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为手机、笔电挑USB Type-C主控,再添ASIC方案

虽然还未规模普及,但USB Type-C似乎已经大热了起来。终端厂家似乎也已到了考虑为手机、笔电等设备配备USB Type-C端口的阶段。今天小编不想谈“单电缆”高大上的技术性能、令人兴奋的市场应用前景,只希望默默为开始考虑USB Type-C端口控制设计的工程师们再添一种方案选择,一种来自ASIC和FPGA的选择。 该方案来自于莱迪思半导体公司,莱迪思日前宣布推出三款全新的端口控制器——SiI7012、SiI7013和SiI7014,扩展其USB Type-C端口控制产品系列。加上早先发布的产品,莱迪思的USB Type-C解决方案系列就包括5款ASIC芯片(SiI7012、SiI7013、SiI7014以及Sil7023、Sil7033)以及2款FPGA方案(UC110和UC140),这些芯片间究竟如何选择,分别可满足哪些应用场景将会是本文想探讨的重点。 对于PD协商的两类方案权衡 我们知道,USB Type-C端口控制器主要用于配置互连中的USB Type-C上行端口(Upstream Facing Port, UFP)或下行端口(Downstream Facing Port, DFP),提供侦测线缆方向以及供电(Power Delivery, PD)协商。 对于电力传送过程中需要的协商机制(PD协商)架构,通常有两种方案(图1)。据莱迪思半导体产品市场部高级经理孙群乐介绍,第一种架构就是说把顶层的协议放在MCU,或AP里面去。那这种模式的好处在于成本会节省一点,如果设备本身已经有MCU的话就不必再自带MCU, 这样的话成本会比较便宜。另外,对于软件的升级,Type-C协议还在不断完善中,它的很多的协议的升级可通过AP升级,这样来说要方便一些。第二种架构指的是一个单芯片的CC/PD结构,全部协议集合在一起。它的好处是一致性比较好,所以执行上会好很多,带来的劣势就是成本上升的可能性。另外更新的话,没有像自带AP的更新那么方便。已有一些厂家所推出的带MCU架构的端口控制芯片产品,就主要用于诸如充电器或适配器(Dongle)产品中。所以这是针对两种不同的需求和市场,所做出不同的PD协商机制。

图1:PD协商架构的两种方案*
图1:PD协商架构的两种方案

关于两种方案的设计环境和应用,目前大部分消费类终端应用趋向于第一种,因为毕竟像手机等应用已经有AP了,比如高通或联发科,已经有很强的数据流就不需要再带一个MCU,所提供相关的软件可以进到AP里,AP升级的时候带着Type-C协议升级,这是比较理想的方式。莱迪思推出的芯片也主要是基于第一种架构。 对于视频传输(图2),USB Type-C连接器有24 Pin,虽说上下两边是对称的,但24 Pin里电源和接地就各占了4个,其次D+和D-是一定要有的,因为必须要和以前老的产品兼容。另外还有10个pin是可以根据不同的Alt Mode,如MHL, DisplayPort和Thunderbolt,来重新定义的。对此孙群乐特别介绍道:对于USB3.1数据支持,Type-C是可以支持USB 3.1的,这本来就是Type-C定义之所在。但问题在于AP这块有没有USB3.1的输出?如果有,就可以支持,但如果AP计划上没有USB 3.1,就只能进行视频输出而不能传输USB3.1数据,所以这完全取决于AP端的情况。对于PD计划,可提供5伏、12伏,20伏电压的支持,按照50毫伏的级差往上增加调节。电流也按照10毫安的级差往上增加。这主要还是根据不同的用户定义来对它进行电流和电压的输出。最后一点比较特殊,莱迪思可以提供对特别配件认证的支持,比方说用户有特别的一些要求要做一些认证,莱迪思可以做唯一化的配件支持。

