|
新推出的可正反向插接的USB Type-C連接器向使用者保證可減少插接USB設備時(shí)的麻煩——不論插頭以何種方式插入，連接都應該有效工作。 USB Type-C也對如下技術(shù)提供支持：數據速率高達10Gbit/s的USB 3.1規范、高達100W的功率輸出、音頻多路復用，以及可處理諸如與DisplayPort或MHL等視頻信號的切換模式。 因此，數以百計的供應商正在推出支持USB Type-C的產(chǎn)品就不足為奇了。事實(shí)上，來(lái)自從連接線(xiàn)纜到筆記本電腦等許多領(lǐng)域的一百多家供應商參加了于2015年7月舉行的第一屆USB Type-C互連互通性測試，以對其產(chǎn)品和原型的互操作性進(jìn)行了測試。 盡管目前業(yè)界已與USB打了幾十年的交道，但實(shí)現Type-C連接仍然帶來(lái)了諸多新的挑戰。例如，當以10Gbit/s的數據速率運行時(shí)，數據線(xiàn)上的電壓擺幅是低于0.5V的。設計者需要在連接接收端的物理層（PHY）里實(shí)現均衡器，來(lái)獲取輸入信號，這時(shí)，該信號眼圖中的“眼睛”基本是閉合的，而需要實(shí)施必要的均衡以使信號眼圖中的“眼睛”張開(kāi)，同時(shí)，顯示信號代表的是邏輯0或者邏輯1。 在實(shí)現Type-C連接時(shí)仍有許多其他挑戰，尤其是在USB 3.1規范以10Gbit/s的全數據速率工作時(shí)最甚。 重新考慮PHY 例如，連接器的可正反插接特性需要在實(shí)現中對物理層進(jìn)行重構。當以USB 2.0數據速率運行時(shí)，設計者可通過(guò)使用一對電阻去短接進(jìn)入物理層的兩條數據通路，從而去明示連接器以何種方式被插接。在較低的USB 2.0數據速率上，物理層擁有足夠的性能裕量來(lái)處理短接數據通路所引發(fā)的反射。 對于USB 3.0和3.1數據速率而言，設計者需要實(shí)現兩條數據通路，以處理更高的速率。通過(guò)一個(gè)方向上的連接器，系統連接到一條數據通路上，同時(shí)在另一個(gè)方向上，系統連接到另一條數據通路上。雙數據通路是必要的，因為以5Gbit/s和10Gbit/s數據速率傳輸時(shí)，通過(guò)短接數據通路來(lái)明確方向，將會(huì )引發(fā)太多的信號反射，從而使數據分解。 設計者需要決定如何解決這個(gè)問(wèn)題。一種解決方案是使用兩個(gè)物理層，每個(gè)方向有一個(gè)物理層。雙物理層解決方案的缺點(diǎn)是會(huì )占用20%到25%的額外面積，來(lái)實(shí)現兩條超高速（SuperSpeed）數據通路和兩條高速（Hi-Speed）數據通路，而且需要兩組鎖相環(huán)電路（PLL）及兩組電源、接地和數據引腳。最終結果是一個(gè)系統擁有的高速（High-Speed）數據通路比其實(shí)際需求多出一條。 一種更高效的實(shí)現方法，是使用一個(gè)已經(jīng)針對USB Type-C規范優(yōu)化過(guò)的物理層，其擁有兩條超高速（SuperSpeed）數據通路、一條高速（Hi-Speed）數據通路、一組鎖相環(huán)電路以及一組電源、接地和數據引腳。 設計者選擇何種實(shí)現方法取決于他們的最終應用。成本敏感類(lèi)市場(chǎng)將選擇節省面積和芯片，可通過(guò)省去一條額外的Hi-Speed數據通路以及減少高達40%的引腳數量來(lái)實(shí)現。 USB Type-C信令 實(shí)現USB Type-C的第二項挑戰是24引腳連接器所要求的信號復雜性。USB Type-C規范明確了配置通道（CC）信號和功率輸出（PD）信號以定義各項參數，例如連接器的方向，任何插入Type-C端口的電線(xiàn)可以承載多大的功率，以及連接器何時(shí)是為音視頻而處于切換模式。 同時(shí)支持配置通道信號與功率輸出信號要求附加的邏輯：功率輸出消息控制器和配置通道邏輯。設計挑戰的一部分是處理可能發(fā)生在不同電壓上的兩種信號，這取決于當時(shí)工作的信號組合。 Type-C規范也摒棄了USB On-The-Go概念，而是以Dual Role Port概念取而代之。USB On-The-Go是一種信令方式，用于表明一個(gè)端口是被用作主機還是被用作設備。On-The-Go協(xié)議使用ID引腳發(fā)出信號來(lái)通知端口在工作時(shí)擔任主機還是設備；但是Type-C并沒(méi)有這個(gè)信號，所以要使用功率輸出消息信號來(lái)完成這項工作，這使PD信號的實(shí)現進(jìn)一步復雜化。 系統性問(wèn)題 Type-C連接器可以使USB用戶(hù)的生活更加便利，但付出的代價(jià)是使設計者的工作變得更加復雜。設計者將不得不決定他們想要的是支持USB 2.0、3.0和/或3.1中的哪一個(gè)，怎樣處理功率輸出，以及是否支持音視頻可切換模式。 USB Type-C的實(shí)現還會(huì )有系統方面的影響。例如，倘若SoC打算支持功率輸出方面的功能，設計者可以選擇使用一種滿(mǎn)足所有相關(guān)安全條件的外部電源管理芯片。這意味著(zhù)將分割功率輸出和配置通道邏輯，也許在物理層和一塊單獨的電源管理芯片，或主系統CPU甚至一個(gè)專(zhuān)用的外部微控制器之間分割。 Synopsys全面的USB控制器和物理層IP產(chǎn)品組合，已經(jīng)被3000多項USB設計成功采用，并且已經(jīng)通過(guò)約30億只已發(fā)貨的器件加以驗證。這就是深入而直接的設計經(jīng)驗，使我們能夠開(kāi)發(fā)特別為與Type-C連接器共同使用而優(yōu)化的USB 3.1 物理層IP，以及為了實(shí)現Type-C功能所必需的支持工具和驗證環(huán)境——這使得設計者的工作更加簡(jiǎn)便。 |
