通道。

图8中提供了Type-C PD控制器（由I2C或GPIO控制），允许上/下连接器插入的交叉开关以及用于充电器检测的枚举块（显示的两个器件：主机和器件侧）。对于需要小于100W最大功率（例如15W）的设计，不需要PD控制器。

图8：完全配置的Type-C USB 3.0系统，还包括USB 2.0，DisplayPort（DP）1.2和I2C / GPIO。
（礼貌：Pericom半导体。）

快速提示＃3：很难保留传统
参考图1，很明显Type-C连接器和电缆应该能够替代大多数传统串行接口，从PCIe到HDMI。它甚至会取代所有以前版本的USB连接器和电源适配器。

但是过渡到全C型的世界还需要一段时间。同时，嵌入式设计人员需要将一种信号类型转换为另一种信号类型。例如，系统内PCI Express将需要转换为运行Type-C，并可能与USB 3.0或3.1一起运行。DisplayPort，HDMI，SATA等将同样需要转换。这些转换中的大多数都会在源系统和目标系统中进行。

图9显示了一个系统中多个标准和连接器类型如何组合在一起的框图。该图显示了一个数字监视器的示例，其中使用Pericom器件将Type-C转换为Display端口和USB 3.0：PI3USB30532分离DP和USB3.0，提供USB3.0重新驱动的PI3EQX7742AI，提供DP多路复用的PI3WVR12412 / PI3VDP12412，提供USB 2.0交叉开关功能的PI3DBS3224以及为USB 3.0集线器提供USB 3.0交叉开关功能的PI3PCIE3242。

这是由Type-C供电的数字显示器。但是显示器还提供多种输出选项，包括：USB 2.0和3.0（B型）和DisplayPort 1.2-可能用于双显示器配置中的第二台显示器。

除了系统内信号转换之外，消费者可能会发现使用有源电缆为其进行转换很有用。当新的Type-C系统需要与传统系统连接时，这很有吸引力。一些电缆制造商已经在使用一端带有Type-C和另一端带有传统标准的电缆适配器。

电缆将包括嵌入式电路，用于在电缆本身内进行转换。那么为何不？USB 3.1 Type-C可以提供电源和通道连线，并且任何一端（或两端）也可以包含重新引导来应对任何信号完整性问题。

这里的快速提示外卖？尽管USB 3.1和Type-C的附加速度和特性，将有一段时间需要通过加密狗，对接或电缆转换器支持现有接口。

作者：Chris A. Ciufo，嵌入式系统工程主管