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一条USB数据线无非就是一条线加两个头,这看似简单,但却没有想象中的简单,小小的数据线,隐藏着许多你可能不知道的知识,而USB Type-C的横空问世更是说明了不能小瞧它。
正反向可接插的USB Type-C连接器可减少插接USB设备时的麻烦,USB Type-C也对如下技术提供支持:数据速率高达10Gbit/s的USB3.1规范、高达100W的功率输出、音频多路复用,以及可处理诸如与DisplayPort或MHL等视频信号的切换模式。
尽管目前业界已与USB打了几十年的交道,但实现Type-C连接仍然带来了诸多新的挑战。例如,当以10Gbit/s的数据速率运行时,数据线上的电压摆幅是低于0.5V的。设计者需要在连接接收端的物理层(PHY)里实现均衡器,来获取输入信号,这时,该信号眼图中的“眼睛”基本是闭合的,而需要实施必要的均衡以使信号眼图中的“眼睛”张开,同时,显示信号代表的是逻辑0或者逻辑1。
在实现Type-C连接时仍有许多其他挑战,尤其是在USB3.1规范以10Gbit/s的全数据速率工作时最甚。
介绍USB Type-c:
1、具有超薄的端口
更薄的机身需要更薄的端口,这也是USB-C横空出世的原因之一。USB-C端口长0.83厘米、宽0.26厘米。老式USB端口长1.4厘米、宽0.65厘米已经显得过时。这也意味着USB-C数据线的末端将是标准USB-A型数据线插头尺寸的三分之一。
2、没有正反
像苹果的Lightning接口一样,USB-C端口正面和反面是相同的。也就是说无论你怎么插入这一端口都是正确的。用户不必担心传统USB端口所带来的正反问题。
3、十分快速
理论上,USB-C端口的最高传输速率为每秒10Gb。但是苹果表示新款MacBook的USB-C端口最高传输速率为5Gbps。最大输出电压为20伏,可以加快充电时间。 而USB-A型,到目前为止极限传输速率为5Gbps,输出电压为5伏。
4、多功能
新MacBook的USB-C型端口能够传输数据、进行充电也可以作为视频输出端口链接外部显示设备。唯一的疑问是苹果如何满足想要同时做这三件事的用户。
5、双向服务
USB Type-C 不像老款USB端口,功率只能单向传输,USB-C型端口的功率传输是双向的,这意味着它可以拥有两种发送功率方式。所以,用户不仅可以用笔记本为移动设备充电,也可以利用其它设备或移动电源为笔记本充电。
6、兼容服务
USB-C可以与老的USB标准兼容,但用户需要额外购买适配器才能完成兼容。苹果公司表示不仅苹果官方会出售适配器,第三方公司也可以授权生产。
开发USB Type-C还需要注意哪些问题?
1·考虑PHY
例如,连接器的可正反插接特性需要在实现中对物理层进行重构。当以USB2.0数据速率运行时,设计者可通过使用一对电阻去短接进入物理层的两条数据通路,从而去明示连接器以何种方式被插接。在较低的USB2.0数据速率上,物理层拥有足够的性能裕量来处理短接数据通路所引发的反射。
对于USB3.0和USB3.1数据速率而言,设计者需要实现两条数据通路,以处理更高的速率。通过一个方向上的连接器,系统连接到一条数据通路上,同时在另一个方向上,系统连接到另一条数据通路上。双数据通路是必要的,因为以5Gbit/s和10Gbit/s数据速率传输时,通过短接数据通路来明确方向,将会引发太多的信号反射,从而使数据分解。
设计者需要决定如何解决这个问题。一种解决方案是使用两个物理层,每个方向有一个物理层。双物理层解决方案的缺点是会占用20%到25%的额外面积,来实现两条超高速(SuperSpeed)数据通路和两条高速(Hi-Speed)数据通路,而且需要两组锁相环电路(PLL)及两组电源、接地和数据引脚。最终结果是一个系统拥有的高速(High-Speed)数据通路比其实际需求多出一条。
一种更高效的实现方法,是使用一个已经针对USB Type-C规范优化过的物理层,其拥有两条超高速(SuperSpeed)数据通路、一条高速(Hi-Speed)数据通路、一组锁相环电路以及一组电源、接地和数据引脚。
设计者选择何种实现方法取决于他们的最终应用。成本敏感类市场将选择节省面积和芯片,可通过省去一条额外的Hi-Speed数据通路以及减少高达40%的引脚数量来实现。
2、USB Type-C信号命令
实现USB Type-C的第二项挑战是24引脚连接器所要求的信号复杂性。USB Type-C规范明确了配置通道(CC)信号和功率输出(PD)信号以定义各项参数,例如连接器的方向,任何插入Type-C端口的电线可以承载多大的功率,以及连接器何时是为音视频而处于切换模式。
同时支持配置通道信号与功率输出信号要求附加的逻辑:功率输出消息控制器和配置通道逻辑。设计挑战的一部分是处理可能发生在不同电压上的两种信号,这取决于当时
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