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1、 2015 Microchip Technology Inc.DS00001914A_CN 第1页 简介简介 USB Type-C规范于2014年8月引入，大幅扩展了USB的功能。要利用该扩展功能集，每个USB端口的实现成本会显著 增加。但是，低成本设计仍有可能实现。本应用笔记介绍了如何利用精选的少量分立元件实现基本的USB Type-C上行 端口，从而以简单且低成本的方式实现传统Type-B、mini B和micro B设计的迁移。 上行端口（Upstream Facing Port，UFP）是可进行或不可进行充电或者由VBUS供电的设备侧端口。UFP必须至少： 具有USB2.0设备连接 在
2、CC引脚上提供Rd下拉电阻 另外，UFP也可以： 在未实现USB3.0的情况下检测电缆的插入状态和方向 在UFP仅消耗传统USB负载电流的情况下检测DFP的电流能力 受众受众 本应用笔记主要面向期望将USB 2.0和USB 3.0设计转换为USB Type-C电缆的硬件设计人员。此外，还需要对 USB Type-C规范有一些基本了解。 参考资料参考资料 使用本应用笔记时应参考下列文档。关于可用性，请咨询您的Microchip代表。 USB Type-C Cable and Connector Specification v1.0 Release（2014年8月11日） AN1914 基本的基本
3、的USB Type-C上行端口实现上行端口实现 作者：Andrew Rogers Microchip Technology Inc. AN1914 DS00001914A_CN 第2页 2015 Microchip Technology Inc. 1.0USB TYPE-C简介简介 USB Type-C电缆是由USB-IF推出的一种可逆的24引脚互连。USB Type-C规范于2014年8月第一次发布。 USB Type-C电缆是一种通用电缆，能够满足各种计算、显示和充电应用的需求。USB Type-C电缆的长期目标是在大幅 扩展总体功能的同时，取代所有以前的几代USB电缆。最近引入的USB供
4、电和备用模式功能进一步扩展了原始潜能， 从而使USB标准得以在各个应用领域中更广泛地采用。 实现USB供电和备用模式支持的成本远高于传统USB设计，并且这些功能并非所有应用所必需的。本文档介绍了使用 USB Type-C插座实现低成本USB2.0和USB3.0设备的要求。 1.1USB Type-C插座插座 图图1：USB TYPE-C插座插座 1.1.1USB2.0差分对 连接器引脚排列中的2组USB2.0差分对仅连接标准USB2.0或全功能USB Type-C电缆中的单个差分对。在典型设计中， PCB上的D+和D-引脚将简单地进行短接，因此无需多路开关或开关。 第二组引脚（B6/B7）只能
5、在仅支持单一方向的插接型应用中重新使用。 1.1.2USB3.1差分对 默认情况下，只有一组TX/RX差分对用于USB3.0/USB3.1通信，具体取决于电缆插入方向。由于电缆的可逆性， USB3.0/USB3.1通道必须根据连接方向重新连线。典型应用可使用2选1多路开关来实现这一点。 1.1.3CC1/CC2引脚 在基本的USB Type-C UFP应用中，CC引脚用于检测电缆方向和USB Type-C电流能力。 1.1.4SBU1/SBU2 SBU线是低速信号线，仅分配给备用模式使用。 GNDSBU2 SBU1 CC2VBUSTX2- TX2+ RX2+RX2- VBUS D-D+CC1
6、RX1+ GND RX1- VBUS GND TX1+ TX1-VBUS D-D+ GND A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 B12 B11 B10 B9 B8 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 2015 Microchip Technology Inc.DS00001914A_CN 第3页 AN1914 2.0实现上行端口（实现上行端口（UFP） USB Type-C UFP的最基本和最低成本实现需要3个元件： USB2.0设备或集线器上行端口 USB Type-C插座 CC引脚上的下拉电阻Rd 图图2：最低成本的：最低成本的USB TYP
7、E-C UFP实现实现 如果想要实现能够检测USB Type-C电流能力的USB3.0设备/集线器，需要以下元件： USB3.0设备或集线器上行端口 USB Type-C插座 CC引脚上的下拉电阻Rd USB3.0 2选1多路开关 CC比较器： - 方向检测：至少1个比较器用于确定USB Type-C插头方向并控制USB3.0 2选1多路开关。 - USB Type-C电流能力检测：2个比较器用于检测1.5A电流能力，2个比较器用于检测3.0A电流能力，4个比 较器用于同时检测两种电流能力。 Type-C? USB2.0 ?/? ? DP/DM DP/DM DP/DM RdRd CC1 CC2
8、 AN1914 DS00001914A_CN 第4页 2015 Microchip Technology Inc. 图图3：具有：具有3.0A电流检测功能的基本电流检测功能的基本USB TYPE-C UFP USB3.0系统系统 2.1USB2.0设备、设备、USB3.0设备或集线器上行端口设备或集线器上行端口 可使用任何符合USB标准的USB2.0设备端口、USB3.0设备端口或集线器上行端口。 2.2USB TYPE-C插座插座 可使用任何标准24引脚USB Type-C插座。 2.3CC引脚电路引脚电路 2.3.1下拉电阻下拉电阻RD UFP需要通过电阻Rd将两个CC引脚连接至GND。D
