电子产品世界

　　何时需要 电子标记?

　　出现以下任意情况时，Type-C线缆需要电子标记：

　　● VBUS电流需要超过3A

　　● 需要USB 3.1 Gen2或10GHz USB

　　● 需要Alternate Mode

　　EMCA的类型

　　USB Type-C 中有两种电子标记线缆组件(EMCA)：即被动EMCA和主动EMCA。其中的主要区别是：主动EMCA为SuperSpeed USB提供信号调节功能，如转接驱动器和重定时器功能。

　　以下是每种配置的一些例子。

　　被动EMCA：不改变USB数据信号的EMCA就是被动EMCA，可采用两种方式设计：配备或不配备贯穿整条线缆的VCONN 导线。

　　● 每个插头配备一个线缆控制器的被动EMCA(即每条线缆配备两个线缆控制器)。此时， VCONN 导线不需要贯穿整条线缆(如图8所示)。

　　图8 每个插头配备一个线缆控制器的被动EMCA

　　● 被动EMCA ,每条线缆只配备一个线缆控制器。此时，VCONN 导线将贯穿整条线缆。需要使用隔离元件以便于从线缆的一端的引入VCONN用于向线缆控制器供电(如图10所示)。

　　图9 每条线缆配备一个线缆控制器的被动EMCA

　　主动EMCA：加了一些额外器件比如信号驱动芯片等用于调节USB数据信号的EMCA。这可以实现更长的线缆或光缆。

　　很多人认为被动EMCA就是不需要电能的线缆，但是实际情况并非如此。被动和主动EMCA都需要某种形式的电能来驱动标记电路。

　　设计考量

　　本节探讨设计EMCA时应该考虑的USB Type-C规范中的不同功率要求。

　　通过USB Type-C线缆提供的VBUS 电能

　　对通过USB Type-C 线缆提供的VBUS 电能的最低要求与现有USB线缆相同。EMCA可以使用VBUS -而不是VCONN -来驱动线缆电路，因为VBUS 贯穿了整条线缆。配有PD的VBUS支持更高的电压(最高20V)。因此，任何一条含有由VBUS 供电的电子元件的USB Type-C线缆都必须能够承受20V电压。

　　所有VBUS引脚必须在USB Type-C插头中互连。 全功能线缆每一端的VBUS引脚需要一个10毫微法的旁路电容器(30V的最小额定电压)。该旁路电容器应尽量靠近电源垫。所有GND引脚必须在USB Type-C插头中互连。

　　对VCONN的要求

　　VCONN的功能不同于VBUS，因为VCONN 与线缆另一端相互隔离。VCONN独立于VBUS，而且与能够使用USB PD支持更高电压的VBUS 不同，VCONN 的固定为5V。表1显示了所支持的VCONN 范围，以及VCONN源应满足的其它功率要求。

　　表1 VCONN源的特性

　　为了降低VCONN上的功率 ，DFP可以在以下任意情况发生时关闭VCONN ：

　　在一个CC引脚上检测到有效电压后(Rd在该引脚上)，未在另一个CC引脚上检测到Ra ;

　　完成线缆发现过程后，确定不再需要 VCONN ;

　　线缆发现消息未被线缆响应

　　EMCA必须向VCONN引脚上的Ra接地层提供一个最大DC阻抗。电容器允许出现±20% 的公差，以便通过EMCA标记芯片中未经调整的片上电容器得到实现。表2列出了对EMCA中VCONN引脚上接地层的阻抗值。

　　表2 EMCA终结要求

　　如果没有VCONN，供电线缆不应妨碍CC的正常工作，其中包括UFP检测、电流宣称和USB PD运行。表3列出了使用VCONN电能的线缆应满足的要求。

　　表3 VCONN特性

　　USB挂起模式下，电子标记线缆从VCONN 获取的电流不应超过7.5mA。

　　被动EMCA(不含数据总线信号调节电路)从VCONN 获取的功率不应超过70 mW。

　　主动EMCA(含数据总线信号调节电路)从VCONN 获取的功率不应超过1W。

　　VCONN供电配件

　　VCONN供电配件是一个直接附着式UFP，它实现了Alternate Mode，而且能够只使用VCONN进行工作。VCONN供电配件向VCONN引脚上的Ra接地层提供一个最大阻抗。VCONN供电配件应能在2.7V-5.5V VCONN电压范围内工作。

