憑借其“插入式”簡單性和傳統(tǒng)通道傳輸，Type-C是用戶將需要的最后一個(gè)連接器。但是現(xiàn)在設(shè)計(jì)師需要了解Type-C的負(fù)擔(dān)。

說，你有沒有聽說蘋果在新的Macbook上選擇了一個(gè)Type-C USB 3.1端口？它取代了除耳機(jī)插孔之外的所有其他端口。如圖1所示，Type-C可用于：

• USB 1.1 / 2.0 / 3.0 / 3.1

• HDMI

• 以太網(wǎng)絡(luò)

• DisplayPort的

• 功率

• 音頻

• 有更多的千兆位通道。

USB 3.1（Type-C）運(yùn)行速度高達(dá)10 Gbps，支持100W充電，并且可以插入Apple iPad自己的Lightning連接器。據(jù)USB-IF貿(mào)易組織稱，這是一個(gè)“20年連接器”，它看起來像是一個(gè)真正的贏家。其中存在設(shè)計(jì)師面臨的挑戰(zhàn)：處理嵌入式設(shè)計(jì)中的信號完整性和速度問題;可容納100W的功率，可以在任一方向流動！并將Type-C連接到上面列出的傳統(tǒng)接口。

呼！你需要一些快速提示。開始。

圖1：Type-C連接旨在替代所有這些......等等

快速提示＃1：重新驅(qū)動（或不驅(qū)動）Type-C
專用于以高達(dá)10 Gbps的速度運(yùn)行，USB 3.1的Type-C連接器可通過24條信號線將各種數(shù)據(jù)移動（圖2 ）。雙向連接器（A側(cè)和B側(cè)）每側(cè)有12條線，只有4條映射到USB 1.1和2.0（Vcc，Ground，D +，D-）;其余的用于差分信號或功率。

就像圖1所示的USB Type-C的功能不夠令人印象深刻，這12條線可以同時(shí)做很多事情。例如，Type-C電纜最多可以同時(shí)連接四個(gè)DisplayPort通道，或帶有兩個(gè)DisplayPort通道的USB 3.1，以及USB 2.0和USB-PD（電源傳輸）。另外，還可以混合使用HDMI，PCI Express和其他差分標(biāo)準(zhǔn)。該電纜支持2米或10 Gbps 1米處的5 Gbps。

圖2：USB Type-C引腳和信號線
（禮貌：http://www.vesa.org/。支持DisplayPort規(guī)范的人士）

設(shè)計(jì)人員的收獲是，電纜上有很多事情發(fā)生，而且在電纜兩端的源和目標(biāo)嵌入式系統(tǒng)中發(fā)生了大量的高速信號。這些10 Gbps線表示通過IC引腳，PCB走線，PCB過孔，柔性電纜或柔性電路，連接器和Type-C電纜本身的通道。

圖3：各種USB合法配置的USB3.1 Gen 1損耗錯(cuò)誤。
（來源：USB3.1頻道損失預(yù)算1.0版2015年3月1日，USB.org網(wǎng)站
http://www.usb.org/developers/docs/whitepapers/USB_3.1_Loss_Budget_Rev_1.0_-_2015-03-02.pdf

圖3表示從一端（主機(jī)或雙重角色）到另一端（設(shè)備或雙重角色）的信道損耗分配。在C型到C型的情況下，由于它是雙重作用端口，因此任何一端的損耗在6.5dB處都是相同的，并且對于20dB的總信道損耗，2米電纜組件的損耗分配為7dB。由于C型是可逆的，因此C型連接器將會出現(xiàn)多路復(fù)用。因此，PCB走線和多路復(fù)用器插入損耗必須包含在6.5dB以內(nèi)。例如。假設(shè)USB主機(jī)將3“的PCB走線連接到多路復(fù)用器，1db損耗，另外3”連接到C型連接器。假設(shè)內(nèi)部跡線的總損耗為3×0.8 + 1 + 3×0.8 = 5.8dB。因此它在損失預(yù)算內(nèi)，因此不需要USB3轉(zhuǎn)接驅(qū)動器。如果距離超過該距離，則在C型連接器之前需要一個(gè)轉(zhuǎn)接驅(qū)動器。