9、FP必须将上拉电阻Rp连接至5.0V或3.3V。当DFP连接到UFP时， 将形成电阻分压器，此时可通过测量CC引脚的电压来解析连接类型。表1介绍了下拉电阻Rd的可能值。 注：注：可以使用电压钳位来代替下拉电阻，但不会执行电源能力检测。 表表1：下拉电阻：下拉电阻RP的电阻值的电阻值 Rd实现电阻值是否检测电源能力？最大引脚电压实现电阻值是否检测电源能力？最大引脚电压 10%电阻连接至GND 5.1 k 5% 是是 2.04V 20%电阻连接至GND 5.1 k 否 2.18V 20%电压钳位 1.1V 否 1.32V Type-C? USB3.0 ?/ ? MUX_CONTROL USB3.0
10、 ?/? ? DP/DM?SSRX/SSTX? DP/DM?SSRX/SSTX? DP/DM?SSRX/SSTX? Rd Rd CC1 CC2 1.31V ? ? 0.25V ? ? - + 3.0A? 3.0A? 1.31V ? ? ? ? - + - + ? 2015 Microchip Technology Inc.DS00001914A_CN 第5页 AN1914 2.3.2比较器存储区比较器存储区 2.3.3方向检测 UFP上不需要单片机，但是需要监视CC引脚上的电压来检测插头方向和DFP的拉电流能力（如果需要超过传统USB水 平的灌电流）。使用比较器是执行这种检测的一种简单方法。
11、可在CC1或CC2引脚上使用参考电压为0.25V的单个比较器来检测电缆的方向。例如，如果提供了VBUS，且CC线已 连接到CC1引脚，则比较器的输出将不会置为有效，随后UFP可推断出电缆已经以“未翻转的”方向插入。如果提供了 VBUS，且CC线已连接到CC2引脚（CC2上的电压将超过0.25V），则比较器的输出将置为有效，随后UFP可推断出 电缆已经以“翻转的”方向插入。 2.3.4USB TYPE-C电流充电 如果需要高于传统USB水平的电流，可使用额外的比较器来检测DFP的电流能力。USB Type-C规范定义了CC引脚上 用于传达DFP电流能力的电压范围。下面的表2给出了相应的电压范围。
12、 在可以认定DFP电流通告有效前，必须通过tPDDebounce对充电电流检测的测量进行消抖处理。认定此检测有效后， UFP必须在tSinkAdj范围内调整其负载。有关时序参数，请参见最新版本的USB Type-C规范。 2.4USB信号多路开关（可选）信号多路开关（可选） 有几种选项可用于将USB信号连接到USB Type-C插座。对于USB2.0和USB3.0应用，这些选项略有不同。 2.4.1USB2.0 UFP选项：高速多路开关选项：高速多路开关/开关开关 对于USB2.0应用，最可靠的解决方案是使用USB高速开关来控制USB信号的路由。为此，Microchip提供了USB3740这
13、一经济高效的解决方案，此器件具有诸多优势： 极限ESD防护能力： 15 kV（IEC） 低功耗：5 A（开启），1 A（关闭） 关闭隔离：小于-40 dB 高带宽：最高1 GHz 保存信号完整性 小外形封装：1.3 mm x 1.8 mm 10引脚DFN（0.4 mm间距） 表表2：CC引脚电压范围引脚电压范围 CC引脚电压引脚电压 0.00V - 0.25V 无连接 0.25V - 0.70V 传统电流（USB2.0为500 mA，USB3.0为900 mA） 0.70V - 1.31V 1.5A电流能力 1.31V 3.0A电流能力 AN1914 DS00001914A_CN 第6页 20
14、15 Microchip Technology Inc. 图图4：USB2.0 UFP选项选项1的框图：高速开关的框图：高速开关 2.4.2USB2.0 DFP选项选项2：短接：短接DP/DM引脚引脚 最简单的解决方案是在插座上短接DP/DM引脚。此时，连接器上将仅有一个DP/DM对处于活动状态。请注意，由于 这会在USB走线上形成短桩线，因此这种实现将对USB信号的完整性造成不利影响。 图图5：USB2.0选项选项2的框图：短接的框图：短接DP/DM引脚引脚 2.4.3USB3.0选项选项1：超高速多路开关：超高速多路开关/开关开关 对于USB3.0 UFP，惟一可行的选项是利用超高速USB
15、3.0开关来控制USB信号的路由。 Microchip USB 3740? USB2.0 ?/? Type-C? DP DM DP DM DP1 DM1 DP2 DP2 S MUX_CONTROL? A6A7B6B7 D+ D- D+ D- DP DM DP DM USB2.0 ?/? Type-C? DPDP DM A6A7B6B7 D+ D- D+ D- DM 2015 Microchip Technology Inc.DS00001914A_CN 第7页 AN1914 图图6：USB3.0 UFP的框图：超高速多路开关的框图：超高速多路开关 USB3.0 ? ? USB3.0 ?/ ? Type-C? DP DM DP DM S MUX_CONTROL? A6A7B6B7 D+ D- D+ D- SSRX+ SSRX- SSRX+ SSRX- SSTX+ SSTX- SSTX+ SSTX- DP DM SSRX1+ SSRX1- SSTX1+ SSTX1- DP DM SSRX2+ SSRX2- SSTX2+ SSTX2- B11B10 RX1- RX1+ A2A3 TX1- TX1+ B11B10 RX1- RX1+ A2A3 TX1- TX1+ AN1914 DS
