C設(shè)備需要CC邏輯芯片嗎

USB Type-C憑借其自身強大的功能，在Apple， Intel， Google等廠商的強勢推動下，必將迅速引發(fā)一場USB接口的革命，并將積極影響我們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷?。本文討論一個重要的專業(yè)問題：USB Type-C設(shè)備到底是否需要CC邏輯檢測與控制芯片？

要回答這個問題，我們得先從基本概念談起。

DFP（Downstream Facing Port）：

下行端口，可以理解為Host，DFP提供VBUS，也可以提供數(shù)據(jù)。典型的DFP設(shè)備是電源適配器，因為它永遠都只是提供電源。

UFP（Upstream Facing Port）：上行端口，可以理解為Device，UFP從VBUS中取電，并可提供數(shù)據(jù)。典型設(shè)備是U盤，移動硬盤，因為它們永遠都是被讀取數(shù)據(jù)和從VBUS取電，當(dāng)然不排除未來可能出現(xiàn)可以作為主機的U盤。

DRP（Dual Role Port）：雙角色端口，DRP既可以做DFP（Host），也可以做UFP（Device），也可以在DFP與UFP間動態(tài)切換。典型的DRP設(shè)備是電腦（電腦可以作為USB的主機，也可以作為被充電的設(shè)備（蘋果新推出的MacBook），具OTG功能的手機（手機可以作為被充電和被讀數(shù)據(jù)的設(shè)備，也可以作為主機為其他設(shè)備提供電源或者讀取U盤數(shù)據(jù)），移動電源（放電和充電可通過一個USB Type-C，即此口可以放電也可以充電）。

CC（Configuration Channel）：配置通道，這是USB Type-C里新增的關(guān)鍵通道，它的作用有檢測USB連接，檢測正反插，USB設(shè)備間數(shù)據(jù)與VBUS的連接建立與管理等。

USB PD（USB Power Delivery）：PD是一種通信協(xié)議，它是一種新的電源和通訊連接方式，它允許USB設(shè)備間傳輸最高至100W（20V/5A）的功率，同時它可以改變端口的屬性，也可以使端口在DFP與UFP之間切換，它還可以與電纜通信，獲取電纜的屬性。

Electronically Marked Cable：封裝有E-Marker芯片的USB Type-C有源電纜，DFP和UFP利用PD協(xié)議可以讀取該電纜的屬性：電源傳輸能力，數(shù)據(jù)傳輸能力，ID等信息。所有全功能的Type-C電纜都應(yīng)該封裝有E-Marker，但USB2.0 Type-C電纜可以不封裝E-Marker.

USB Type-C設(shè)備DFP-to-UFP配置流程與VBUS管理有如下主要流程：

設(shè)備連接與分開檢測：DFP需要檢測到CC管腳上有某個電壓時，判斷UFP設(shè)備已插入或拔出，來提供和管理VBUS.當(dāng)沒有UFP設(shè)備插入時，必須關(guān)閉VBUS，這是與現(xiàn)有電源適配器最大的不同點。因此所有的DFP設(shè)備需要CC邏輯檢測與控制芯片以及VBUS開關(guān)電路。

插入方向檢測：如圖1，雖然USB Type-C插座和插頭的兩排管腳上下對稱，USB數(shù)據(jù)信號都有兩組重復(fù)的通道，但主控芯片通常只有一組TX/RX和D+/-通道。由于USB2.0的數(shù)據(jù)率最高只有480Mbps，可以不考慮信號走線的阻抗連續(xù)性而得到較好地數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，因此USB2.0的D+/-信號可以不被MUX控制而直接從主控芯片一分二連接至USB Type-C插座的兩組D+/-管腳上。但USB3.0或者USB3.1的數(shù)據(jù)率高達5Gbps或者10Gbps，如果信號線還是被簡單地一分二的話，不連續(xù)的信號線阻抗將嚴(yán)重破壞數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，因此必須由MUX切換來保證信號路徑阻抗的一致性，以確保信號傳輸質(zhì)量。下圖中右側(cè)所示的MUX從TX1/RX1和TX2/RX2中選擇一路連接至主控芯片，而這個MUX就必須被CC Logic控制。

因此，在USB2.0應(yīng)用中，無需考慮方向檢測問題，但USB3.0或者USB3.1應(yīng)用中，必須考慮方向檢測問題。

圖1 USB Type-C數(shù)據(jù)走線邏輯模型

但必須注意的是在USB3.0/USB3.1的應(yīng)用中，有一種情況也可以不需要MUX，即不需要方向檢測，如圖2所示，不管是正插還是反插，左側(cè)主機都可以根據(jù)CC管腳上的狀態(tài)來切換MUX來連通USB3.0/USB3.1信號。此場景發(fā)生在右側(cè)設(shè)備永遠是UFP的情況下，比如U盤，移動硬盤等。

因此，USB3.0/USB3.1應(yīng)用中，除UFP設(shè)備以外的所有設(shè)備都需要CC邏輯檢測與控制芯片。

圖2 USB Type-C直接連接數(shù)據(jù)走線邏輯模型

建立DFP-to-UFP和VBUS管理與檢測

DRP在待機模式下每50ms在DFP和UFP間切換一次。當(dāng)切換至DFP時，CC管腳上必須有一個上拉至VBUS的電阻Rp或者輸出一個電流源，當(dāng)切換至UFP時，CC管腳上必須有一個下拉至GND的電阻Rd.此切換動作必須由CC Logic芯片來完成。

當(dāng)DFP檢測到UFP插入之后才可以輸出VBUS，當(dāng)UFP拔出以后必須關(guān)閉VBUS.此動作必須由CC Logic芯片來完成。

USB Type-C VBUS電流檢測與使用

USB Type-C中新增了電流檢測與使用功能，新增三種電流模式：默認(rèn)的USB電源模式（500mA/900mA），1.5A，3.0A.三種電流模式由CC管腳來傳輸和檢測，對于需要廣播電流輸出能力的DFP而言，需要通過不同值的CC上拉電阻Rp來實現(xiàn)；對于UFP而言，需要檢測CC管腳上的電壓值來獲取對方DFP的電流輸出能力。

USB PD通訊

USB PD看似只是電源傳輸與管理的協(xié)議，實際上它可改變端口角色，可與有源電纜通訊，允許DFP成為受電設(shè)備等諸多高級功能，因此支持PD的設(shè)備必須采用CC Logic芯片。

發(fā)現(xiàn)與配置擴展其它外設(shè)（Audio，Debug）

USB Type-C支持語音附件以及Debug模式，USB Type-C接口的耳機如果只作為UFP且因為其功耗較小而無需檢測DFP的供電能力時，無需CC Logic芯片。

綜上，所有的DFP（如電源適配器），所有的DRP（如電腦，手機，平板，移動電源），所有需要檢測DFP電流輸出能力的UFP，所有支持PD的設(shè)備，都需要CC邏輯檢測與端口控制芯片。換句話說，只有因為功耗較低而不需要檢測電流能力的UFP（U盤，耳機，鼠標(biāo)等）才不需要CC邏輯檢測端口控制芯片。