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雖然還未規模普及，但USB Type-C似乎已經大熱了起來。終端廠家似乎也已到了考慮為手機、筆電等設備配備USB Type-C端口的階段。今天小編不想談“單電纜”高大上的技術性能、令人興奮的市場應用前景，只希望默默為開始考慮USB Type-C端口控制設計的工程師們再添一種方案選擇，一種來自ASIC和FPGA的選擇。 該方案來自于萊迪思半導體公司，萊迪思日前宣布推出三款全新的端口控制器——SiI7012、SiI7013和SiI7014，擴展其USB Type-C端口控制產品系列。加上早先發布的產品，萊迪思的USB Type-C解決方案系列就包括5款ASIC芯片（SiI7012、SiI7013、SiI7014以及Sil7023、Sil7033）以及2款FPGA方案（UC110和UC140），這些芯片間究竟如何選擇，分別可滿足哪些應用場景將會是本文想探討的重點。 對于PD協商的兩類方案權衡 我們知道，USB Type-C端口控制器主要用于配置互連中的USB Type-C上行端口（Upstream Facing Port, UFP）或下行端口（Downstream Facing Port, DFP），提供偵測線纜方向以及供電（Power Delivery, PD）協商。 對于電力傳送過程中需要的協商機制（PD協商）架構，通常有兩種方案（圖1）。據萊迪思半導體產品市場部高級經理孫群樂介紹，第一種架構就是說把頂層的協議放在MCU，或AP里面去。那這種模式的好處在于成本會節省一點，如果設備本身已經有MCU的話就不必再自帶MCU, 這樣的話成本會比較便宜。另外，對于軟件的升級，Type-C協議還在不斷完善中，它的很多的協議的升級可通過AP升級，這樣來說要方便一些。第二種架構指的是一個單芯片的CC/PD結構，全部協議集合在一起。它的好處是一致性比較好，所以執行上會好很多，帶來的劣勢就是成本上升的可能性。另外更新的話，沒有像自帶AP的更新那么方便。已有一些廠家所推出的帶MCU架構的端口控制芯片產品，就主要用于諸如充電器或適配器(Dongle)產品中。所以這是針對兩種不同的需求和市場，所做出不同的PD協商機制。 圖1：PD協商架構的兩種方案 關于兩種方案的設計環境和應用，目前大部分消費類終端應用趨向于第一種，因為畢竟像手機等應用已經有AP了，比如高通或聯發科，已經有很強的數據流就不需要再帶一個MCU，所提供相關的軟件可以進到AP里，AP升級的時候帶著Type-C協議升級，這是比較理想的方式。萊迪思推出的芯片也主要是基于第一種架構。 對于視頻傳輸（圖2），USB Type-C連接器有24 Pin，雖說上下兩邊是對稱的，但24 Pin里電源和接地就各占了4個，其次D+和D-是一定要有的，因為必須要和以前老的產品兼容。另外還有10個pin是可以根據不同的Alt Mode，如MHL, DisplayPort和Thunderbolt，來重新定義的。對此孫群樂特別介紹道：對于USB3.1數據支持，Type-C是可以支持USB 3.1的，這本來就是Type-C定義之所在。但問題在于AP這塊有沒有USB3.1的輸出？如果有，就可以支持，但如果AP計劃上沒有USB 3.1，就只能進行視頻輸出而不能傳輸USB3.1數據，所以這完全取決于AP端的情況。對于PD計劃，可提供5伏、12伏，20伏電壓的支持，按照50毫伏的級差往上增加調節。電流也按照10毫安的級差往上增加。這主要還是根據不同的用戶定義來對它進行電流和電壓的輸出。最后一點比較特殊，萊迪思可以提供對特別配件認證的支持，比方說用戶有特別的一些要求要做一些認證，萊迪思可以做唯一化的配件支持。 圖2：USB Type-C的Alt Mode 7款不同方案的應用選擇與助益 圖3是萊迪思目前提供的7款USB Type-C方案及應用場景。最新發布的系列，包括Sil7012、Sil7013、Sil7014，與早先發布的Sil7023、Sil7033一樣是ASIC方案。 