在汽车应用中转向USB Type-C供电

作者：安森美半导体高级产品线经理Pete Chadbourne

当汽车工业引入‘信息娱乐’的概念时，对制造商而言是个重大转变，因为它带来了汽车功能系统和非功能系统之间更紧密的集成。信息娱乐为驾驶员创造了一个新的接口，因此，它对我们如何与技术交互的影响几乎与手机的引入一样重要。

我们看到了主导的标准配置文件和用户可升级的音频系统-这大都是独立的-被适合制造商的系统所替换，提供更多功能。它们迅速演变至包含导航，同时逐步整合更多对汽车其他系统的控制，例如气候控制。安全特性，是今天先进驾驶辅助系统（ADAS）的前身，如倒车摄像头，也成为信息娱乐中心的一部分，在相同的时期内，这些系统已被进一步扩展，使手机在汽车不断增长的功能列表中不可或缺。

主要得益于USB接口（虽然蓝牙也发挥着重要的作用），现在很容易将您的手机连接到您的汽车以接入媒体、访问联系信息或只是打电话。当选择通过USB有线连接时，额外的益处是在您忙碌的早晨上班或在郊外悠闲地开车时，您的手机电池通过汽车充电。

这种便利不可低估，特别是考虑到如果使用频繁，许多智能手机仍然很难靠一次充电维持一整天。但是随着USB接口的发展，车主们将期望他们的汽车也同样演进。汽车行业不像消费领域演变那么快，因此全新的连接器USB Type C的引入将对汽车制造商如何解决这一非常实际的挑战产生重大影响。

他们不能忽视连接器配置文件正在改变的事实。由于手机的更新换代频率远高于汽车，消费者可能会接受一些滞后，但在选择新的家庭汽车时，支持最新的USB接口将无疑是车主所期待的，尤其因为新标准将支持更多种设备充电。它将不再局限于手机、笔记本电脑、摄像机、平板电脑和其它需要更高功率的设备，都可通过USB Type-C充电。

BMC提供密钥

使USB连接能提供或汲取达100 W电源的技术存在于规范的供电（PD）部分。它需要一个电源能够提供这样的功率水平，此外，还依赖于USB控制器能够解译连接的设备需求。虽然供电一直是USB规范的一个重要方面，但使用Type-C连接器和USB 3.x规格的电缆能最好地实现目前更高的功率水平。

Type-C连接可正反逆插，为用户带来了更多的便利，却使开发更复杂。方向通过新的配置通道（CC）管理，该配置通道在连接器上有两个专用的引脚，并支持连接的设备协商需要提供或汲取多少电源。该通道使用的协议是一种称为双相符号编码（BMC）的差分曼彻斯特编码。USB Implementer Forum（USB-IF）定义了五个供电配置文件：10W、18W、36W、60W和100 W。使用BMC协议，电源配置文件可在含USB Type-C接口的两台设备之间进行交换。编码方案使用转换来表示逻辑电平，而不是绝对电平，并且它结合了自己的时钟信号，使得同步更简单。然而，BMC协议依赖于一个物理接口，该接口能在具电气挑战的环境中可靠地解码信号，而且很少有电气环境比车辆环境更具挑战性。

添加Type-C到汽车中

安森美半导体的FUSB302B是完全符合AEC-Q100车规的可编程的USB Type-C控制器，含电源传输，集成了一个BMC客户端配置通道，支持全Type-C PD 2.0 的1.1版本。这意味着CC可用于检测设备何时连接或未连接、主机或设备的当前功能，以及是否存在有源电缆，以及选择所需的模式（如音频适配器或调试附件模式）。图1显示了一个典型应用的框图。

图1：典型应用框图

这显示了控制器和主机处理器之间的I2C接口，说明FUSB302B没有集成自己的处理器。这是该器件的一个重要特性，因为它无需为一个集成的处理器提供额外功率，同时支持固件驻留在位于系统任意处的处理器中，如果USB规范被修改，为制造商提供一个更简单的升级路径。图2显示了一个更详细的应用示例。FUSB302T是FUSB302B的默认源配置选项，可用作在汽车应用中实施USB Type-C时构成完整系统的一部分。

图2：应用示例显示双USB端口提供100 W能力

FUSB302B实施了一个CC开关，使它能够检测到它是作为设备主机还是双角色端口连接，通过多个比较器和由主机处理器上的软件控制的可编程DAC进行管理（图3）。

图3：配置通道开关功能

通过实施瘦BMC客户端，包括BMC物理接口（PHY）和分组FIFO，主机处理器能够使用I2C接口发送和接收数据包。这说明USB BMC PD的所有功能都可通过软件访问，使用口令读写FUSB302B的FIFO。口令灵活，支持USB PD规范的所有功能，包括突发写入FIFO的快速分组处理。通过该CC接收到的每个有效数据包都存储在FIFO中；BMC接收器感知CC上的活动，并启用内部振荡器。一旦检测到，就会使用专用中断通知主机处理器已接收到有效的数据包。图4显示了USB BMC PD块框图。

图4：USB BMC PD块

灵活性提供长期解决方案

通过在主机处理器上运行的固件，使USB控制器几乎完全是软件定义的，它为汽车制造商提供了一种长期的解决方案，以实施已经符合当前标准的USB PD（USB PD3.0的1.1版本），并通过对主机处理器进行简单的固件更新来满足未来对该规范的任何修订。

对FUSB302B的优化设计结合高性能和低功耗，通过软件配置来实现。通过选择软件可配置的格式，它无需另一个占用资源的嵌入式处理器，并通过支持由主机处理器定义其功能来增加其灵活性。这为汽车制造商提供了从Type A/B转向实施USB PD的路径，并最终实施Type-C，而无需更改USB控制器。