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
Vk6ednc

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
Vk6ednc

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。 {pagination} 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
Vk6ednc

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
Vk6ednc

《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载。㙯