圖4：密集超移動設(shè)備PCB上的長USB 3.0跡線需要重新引導(dǎo)來清理信號并恢復(fù)信號完整性問題。在便攜式平臺中，外部電纜和柔性電路會增加SI問題。

在信號完整性（SI）術(shù)語中：對源的睜眼將很可能是目的地處的閉眼，因?yàn)閿?shù)據(jù)和編碼信號時(shí)鐘遍歷這個(gè)長且中斷的信道。表1列出了一些典型的損失。

快速提示解決方案？使用一個(gè)微型有源信號放大器，通過打開SI眼睛幾乎奇跡般地修復(fù)了信號完整性問題。插入圖4（右下圖）所示的Source Type-C連接器之前的通道中，眼睛將被位于連接器附近的轉(zhuǎn)接驅(qū)動器和通過Type-C電纜成功發(fā)送的信號打開。

圖5顯示了使用具有均衡和信號強(qiáng)調(diào)的5.0 Gbits / s Pericom PI3EQX7741AI再驅(qū)動器的USB 3.0通道的各種眼圖。關(guān)鍵照片是最底層的圖片，展示了轉(zhuǎn)接驅(qū)動器如何打開視線并補(bǔ)償源IC和Type-C連接器之間的所有SI邊界。順便說一下，所有這些仍然在源設(shè)備內(nèi)（在Tx端）。

快速提示＃2：功率（全）選項(xiàng)
新型Type-C連接器可以處理高達(dá)100W的電力給顯示器供電，或?yàn)楣P記本電腦，筆記本電腦或2：1（圖6）等大型設(shè)備充電。此外，電源可以在任何方向流動，因此您的智能手機(jī)可以為您的筆記本電腦充電（短時(shí)間）。USB-IF BC 1.2（電池充電）規(guī)范涵蓋了以前的USB充電方案（請參閱本文“USB如何充電任何電子設(shè)備”）。Type-C的新規(guī)范涵蓋在Power Delivery 2.0（PD）規(guī)范中（請參閱“超移動，便攜式嵌入式系統(tǒng)的3大基本技術(shù)”）。

圖6：USB供電（PD）規(guī)范允許通過Type-C提供100W的功率，以直接為無數(shù)設(shè)備供電。
（禮貌：USB-IF;www.usb.org）

根據(jù)PD規(guī)范確定電源要求，選擇電壓和提供電流的機(jī)制非常復(fù)雜，并且基于USB-IF協(xié)議（鼓勵(lì)讀者查閱上述文章）。表2列出了按照PD規(guī)范的Type-C中的關(guān)鍵電源選項(xiàng)。

表2：USB C型電源選項(xiàng)。電力傳輸（PD）規(guī)范涵蓋整個(gè)范圍，包括早期的USB2.0,3.0和BC1.2電源規(guī)范。注意：Type-C中100W和雙向電源

值得注意的是，新的100W（任一方向）PD選項(xiàng)如何與傳統(tǒng)的BC 1.2規(guī)范共存。設(shè)計(jì)人員需要了解他們的系統(tǒng)需要提供什么樣的功率要求，并且必須包含必要的充電，開關(guān)和枚舉電路。除了最新的PD規(guī)范外，最大USB功率為15W（5V @ 3.0A），這對所有手持移動設(shè)備，便攜式硬盤和USB配件都足夠了。只有筆記本電腦和顯示器（可能不是“嵌入式系統(tǒng)”）可能需要> 50W（圖7）。

圖7：大多數(shù)手持式和嵌入式系統(tǒng)按照USB-IF的BC 1.2規(guī)范要求15W或更少

快速提示＃2是Type-C提供無數(shù)種方式為電纜的任一端供電和充電設(shè)備。設(shè)計(jì)人員需要仔細(xì)閱讀上面提到的USB-IF規(guī)范，并小心不要過度設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)。即：圖8右側(cè)的任何嵌入式或超移動設(shè)備都不需要100W充電。