图2:USB Type-C的Alt Mode*
图2:USB Type-C的Alt Mode

下一页:7款不同方案的应用选择与助益 《电子技术设计》网站版权所有,谢绝转载。 7款不同方案的应用选择与助益 图3是莱迪思目前提供的7款USB Type-C方案及应用场景。最新发布的系列,包括Sil7012、Sil7013、Sil7014,与早先发布的Sil7023、Sil7033一样是ASIC方案。 对于这几款方案的差异与选择,孙群乐表示:Sil7023和Sil7033主要应用在智能手机中,Sil7033也可以应用在纯USB的传输,但因为它们里面带了MHL视频开关,所以这两款用在手机视频传输是最合适的。其中,Sil7033不但可以支持MHL,也可以支持就是USB3.1通过Type-C的传输,其应用会更广泛一些。 最新的Sil7012、Sil7013和Sil7014是没有开关模块的,只有CC/PD PHY,所以会更适合有些手机可能不需要视频输出,只需要正反插,或是数据传输,那就只需要CC/PD PHY,这是最简洁的一个方案。其中Sil7012和Sil7013的区别在于:Sil7012是一个CSP的封装,尺寸小(1.9x 1.9mm),特别适合空间限制的手机,这对有些竞争对手的同类方案是有所优势的。Sil7013的封装会大一点,3x3mm封装,也可应用在平板或笔记本电脑。另外对于一些Dongle的应用,对PCB板要求没那么高,板层会比较少,如果选择Sil7012的话,因为芯片是CSP封装,要求非常高。所以会提供一些成本比较低廉,同时较易于布线的方案,也就是就Sil7013。 Sil7014芯片的特点是,可以支持DisplayPort的Alt Mode,所以会在笔记本电脑应用更多些。至于需不需要额外配超高速开关,主要看笔记本电脑里的CPU有没有把USB的PHY和DP的PHY 结合在一起,如果结合在一起了,就不需要配了。

图3:7款USB Type-C方案差异及应用场景*
图3:7款USB Type-C方案差异及应用场景

右边两款是FPGA的芯片,UC110和UC,主要针对充电器和dongle应用,在充电器和dongle这两块有很多定制化的要求,FPGA可以让定制化更合适。莱迪思可以根据客户的不同的需求提供一些比较完整的CC/PD协议栈。如果是对比较特殊的电压和电流输出的要求,可以通过VDM来实现。如果客户需要定制化接口,FPGA的优点就在于它的灵活性,能根据客户需求提供接口。我们的方案也支持像高通主推的一些电路充电模式,也包括传统意义上的BC1.2充电模式。所以既可以支持一些现有的市场主流的电流充电模式,也支持一些老的充电方式,同时也可以支持Type-C出来之后的一些新的充电模式,兼容性会比较广泛。 上述的莱迪思方案都支持Type-C 1.1规范,这是目前业界最领先的规范。同时,在今年的下半年,整个Type-C兼容性测试规范,应该会最终推出。在这之前,莱迪思已经过了多轮的Plugfest test互操作性测试,以确保其方案和别家的Type-C方案兼容,这样客户用起来就不会有太多的兼容性的担忧。 此外莱迪思的方案非常完整,在手机、笔记本电脑、充电器、显示器、平板里面都有很广泛的市场应用前景。莱迪思也会提供支持性的文档、代码给客户,包括原理图、BOM、FPGA位流文件、可以放进AP/CPU里面去的源代码等。 对于莱迪思在Type-C市场的主要优势,孙群乐总结道,“莱迪思希望提供给客户的是基于快速设计的方案,FPGA的方案其实很早就出来了,等客户定义确定后,会有很多的ASIC方案提供给客户,以针对不同的需求。我们提供给客户源代码、开发板(图4),同时还有一些全球的技术支持,以及快速的响应速度。第二,莱迪思希望提供高效的设计。这次提供的是低成本的CC/PD PHY方案,并没有把MCU集成进去,所以方案在成本方面比较有竞争力。同时,针对应用需求,可添加USB3.1 的高速switch,并做一些Alt Mode支持。同时,莱迪思的方案功耗会很低,与业界同类相比,低于150μW的功耗非常有优势。莱迪思器件都基于小尺寸封装,周围的元器件非常少,大概只有七、八个周围器件(包括一些电阻和电容),所以是一个非常简单的设计。第三点是设计灵活性。可以根据不同需求,提供CC/PD 完整协议栈给客户,也可以提供仅使用CC/PD PHY的方案。也可以给客户提供客制化的电源电子接口、全面的Alt Mode&VDM支持、以及额外的电源协商支持。另外需要强调的是Type-C的规范正在完善中,还没有最后确定,所以在这种情况下我们提供一部分的ASIC方案,再带一部分的FPGA的话,有利于帮客户解决所遇到可能的问题。所以这是我们灵活性最大的优势。(EDN China 麦迪)

图4:莱迪思所提供的源代码、开发板等资源*
图4:莱迪思所提供的源代码、开发板等资源

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