筆記本USB Type-C接口的非凡體驗

2022-05-09

自從USB-IF發布USB Type-C接口以來,筆記本產品為了更加輕薄美觀,悄悄開始“精兵簡政”。一些極端的廠商甚至把3.5mm接口、HDMI接口、USB-A接口都取消,只留下USB Type-C接口。

img 極致精簡的USB Type-C接口

出現這種情況,是因為舊接口功能或性能已不能滿足日益高速通信的需求,但更重要的原因是USB Type-C自誕生以來,就被賦予偉大使命——統一電源、音頻、視頻接口。用戶只需插拔一次Type-C接口,即可實現筆電充電同時投屏或連接鼠標,在電源管理同時實現數據管理,從而獲得更加極致精簡的非凡產品體驗。

如此強大的體驗提升,需要依賴于USB Type-C接口的靈魂——PD協議(Power Delivery)。

通過PD協議進行 Alt Mode配置,除了USB協議以外還允許其他協議在Type-C接口上通過USB連接傳輸,比如DisplayPort、HDMI、MHL及Thunderbolt等。Alt Mode是USB Type-C實現接口統一的殺手锏,PD-HOST控制器和PD-DEVICE控制器與單純的PD電源控制器之間最大的區別就在于Alt Mode的支持。PD-HOST控制器和PD-DEVICE控制器在PD協議握手后,可通過結構化的VDM命令來實現配置以及進入或退出Alt Mode。

既然Alt Mode這么強大,那么如何觸發進入DP Alt Mode?通過以下步驟即可實現:

① Type-C接口通過CC偵測到設備接入

② VBUS輸出5V電壓

③ 通過CC與設備進行PDO協商,VBUS根據PD電源協商的結果進行調整

④ 使用結構化的VDM進行協商Alt Mode握手

⑤ Alt Mode握手成功,繼續進行DP link training來建立DP連接

⑥ USB和DP通道準備就緒進行Type-C數據和視頻信號傳輸

未來筆記本的USB Type-C接口發展方向

當前,通過USB Type-C接口,我們僅需一根線纜將筆記本與擴展塢連接,即可完成對筆記本電腦的充電、外接顯示器、外接鼠標鍵盤、網線連接、外置硬盤的連接工作。

依照筆記本廠商“化繁為簡”的算法公式,除了現有的HDMI、VGA、3.5mm、Type-A、RJ45網線等接口,未來筆記本還有什么功能可能會精減出去?答案是顯卡。

筆記本的便攜性和高性能的矛盾不可調和:輕薄本采用集成顯卡,雖然重量輕攜帶方便,但應對游戲及大型圖形軟件時性能不足。游戲本往往過于厚重,隨身攜帶極不方便??芍^是魚與熊掌難以兼得。

但是,隨著USB-IF推出USB4標準,并向下兼容USB2.0、USB3.0、USB3.1、USB3.2和雷電3,得益于USB4接口最大吞吐量達到40Gbps,是現在常用的USB3.0接口速度的8倍,能夠很好滿足顯卡外置的需要,使得在筆記本電腦上實現外接臺式機顯卡成為可能。

當筆記本的顯卡外置,我們日常外出可攜帶輕薄本,當需要玩游戲及使用大型圖形軟件時,可連接擴展塢以提升性能,非常方便。

芯??萍坚槍P記本USB Type-C的產品開發

基于上述應用背景,芯??萍坚槍D-HOST和PD-DEVICE特性,精心設計CS32G051芯片。CS32G051芯片資源如下:

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CS32G051芯片模塊資源圖

◆ 支持FRS功能

CS32G051集成硬件化FRS信號檢測,可精準檢測Device端60-120us的FRS脈沖信號,具有檢測時間精準、響應速度快的特點,可靈活設置以兼容市場上的USB Type-C接口擴展塢產品。

◆ 支持多種低功耗模式

CS32G051集成USB Type-C接口PD協議低功耗模塊,可以做到睡眠期間實時偵測CC電平信號,快速響應Type-C接口插拔事件。另外在PD設備常連接狀態下,CS32G051也可進入低功耗睡眠狀態,有PD通信數據流即可實時喚醒系統,從低功耗睡眠狀態切換到正常PD通信狀態,可做到數據0丟包。低功耗狀態工作電流可做到<500uA@3.3V。

◆ 支持多種ALT Mode

CS32G051的PD協議通過結構化的VDM命令實現配置,以進入或退出ALT Mode。PD協議??伸`活定制適配不同的ALT Mode,包括DP Mode、USB4 Mode等。

◆ 支持UVDM定制

CS32G051除了支持結構化的VDM命令,還支持非結構化的UVDM,用戶產品可通過自定義UVDM定制化自己的生態鏈產品,如超級快充、超低功耗模式、DEBUG模式等。

◆ 集成BC1.2模塊、USB2.0 SWITCH和SBU SWITCH

CS32G051 BC1.2模塊、USB2.0 Switch和SBU Switch,通過BC1.2模塊自動識別接入設備的類型。如果接入的是SDP端口或CDP端口,CS32G051 控制USB2.0 Switch讓DP\DM導通到SOC端,如果接入的是DCP端口,CS32G051 控制USB2.0 Switch讓DP\DM導通到BC1.2模塊。另外,CS32G051 通過Type-C模塊可識別到正反插狀態,進一步控制SBU Switch進行正反插控制。

支持多種快充協議

CS32G051 集成多種協議棧,除了PD協議外,還可以支持到SCP、AFC、QC2.0/3.0等多種快充協議。

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芯??萍糚D系列芯片全場景應用領域

 芯??萍甲鳛閲鴥仁着瞥鯬D MCU的芯片原廠,參與中國快充行業標準UFCS制定。公司PD系列芯片產品迄今已歷經三次迭代,提供全方位的快充協議支持,可使用一顆協議芯片,完成充放電、投屏、數據通信等功能,幫助客戶簡化產品設計同時增加產品賣點,并廣泛應用于筆記本、PC Host、便攜顯示屏、HUB、Dock等全場景應用領域。