玩转USB Type C, 从PD PHY开始

概述

说起USB，大家应该都是耳熟能详，特别是现在的最热门的明星USB Type C，已经成功的深入到大家生活的方方面面。自从2015年面世以来，历经多次迭代升级, USB Type C俨然已经是我们生活中的不可或缺的部分。从我们每日爱不释手的智能手机，到家中C位的智能电视，不知不觉当中，Type C已经深深的植根于这些产品中。

曾几何时，电源与信号是泾渭分明。一台笔记本，有专门用于充电的适配器，也有专门用于数据传输的Hub，还有只能用于视频输出的Docking，1+N的搭配方式是我们无奈的选择。

而今天，采用USB Type C的设备却让一切的繁琐成为了过去。USB Type C除了相对于他的前辈USB Type A、Type B更轻更薄外，更强大的集成功能，让多种功能在同一根线上实现成为了可能。

Type C功能

图1 TypeC接口定义

在Type C的定义中，4组VBUS和GND引线对为大电流场合提供了可能。8根最高速度可达10GHz的高速信号引线为各种高速信号通信，视频传输留了足够的空间。多余的引脚还可以往前兼容传统的协议。而最重要的是新增的CC引脚，连接于主机与设备间，专门用于支持type C中的PD协议，实现各种功能配置。在Type C实现应用中，同样的主机，设备，线缆，既可以实现大功率的电能传输，双向的USB数据交互，也可以使高清的视频信息嵌入其中，电源、USB数据、视频融为一体。

图2 TypeC接口的三大功能

图3 TypeC PD协议EPR功率范围

图4 USB数据传输速率分类

图5 DP协议演进

PD PHY HUSB311

在电源、数据、视频等场景，无论哪种应用，基于CC线的PD协议变得不可或缺，通过PD协议对主机和设备进行配置成为系统的基本要求。在各种各样的应用场景中， PD协议要进行的配置内容，指令都不一样。此时，全功能支持PD协议的HUSB311应运而生。

HUSB311是一颗USB PD物理层芯片，简称TCPC或者PD PHY。其可用于主机或设备中，直接连接CC引脚，用于设备接入的检测，PD信息的发送与接收。在PD协议中，为了达到良好的信号传输质量以及实现可靠的信息传输机制，在其发送与接收的机制中均加入了强大的噪声抑制机制，以及复杂的编码方式，普通的MCU难以完美实现PD协议中的抗干扰，时序等要求。

图6 PD物理层实现举例

HUSB311采用硬件的方式，集成了PD协议中所需的各种物理功能，包括设备插入拔出检测，PD信息的收发以及接口状态的上报，其能够正确将当前Type C口的状态，CC引脚中传输的PD信息，快速的反馈给主机或者设备，此时的主机或者设备只需要正确的读取HUSB311的数据即可轻松实现端口状态的监控，以及各种PD信息的发送，实现多种模式配置。

图7 HUSB311内部功能框图

HUSB311中PD协议的高自由度定制，让支持Type C各种应用场景成为了可能。在一些纯粹电源传输的场合，比如充电宝、储能等设备，用HUSB311配置为支持双向充放电角色（DRP），各种支持的电压电流档均可自由定制，甚至于还可以采用PD协议的自定义指令，进行双方设备鉴权，在身份识别成功后，发起更高电压，更大电流的支持，提升用户体验。无论外部接入的充电设备还是供电设备，HUSB311均可以自动检测，自适应调整功率角色，顺利完成PD协议的功率握手。

图8 支持双向充放电角色的双Type C口系统设计

在Type C的优势主场，电源与数据或者视频相互融合的场景，更是让人振奋。在主机和设备成功连接后，采用HUSB311完成PD协议的功率握手，随后进入高速通信模式的配置，比如TBT3、USB4等。在完成高速的数据通信的同时，主机和设备之间依然在进行大功率的电能传输、充电、通信两不误。

图9 TypeC全功能应用场景

小结

简单、便捷是所有产品的进化方向。Type C这种将电源与数据集合在一起的方式符合新一代产品的方向。用PD PHY的HUSB311对各自产品进行自定义的开发，将Type C的便捷与个性化产品的灵活性高度的结合在一起，使得Type C产品的开发不再那么漫长，这是我们玩转type C所迈出的关键一步。索要HUSB311应用于各种场景的设计资料，请立即联系Hynetek.