笔记本USB Type-C接口的非凡体验

2022-04-12

自从USB-IF发布USB Type-C接口以来,笔记本产品为了更加轻薄美观,悄悄开始“精兵简政”。一些极端的厂商甚至把3.5mm接口、HDMI接口、USB-A接口都取消,只留下USB Type-C接口。

img 极致精简的USB Type-C接口

出现这种情况,是因为旧接口功能或性能已不能满足日益高速通信的需求,但更重要的原因是USB Type-C自诞生以来,就被赋予伟大使命——统一电源、音频、视频接口。用户只需插拔一次Type-C接口,即可实现笔电充电同时投屏或连接鼠标,在电源管理同时实现数据管理,从而获得更加极致精简的非凡产品体验。

如此强大的体验提升,需要依赖于USB Type-C接口的灵魂——PD协议(Power Delivery)。

通过PD协议进行 Alt Mode配置,除了USB协议以外还允许其他协议在Type-C接口上通过USB连接传输,比如DisplayPort、HDMI、MHL及Thunderbolt等。Alt Mode是USB Type-C实现接口统一的杀手锏,PD-HOST控制器和PD-DEVICE控制器与单纯的PD电源控制器之间最大的区别就在于Alt Mode的支持。PD-HOST控制器和PD-DEVICE控制器在PD协议握手后,可通过结构化的VDM命令来实现配置以及进入或退出Alt Mode。

既然Alt Mode这么强大,那么如何触发进入DP Alt Mode?通过以下步骤即可实现:

① Type-C接口通过CC侦测到设备接入

② VBUS输出5V电压

③ 通过CC与设备进行PDO协商,VBUS根据PD电源协商的结果进行调整

④ 使用结构化的VDM进行协商Alt Mode握手

⑤ Alt Mode握手成功,继续进行DP link training来建立DP连接

⑥ USB和DP通道准备就绪进行Type-C数据和视频信号传输

未来笔记本的USB Type-C接口发展方向

当前,通过USB Type-C接口,我们仅需一根线缆将笔记本与扩展坞连接,即可完成对笔记本电脑的充电、外接显示器、外接鼠标键盘、网线连接、外置硬盘的连接工作。

依照笔记本厂商“化繁为简”的算法公式,除了现有的HDMI、VGA、3.5mm、Type-A、RJ45网线等接口,未来笔记本还有什么功能可能会精减出去?答案是显卡。

笔记本的便携性和高性能的矛盾不可调和:轻薄本采用集成显卡,虽然重量轻携带方便,但应对游戏及大型图形软件时性能不足。游戏本往往过于厚重,随身携带极不方便。可谓是鱼与熊掌难以兼得。

但是,随着USB-IF推出USB4标准,并向下兼容USB2.0、USB3.0、USB3.1、USB3.2和雷电3,得益于USB4接口最大吞吐量达到40Gbps,是现在常用的USB3.0接口速度的8倍,能够很好满足显卡外置的需要,使得在笔记本电脑上实现外接台式机显卡成为可能。

当笔记本的显卡外置,我们日常外出可携带轻薄本,当需要玩游戏及使用大型图形软件时,可连接扩展坞以提升性能,非常方便。

芯海科技针对笔记本USB Type-C的产品开发

基于上述应用背景,芯海科技针对PD-HOST和PD-DEVICE特性,精心设计CS32G051芯片。CS32G051芯片资源如下:

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CS32G051芯片模块资源图

◆ 支持FRS功能

CS32G051集成硬件化FRS信号检测,可精准检测Device端60-120us的FRS脉冲信号,具有检测时间精准、响应速度快的特点,可灵活设置以兼容市场上的USB Type-C接口扩展坞产品。

◆ 支持多种低功耗模式

CS32G051集成USB Type-C接口PD协议低功耗模块,可以做到睡眠期间实时侦测CC电平信号,快速响应Type-C接口插拔事件。另外在PD设备常连接状态下,CS32G051也可进入低功耗睡眠状态,有PD通信数据流即可实时唤醒系统,从低功耗睡眠状态切换到正常PD通信状态,可做到数据0丢包。低功耗状态工作电流可做到<500uA@3.3V。

◆ 支持多种ALT Mode

CS32G051的PD协议通过结构化的VDM命令实现配置,以进入或退出ALT Mode。PD协议栈可灵活定制适配不同的ALT Mode,包括DP Mode、USB4 Mode等。

◆ 支持UVDM定制

CS32G051除了支持结构化的VDM命令,还支持非结构化的UVDM,用户产品可通过自定义UVDM定制化自己的生态链产品,如超级快充、超低功耗模式、DEBUG模式等。

◆ 集成BC1.2模块、USB2.0 SWITCH和SBU SWITCH

CS32G051 BC1.2模块、USB2.0 Switch和SBU Switch,通过BC1.2模块自动识别接入设备的类型。如果接入的是SDP端口或CDP端口,CS32G051 控制USB2.0 Switch让DP\DM导通到SOC端,如果接入的是DCP端口,CS32G051 控制USB2.0 Switch让DP\DM导通到BC1.2模块。另外,CS32G051 通过Type-C模块可识别到正反插状态,进一步控制SBU Switch进行正反插控制。

支持多种快充协议

CS32G051 集成多种协议栈,除了PD协议外,还可以支持到SCP、AFC、QC2.0/3.0等多种快充协议。

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芯海科技PD系列芯片全场景应用领域

 芯海科技作为国内首批推出PD MCU的芯片原厂,参与中国快充行业标准UFCS制定。公司PD系列芯片产品迄今已历经三次迭代,提供全方位的快充协议支持,可使用一颗协议芯片,完成充放电、投屏、数据通信等功能,帮助客户简化产品设计同时增加产品卖点,并广泛应用于笔记本、PC Host、便携显示屏、HUB、Dock等全场景应用领域。