對于這幾款方案的差異與選擇，孫群樂表示：Sil7023和Sil7033主要應用在智能手機中，Sil7033也可以應用在純USB的傳輸，但因為它們里面帶了MHL視頻開關，所以這兩款用在手機視頻傳輸是最合適的。其中，Sil7033不但可以支持MHL，也可以支持就是USB3.1通過Type-C的傳輸，其應用會更廣泛一些。 最新的Sil7012、Sil7013和Sil7014是沒有開關模塊的，只有CC/PD PHY，所以會更適合有些手機可能不需要視頻輸出，只需要正反插，或是數據傳輸，那就只需要CC/PD PHY，這是最簡潔的一個方案。其中Sil7012和Sil7013的區別在于：Sil7012是一個CSP的封裝，尺寸小（1.9x 1.9mm），特別適合空間限制的手機，這對有些競爭對手的同類方案是有所優勢的。Sil7013的封裝會大一點，3x3mm封裝，也可應用在平板或筆記本電腦。另外對于一些Dongle的應用，對PCB板要求沒那么高，板層會比較少，如果選擇Sil7012的話，因為芯片是CSP封裝，要求非常高。所以會提供一些成本比較低廉，同時較易于布線的方案，也就是就Sil7013。 Sil7014芯片的特點是，可以支持DisplayPort的Alt Mode，所以會在筆記本電腦應用更多些。至于需不需要額外配超高速開關，主要看筆記本電腦里的CPU有沒有把USB的PHY和DP的PHY 結合在一起，如果結合在一起了，就不需要配了。 圖3：7款USB Type-C方案差異及應用場景 右邊兩款是FPGA的芯片，UC110和UC，主要針對充電器和dongle應用，在充電器和dongle這兩塊有很多定制化的要求，FPGA可以讓定制化更合適。萊迪思可以根據客戶的不同的需求提供一些比較完整的CC/PD協議棧。如果是對比較特殊的電壓和電流輸出的要求，可以通過VDM來實現。如果客戶需要定制化接口，FPGA的優點就在于它的靈活性，能根據客戶需求提供接口。我們的方案也支持像高通主推的一些電路充電模式，也包括傳統意義上的BC1.2充電模式。所以既可以支持一些現有的市場主流的電流充電模式，也支持一些老的充電方式，同時也可以支持Type-C出來之后的一些新的充電模式，兼容性會比較廣泛。 上述的萊迪思方案都支持Type-C 1.1規范，這是目前業界最領先的規范。同時，在今年的下半年，整個Type-C兼容性測試規范，應該會最終推出。在這之前，萊迪思已經過了多輪的Plugfest test互操作性測試，以確保其方案和別家的Type-C方案兼容，這樣客戶用起來就不會有太多的兼容性的擔憂。 此外萊迪思的方案非常完整，在手機、筆記本電腦、充電器、顯示器、平板里面都有很廣泛的市場應用前景。萊迪思也會提供支持性的文檔、代碼給客戶，包括原理圖、BOM、FPGA位流文件、可以放進AP/CPU里面去的源代碼等。 對于萊迪思在Type-C市場的主要優勢，孫群樂總結道，“萊迪思希望提供給客戶的是基于快速設計的方案，FPGA的方案其實很早就出來了，等客戶定義確定后，會有很多的ASIC方案提供給客戶，以針對不同的需求。我們提供給客戶源代碼、開發板（圖4），同時還有一些全球的技術支持，以及快速的響應速度。第二，萊迪思希望提供高效的設計。這次提供的是低成本的CC/PD PHY方案，并沒有把MCU集成進去，所以方案在成本方面比較有競爭力。同時，針對應用需求，可添加USB3.1 的高速switch，并做一些Alt Mode支持。同時，萊迪思的方案功耗會很低，與業界同類相比，低于150μW的功耗非常有優勢。萊迪思器件都基于小尺寸封裝，周圍的元器件非常少，大概只有七、八個周圍器件（包括一些電阻和電容），所以是一個非常簡單的設計。第三點是設計靈活性。可以根據不同需求，提供CC/PD 完整協議棧給客戶，也可以提供僅使用CC/PD PHY的方案。也可以給客戶提供客制化的電源電子接口、全面的Alt Mode&VDM支持、以及額外的電源協商支持。另外需要強調的是Type-C的規范正在完善中，還沒有最后確定，所以在這種情況下我們提供一部分的ASIC方案，再帶一部分的FPGA的話，有利于幫客戶解決所遇到可能的問題。所以這是我們靈活性最大的優勢。 圖4：萊迪思所提供的源代碼、開發板等資源 |