　　其它设计考量

　　借助Type-C，一条线缆将具备多个功能，其中包括VBUS配电、USB数据和 alternate mode。alternate mode的一个常见例子是在一个或两个USB SuperSpeed 线路上传输的DisplayPort。电力、数据和图像的这种三合一打造了一个高电力、单线缆、超薄、易用的对接解决方案。为了使这条Type-C线缆同时支持Type-C和USB-PD功能，我们还需要采用其它技术。由于并非所有线缆都具备相同的能力或性能，需要一项USB-IF认证来表明某条线缆满足规范中的所有要求。谷歌、亚马逊等公司已公开表明，USB Type-C线缆必须通过认证，任何未经认证的线缆都会给DFP和UFP带来安全风险。 在发起任何USB-PD供电确认之前，DFP将通过SOP*枚举来确认线缆是否获得了USB-IF认证。

　　与OEM线缆成品必须通过认证一样，Type-C线缆中的标记芯片也必须通过认证。赛普拉斯半导体公司的CCG2 EZ-PD PD控制器是市场上在首个认证测试日中首款通过认证的标记芯片。

　　赛普拉斯CCG2 EZ-PD标记芯片的可编程性可让用户轻松编程线缆特性。因为现在不同的线缆中的标记芯片内都植入了不同的厂商自定义信息，这一点变得越来越重要。此外，当最终用户的要求或参数发生变更时，或当USB-IF修改USB Type-C或USB-PD规范时，这个特性也是必不可少的。用户可以使用赛普拉斯的CC引导装载程序技术，轻松地将这些变更重新编程到线缆成品中。

　　对EMCA应用中的线缆控制器的主要应用级要求包括：

　　● 支持最新PD规范中定义的USB-PD协议;

　　● 支持BMC编码的物理层;

　　● 支持VCONN导线上内置的Ra电阻器;

　　● 能够使用VCONN电源向芯片供电;

　　● 支持用于实现每条线缆只配备一个线缆控制器的被动EMCA的内置隔离元件(图10);

　　● 支持通过断开Ra电阻器达到节能目的;

　　● 支持CC 和VCONN 引脚上内置的系统级防护;

　　● 支持引导装载程序，以便随着USB Type-C和USB PD的演进，支持通过CC进行固件升级。

　　每条线缆配备一个CCG2的被动EMCA

　　在这种EMCA架构中，其中一个插头中包含一个CCG2标记芯片。这种方法要求一条VCONN 导线贯穿整条线缆，这样一来，无论哪一头连接主机(DFP)，芯片都能获得供电。所需的隔离元件内置于CCG2中。有关这种方法和其它方法的详情，请参阅：设计USB 3.1 Type-C线缆。

　　图10 每条线缆配备一个CCG2的被动EMCA解决方案

　　图10描述的是配备CCG2的被动EMCA，这种EMCA架构包含两个CCG2，一个插头包含一个。VCONN信号不贯穿整条线缆，而是终结于每个插头的CCG2。

　　图11 每个线缆插头配备一个CCG2的被动EMCA解决方案

　　图11描述的是配备CCG2的被动EMCA ，该EMCA支持PD。在线缆的两端各嵌入一个CCG2，分别由两端的USB Type-C端口供电。第二个CCG2的存在，使得VCONN不需要贯穿整个线缆。

　　每条线缆配备一个CCG2的主动EMCA

　　主动EMCA的主要功能是通过在数据路径上添加一个信号驱动器提供信号调节功能。主动EMCA如需要配置/信号调节功能，可使用USB Power Delivery厂商自定义消息来寻找和枚举线缆属性。该方案需要从 VCONN电源获取连续电能，因此DFP不能关闭线缆的VCONN 供电。

　　图 12 每条线缆配备一个CCG2的主动EMCA解决方案

　　图12描述的是配备CCG2的主动EMCA，其内嵌一个用于延长线缆长度的再驱动。

　　“设计USB 3.1 Type-C线缆”详细阐述了制造商如何使用CCG2轻松设计被动电子标记线缆组件(EMCA)。“硬件设计指南”提供EZ-PD™ CCG2的硬件设计和PCB版图指南。这些指南有助确保最佳的信号完整性，以及对USB Power Delivery和Type-C规范的全面遵从。赛普拉斯拥有一个广泛的Type-C控制器产品组合(从单Type-C端口控制器EZ-PD™ CCG1、EZ-PD™ CCG2、EZ-PD™ 和CCG3到双端口控制器EZ-PD™ CCG4)，此外还提供产品手册、开发套件、应用说明、软件下载、示例项目、演示视频等有用工具。

　　市场上的很多USB Type-C线缆设计不合理，有可能损坏用户的硬件设备。尤其是由于设计拙劣，很多线缆不遵从USB-C规范，电阻值不正确，导致EMCA消耗过多电能。在为您的新设备购买任何USB Type-C线缆之前，请查一下它是否真的遵从USB-C规范。本文Type-C和PD规范的基本概念，可用作设计全面遵从USB Type-C规范的电子标记Type-C线缆的参考指南。

关键词： USB Type-C