如何用USB-C端口实现快充及高清音视频传输

如何用USB-C端口实现快充及高清音视频传输

USB-C的作用

USB-C端口具有体积小，可正反插等特性，被越来越多的设备采用。USB-C也可以写作USB Type-C。USB-C端口兼容之前旧版的USB -A口的所有功能，可以实现快充功能和传输高清音视频的功能。

快充方面：搭载USB PD、QC等快充协议，实现手机等用电设备的快速充电。新推出的USB PD 3.1更是将之前的最高充电功率由100W增加到240W，进一步扩大了快充的使用范围。

音视频方面：传输DisplayPort视频信号，DisplayPort中也包含音频信息。还可搭配模拟耳机和数字耳机，可连接音频设备。新推出的USB4规范强制规定只能使用USB Type-C接口，传输带宽达到40Gbps。还兼容了雷电3协议。更大的带宽，可以同时扩展更多的设备。比如可以通过USB4扩展坞同时接移动硬盘，高清显示器和外置显卡。

USB Type-C端口搭载USB PD、QC等协议，来统一快充市场，而且具备音视频传输功能等。基于以上优势，USB-C有望实现USB端口的统一。可以预见，设备采用USB Type-C端口是大势所趋。

面临的困境

由于USB-C端口、USB PD等快充协议是近几年才推出的，所以在之前推出的SOC或MCU必然没有集成USB PD、QC等协议，也不支持USB Type-C的逻辑识别功能，也就无法实现USB Type-C端口快充和高清音视频传输的功能，因为快充和高清音视频传输的实现都需要依靠USB Type-C的识别和相关协议的沟通。那么这些SOC或MCU将面临市场的淘汰和资源的浪费。而且研发新的集成USB PD、QC等的SOC或MCU，开发周期长，成本高，足以让不少芯片原厂止步，而且有的设备需要多个USB -C口（比如苹果公司推出的Macbook Pro笔记本就有4个USB-C口），更是加大了研发难度。那么有没有简单的方法解决以上的困境？答案是有，就是采用TCPC芯片。

解决方式

可以采用SOC或MCU与TCPC芯片配合使用，来解决上面提到的困境。TCPC芯片用来实施USB Type-C底层的逻辑识别和协议沟通，SOC或MCU作为TCPM来进行上层的策略管理。TCPC和TCPM之间连接的接口叫做TCPCI，可采用I2C（或SMbus）方式通信。这样SOC或MCU只需要有I2C主模式的功能，就能方便实现USB-C端口快充及高清音视频传输功能。而I2C主模式还可以用芯片的GPIO来模拟的，所以SOC或MCU理论上都可以作为TCPM。那么到底TCPC、TCPM和TCPCI究竟是什么？下面来介绍。

TCPC、TCPM和TCPCI

TCPC和TCPM是USB-IF协会发布的《Universal Serial Bus Type-C Port Controller Interface Specification》文档中提出的概念，两者之间连接的接口称为TCPCI，下面介绍TCPM、TCPC和TCPCI。

什么是TCPM？

TCPM英文全称为USB Type-C Port Manager，即USB Type-C 端口管理器。TCPC是一个功能管理模块，包括VBUS和VCONN电源管理以及USB PD通信的设备策略管理层、策略引擎层和部分协议层等。

什么是TCPC？

TCPC英文全称为USB Type-C Port Controller，即USB Type-C 端口控制器。TCPC是一个功能控制模块，包括VBUS和VCONN电源控制、USB Type-C CC逻辑以及USB PD通信 BMC物理层和部分协议层等。

什么是TCPCI？

TCPCI英文全称为USB Type-C Port Controller Interface ，即USB Type-C 端口控制器接口。TCPCI的目的是在TCPC和TCPM之间提供定义的接口，以便标准化和简化TCPM实现。TCPCI除了规定的内容，还包含了供应商自定义内容，用于供应商进行相应的功能扩展。