完整配置的支持DisplayPort，傳統(tǒng)USB 2.0以及GPIO和I2C串行的USB 3.0 Type-C系統(tǒng)如圖8所示。這里不僅僅是為討論目的而介紹的，這是一個(gè)真正的系統(tǒng)，顯示了Type-C即使不使用USB 3.1也是如此。實(shí)際上，由于Type-C的功能（包括功率傳輸），許多設(shè)計(jì)可能會保留在USB 3.0中，同時(shí)如圖所示整合備用通道。

圖8中提供了Type-C PD控制器（由I2C或GPIO控制），允許上/下連接器插入的交叉開關(guān)以及用于充電器檢測的枚舉塊（顯示的兩個(gè)器件：主機(jī)和器件側(cè)）。對于需要小于100W最大功率（例如15W）的設(shè)計(jì)，不需要PD控制器。

圖8：完全配置的Type-C USB 3.0系統(tǒng)，還包括USB 2.0，DisplayPort（DP）1.2和I2C / GPIO。
（禮貌：Pericom半導(dǎo)體。）

快速提示＃3：很難保留傳統(tǒng)
參考圖1，很明顯Type-C連接器和電纜應(yīng)該能夠替代大多數(shù)傳統(tǒng)串行接口，從PCIe到HDMI。它甚至?xí)〈幸郧鞍姹镜?a target="_blank">USB連接器和電源適配器。

但是過渡到全C型的世界還需要一段時(shí)間。同時(shí)，嵌入式設(shè)計(jì)人員需要將一種信號類型轉(zhuǎn)換為另一種信號類型。例如，系統(tǒng)內(nèi)PCI Express將需要轉(zhuǎn)換為運(yùn)行Type-C，并可能與USB 3.0或3.1一起運(yùn)行。DisplayPort，HDMI，SATA等將同樣需要轉(zhuǎn)換。這些轉(zhuǎn)換中的大多數(shù)都會在源系統(tǒng)和目標(biāo)系統(tǒng)中進(jìn)行。

圖9顯示了一個(gè)系統(tǒng)中多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)和連接器類型如何組合在一起的框圖。該圖顯示了一個(gè)數(shù)字監(jiān)視器的示例，其中使用Pericom器件將Type-C轉(zhuǎn)換為Display端口和USB 3.0：PI3USB30532分離DP和USB3.0，提供USB3.0重新驅(qū)動的PI3EQX7742AI，提供DP多路復(fù)用的PI3WVR12412 / PI3VDP12412，提供USB 2.0交叉開關(guān)功能的PI3DBS3224以及為USB 3.0集線器提供USB 3.0交叉開關(guān)功能的PI3PCIE3242。

這是由Type-C供電的數(shù)字顯示器。但是顯示器還提供多種輸出選項(xiàng)，包括：USB 2.0和3.0（B型）和DisplayPort 1.2-可能用于雙顯示器配置中的第二臺顯示器。

除了系統(tǒng)內(nèi)信號轉(zhuǎn)換之外，消費(fèi)者可能會發(fā)現(xiàn)使用有源電纜為其進(jìn)行轉(zhuǎn)換很有用。當(dāng)新的Type-C系統(tǒng)需要與傳統(tǒng)系統(tǒng)連接時(shí)，這很有吸引力。一些電纜制造商已經(jīng)在使用一端帶有Type-C和另一端帶有傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的電纜適配器。

電纜將包括嵌入式電路，用于在電纜本身內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。那么為何不？USB 3.1 Type-C可以提供電源和通道連線，并且任何一端（或兩端）也可以包含重新引導(dǎo)來應(yīng)對任何信號完整性問題。

這里的快速提示外賣？盡管USB 3.1和Type-C的附加速度和特性，將有一段時(shí)間需要通過加密狗，對接或電纜轉(zhuǎn)換器支持現(xiàn)有接口。

作者：Chris A. Ciufo，嵌入式系統(tǒng)工程主管