教你利用参考设计应对更复杂的Type-C开发过程

最新推出的USB Type-C速度更快、电力传输效能更佳，更可支援多种影音传输协定。不过，由于功能与用途更为复杂，应用开发者在整合USB Type-C介面时，也得把更多细节考虑进去。善加利用参考设计，将可有效解决应用开发过程中遇到的疑难杂症。

大多数常用的电子设备，都配有某种类型的通用序列汇流排(USB)连接埠。此类连接埠包括Micro、Mini、Type-A，且皆可採用不同的标淮，例如2.0或是更新的3.1。相较于这些连接埠，USB Type-C的功能可说有了大幅的跃进，而且速度更快、电力传输效能更佳。利用此更为先进的接头，可解决其前代产品出现的所有问题。Type-C可处理高速资料、视讯以及大量电力。藉由Type-C的这些扩充功能，消费者只须使用Type-C连接线即可实现充电、串流视讯或传输资料，不必再大费周章地使用各种连接线。製造商基本上只须在其装置中提供与开发Type-C连接埠即可支援不同用途。

支援多通讯协定　Type-C提高装置可用性

Type-C的多功能性使得设计变得十分複杂，因为在使用连接线、连接埠、Dongles和集线器时，USB极为简单的内部运作现已为较複杂的嵌入式元件所取代。看似简单的HDMI转Type-C连接线在设计上却不容易，原因就在于需要嵌入式装置。在开发Type-C解决方案时出现两个主要难题，第一是处理连接埠能够提供的大范围电力。第二是避免因支援的通讯标淮增加而可能发生的通讯失败问题。当连接两个装置时，电力传输(Power Delivery, PD)协定即开始执行。

该程序须要针对传输的电量、电源供应器与电力消耗装置进行协商。由于此通讯需要侦测、读取与处理类比和数位讯号，因此需要透过主机连接埠、连接线或Dongles中的嵌入式MCU取得MCU功能。当装置或主机彼此无法支援且无法建立通讯时，就会发生故障。侦测到讯号后会将讯号传输至主机，并且需要进一步的MCU功能。

USB Type-C不但能够减少使用的连接线，还可确保装置之间顺利协作，为使用者和消费者的生活带来相当大的便利性，但却也会为设计者和开发人员带来麻烦。目前，市面上已有很多类型的USB连接埠和连接线，包括Mini、Micro、Type-A、Type-B等。繁多的种类很容易造成混淆，例如行动电话的连接埠与笔记型电脑的连接埠不同，而笔记型电脑的连接埠又和数位相机的连接埠不同。USB Type-C 将大部分的连接缩减成单一标淮(图1)，可涵盖所有装置并提高可用性。USB Type-C可支援多个通讯协定，并且可向后相容于USB 2.0。监视器、耳机、充电器以及键盘等几乎所有配件都能使用USB Type-C与电脑、平板电脑和智慧型手机等装置进行通讯。

连接埠与连接线的配置如图2、图3所示。由于插座连接埠中的讯号採用对称设计，因此翻转插头并不会造成任何问题。USB 3.1 SuperSpeed TX/RX、VBUS、GND以及所有其他引脚会正确连接，不必考虑方向性。从使用者角度来看，因为Type-C连接线可以任一方向插入，因此是Type-A连接埠的升级版。

USB Type-C具有多功能且方便易用，但却增加了採用USB Type-C的装置的内部複杂性。虽然增加功率容量，可提供高达100W的电力，为高电流装置充电，但也为不需要如此高功率的装置造成问题。电力传输协定也因此应运而生。PD可确保透过任何连接装置传输或获得适当范围的功率。

主机下行/装置上行连接埠　两者须在功率达成一致

在讨论USB Type-C之前，有必要先对装置、主机、电源供应器(电源)和电源接收器(消耗装置)进行区分。主机不一定是电源，因此这两个名词不能够交替使用。主机发起所有通讯而装置做出回应。一般而言，主机是下行连接埠(或称为DFP)；装置则是上行连接埠(或称为UFP)。如果连接两台主机，则主机可充当双重用途连接埠(或称为DRP)，在主机和装置角色之间切换。以下例子针对上述辞藻提供说明：将键盘连接至笔记型电脑时，键盘是UFP和消耗装置，而笔记型电脑是DFP和电源。

连接装置之间的初始电力传输协议是透过一系列电阻器执行，当Type-C插头插入插座时，这些电阻器充当CC线路上的分压器。由于插头中的CC线路会连接至插座中的CC1或CC2，因此插座只要测量CC1和CC2线路上的电压，即可判定插头的方向。上拉电阻的不同数值可传达电源能够提供的电流量，同时可确定UFP和DFP分别是什么。电力消耗装置没有办法透过不同的下拉电阻值指出其消耗的电流量，而是必须不断地调整其负载以符合电源供应器可提供的最大电流。

为了能够正确读取分压器，两个装置都需要有类比处理单元，通常是以MCU内部精淮的ADC形式出现。ADC可持续测量CC线路上的电压，藉此监控插头与插座之