上图展示了一个TCPM和多个TCPC连接的框图。可以看到TCPC重点在“控制”，是USB Type-C控制器，负责控制底层通信的实施，包括出错重发机制。TCPM重点在“管理”，是USB Type-C管理器，负责管理一个或多个USB Type-C端口的上层策略。TCPM和TCPC之间的连接的接口叫做TCPCI，是两者之间的桥梁，可采用I2C（或SMbus）方式进行沟通。而LDR6280就是一款TCPC芯片。

TCPC方案介绍

LDR6280是深圳市乐得瑞科技有限公司研发的一款单端口USB Type-C控制器，支持Source，Sink，或DRP模式，也支持Type-C DRP Try.SRC和Type-C DRP Try.SNK模式，为平板电脑、显示器、移动电源等应用提供了完整的USB Type-C和USB Power Delivery端口控制解决方案。LDR6280可以通过UART方式或I2C的方式进行在线升级，来更新芯片的固件。其中I2C升级方式可用于实现SOC给LDR6280更新固件。

LDR6280特点

1、集成USB TYPE-C

－ 支持USB TYPE-C规范2.0版

－ 支持Source， Sink和DRP模式

－ 支持Type-C DRP Try.SRC或者Try.SNK

－ 自动检测TYPE-C设备的插入与拔出

2、集成USB Power Delivery

－ 集成 USB Power Delivery 2.0/3.0协议

－ 支持DFP，UFP以及Data Role Swap

－ 支持PPS，电压最小可调20mV，电流最小可调50mA

－ 集成对eMarker线缆的识别和支持

－ 支持Power Role Swap

－ 支持Fast Role Swap （FRS）

3、支持外接MCU通信

－ 支持UART模式，通信波特率可选，默认为19200

－ 支持I2C/SMBus模式，支持USB Type-C port controller接口（TCPCI）规范

4、工作电压

内嵌LDO可支持宽电压输入： 1.8V到5.5 V。I2C上拉电阻电压的范围：1.62V-5.5V

5、工作温度

-支持工业级温度范围-40℃~85℃

6、封装

－5mm x 5mm x 0.75mm QFN32

LDR6280应用

－ 笔记本电脑、平板电脑和游戏主机等

－ 显示器

－ 电源适配器、移动电源等

－ 老化柜

－ 其他USB Type-C上行端口，下行端口以及双角色端口

应用框图

双角色端口（DRP）应用-带有Type-C端口的笔记本电脑

嵌入式控制器管理电池充电器控制器（BCC），控制电池的充电和放电。它作为USB Type-C端口管理器（USB Type-C Port Manager，TCPM），通过I2C/SMbus的方式与LDR6280（USB Type-C Port Controller，TCPC）通信，实现功率的配置，以及通过VDM信息的协商等，控制USB芯片组 、DisplayPort芯片组分别输出USB信号和DisplayPort信号。

以笔记本为例，LDR6280设置为DRP扫描，通过I2C中断引脚输出低电平来通知TCPM，底层状态发生了改变。TCPM读取TCPCI中规定的ALERT寄存器来获取当前的状态信息。快充的实现参照前面的多USB Type-C端口的移动电源的介绍，这里介绍高清音视频部分。

功率配置完成后，主机的嵌入式控制器（TCPM）控制LDR6280进行VDM信息的协商，包括DP Alt Mode的配置等，LDR6280如果收到Attention信息，报告给TCPM。TCPM通知DisplayPort芯片组进行AUX通路的通信，读取显示设备的EDID信息，确认支持后，输出DisplayPort高清视频信号给显示设备。其中DisplayPort信号中还包含音频信号。TCPM还通知USB芯片组输出USB数据。其中USB 2.0也可以输出音频

信号，属于数字音频信号。还有模拟音频信号，传输方式和数字音频信号有很大不同，通过USB Type-C的A8（SBU1）或B8（SBU2）引脚传输MIC信号，A6和B6（都是D+）引脚传输右声道，A6和B6（都是D-）引脚传输左声道。A5和B5引脚用于检测是否有模拟音频插入，一定检测到连接，LDR6280会通知TCPM有模拟音频设备接入，然后TCPM通知模拟音频模块进行模拟音频信号传输。

责任编辑：tzh