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TypeC應用技術及未來趨勢

2015年3月,蘋果的MacBook,谷歌的Chromebook ,2015年7月華碩平板ZenPad, 2015年9月Nexus 5X, 6P & Pixel C發布并使用Type C技術,除了這些之外諾基亞Z1,樂視手機和一加2手機也分別有Type C功能。 Type C的話題討論日漸火熱,這使得我們再次審視Type C的未來。

    

    圖1

    

    我們先拿市場上NOKIA N1 ,樂視手機的Type C研究,發現TYPE-C手機,雖然是TYPE-C connector但是并不符合TYPE-C的規范,原廠是搭配TYPE-A的充電器, TYPE-A to TYPE-C的 cable,所以手機還是炒的一個接口概念,看手機行業真正“Type C”還需要過渡期。但是NB方面蘋果的MacBook,谷歌的Chromebook采用的是USB-C Multi-Function (USB 3.1 Gen1, DP) , Type-C charging/PD charging,可以說就就是比較地道的Type C了。這個也說明了不同行業Type C的趨勢進度不一樣。

    

    圖2

    

    在聊Type C技術和市場之前,我們可以認識下Type C。首先先糾正 “tpye C就是USB3.1”的說法,USB3.1是協議,Tpye C是接口定義,是完全不一樣的概念。

    Type A,Type B,Type C外表如下:

    

    

    圖3

    

    

    Type C母頭定義:

    

    圖4

    Type C公頭定義:

    

    

    圖5

    

    Type C的優勢有哪些呢?1.支持從正反兩面均可插入的“正反插”功能; 2.最大數據傳輸速度達到 10Gbit/秒; 3.可承受1萬次重覆插拔;4.纖薄設計; 5.USB Type C-C 接口插座端的尺寸約為 8.3mm×2.5mm; 6.配備 USB  Type-C 連接器的標準規格連接線可通過 3A 電流,同時還支持超出現有 USB 供電能力的“USB PD”,可以提供最大 100W 的電力。

    

    圖6

    

    總結以上,Type C確實有很多的優勢,這個趨勢是有理有據的,那我們就來看看市場,看看市場會怎樣接受Type C。根據不同行業我粗糙的總結了: 最先最快登入的應該是 a.手機;b.筆記本NB;c.充電寶;d.充電器(旅充,車充);e.手持,小型化設備(POS,無人機等)

    ·選擇他們的原因是有這樣幾點:1.有快捷傳輸信息需求;2.體積有小型化需求;3.充電速度有要求。4.市場量大,利于Tpye C經濟鏈的發展。

    ·現在市場已經開始滲入,網上專家預測2016將是一個起量,普及期。

    ·如果就搞個Type C標準接口,先不追求USB3.1,這樣設計簡單成本低,比如手機要是改為USB Type-C USB2.0接口的話,只需要重做線纜,不用芯片,成本很小。

    

    Tpye C要是發展順利,以下市場也會普及: a.高端照明DC to DC ;b.投影儀;c.安防;d.網通;e.工業;f.醫療;g.機頂盒。

    選擇他們原因是1.Type C最大支持100W輸出,在一些接口功率足夠支持應用。2.這些行業需要標準化,節約成本。3.需求傳遞速率快,可靠性要求強。

    

    ·Type C設計上各家芯片公司都提供了很多方案,但在防護方面很多留給了客戶自己選擇,這方面我可以重點聊聊,說起防護,無非就是過壓過流防護。

    過壓防護,Type C的信號線有很多,都需要做靜電防護,USB Type-C為了保證正反都可以插就用了兩組,但實際上數據傳輸還是只用了一組RX/TX,速度就已經達到10Gb了。如果后面升級協議,兩組都傳的話就和DisplayPort一樣20Gb了。所以未來趨勢ESD的容值要求更低了(<0.1pF)

    信號線傳輸速率和AEM推薦容值總結:

    

    圖7

    

    過流防護,在Type C前端一般設計會加power switch,所以一部分USB2.0不加fuse。但是由于Type C的電流很大,負載的功率較大,異常帶來的沖擊能量是破壞性的。所以power switch不能完全cover接口安全性的問題了,這就需要做過流防護。

    

    圖8

    

    Type C電源和地各有4個,所以可以支持到100W。P.S. 到自己車載車充口查看,發現可以支持180W,所以車充以后做type C NB充電應用是有前景的。 如下圖。USB Type-C支持20V/5A,是需要另外加支持USB PD的芯片,所以USB Type-C接口不一定有20V/5A功能。

    

    

    圖9

    

    當然,type C的功能在pin腳定義上也可以看出,比如有pin腳TX/RX兩組差分信號,CC1和CC2是兩個關鍵引腳,作用是探測連接,區分正反面,區分DFP (Downstream Facing Port)和UFP (Upstream Facing Port) ,配置Vbus (USB Type-C和USB Power Delivery兩種模式),配置Vconn(當線纜里有芯片的時候,一個cc傳輸信號,一個cc變成供電Vconn ),配置其他模式(如接音頻配件時, DisplayPort ,pcie總線)。

    DFP (Downstream Facing Port)也就是主,UFP (Upstream Facing Port)為從。除了DFP、UFP,還有個DRP (Dual Role port),DRP可以做DFP也可以做UFP。當DPR接到UFP,DRP轉化為DFP。當DRP接到DFP,DRP轉化為UFP。兩個DRP接在一起,這時就是任意一方為DFP,另一方為UFP。

    所以市場上很多小伙伴反映Nexus 6P通過type C連接到Nexus 5x的type C,居然可以執行6p到5x的充電,就是基于以上的原理。

    最后介紹下type C layout VIA方案的設計建議:

    

    

    圖10

    

    AEM在USB PD 2.0---NB Type C應用

    

    圖11

    

    

    AEM在網通,交換機Type C應用

    

    圖12

    

    AEM在充電器Type C應用

    

    圖13

    

    AEM在移動電源充電寶Type C應用

    

    

    圖14

    

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