如何用USB-C端口實現快充及高清音視頻傳輸

USB-C的作用

USB-C端口具有體積小，可正反插等特性，被越來越多的設備采用。USB-C也可以寫作USB Type-C。USB-C端口兼容之前舊版的USB -A口的所有功能，可以實現快充功能和傳輸高清音視頻的功能。

快充方面：搭載USB PD、QC等快充協議，實現手機等用電設備的快速充電。新推出的USB PD 3.1更是將之前的最高充電功率由100W增加到240W，進一步擴大了快充的使用范圍。

音視頻方面：傳輸DisplayPort視頻信號，DisplayPort中也包含音頻信息。還可搭配模擬耳機和數字耳機，可連接音頻設備。新推出的USB4規范強制規定只能使用USB Type-C接口，傳輸帶寬達到40Gbps。還兼容了雷電3協議。更大的帶寬，可以同時擴展更多的設備。比如可以通過USB4擴展塢同時接移動硬盤，高清顯示器和外置顯卡。

USB Type-C端口搭載USB PD、QC等協議，來統一快充市場，而且具備音視頻傳輸功能等。基于以上優勢，USB-C有望實現USB端口的統一。可以預見，設備采用USB Type-C端口是大勢所趨。

面臨的困境

由于USB-C端口、USB PD等快充協議是近幾年才推出的，所以在之前推出的SOC或MCU必然沒有集成USB PD、QC等協議，也不支持USB Type-C的邏輯識別功能，也就無法實現USB Type-C端口快充和高清音視頻傳輸的功能，因為快充和高清音視頻傳輸的實現都需要依靠USB Type-C的識別和相關協議的溝通。那么這些SOC或MCU將面臨市場的淘汰和資源的浪費。而且研發新的集成USB PD、QC等的SOC或MCU，開發周期長，成本高，足以讓不少芯片原廠止步，而且有的設備需要多個USB -C口（比如蘋果公司推出的Macbook Pro筆記本就有4個USB-C口），更是加大了研發難度。那么有沒有簡單的方法解決以上的困境？答案是有，就是采用TCPC芯片。

解決方式

可以采用SOC或MCU與TCPC芯片配合使用，來解決上面提到的困境。TCPC芯片用來實施USB Type-C底層的邏輯識別和協議溝通，SOC或MCU作為TCPM來進行上層的策略管理。TCPC和TCPM之間連接的接口叫做TCPCI，可采用I2C（或SMbus）方式通信。這樣SOC或MCU只需要有I2C主模式的功能，就能方便實現USB-C端口快充及高清音視頻傳輸功能。而I2C主模式還可以用芯片的GPIO來模擬的，所以SOC或MCU理論上都可以作為TCPM。那么到底TCPC、TCPM和TCPCI究竟是什么？下面來介紹。

TCPC、TCPM和TCPCI

TCPC和TCPM是USB-IF協會發布的《Universal Serial Bus Type-C Port Controller Interface Specification》文檔中提出的概念，兩者之間連接的接口稱為TCPCI，下面介紹TCPM、TCPC和TCPCI。

什么是TCPM？

TCPM英文全稱為USB Type-C Port Manager，即USB Type-C 端口管理器。TCPC是一個功能管理模塊，包括VBUS和VCONN電源管理以及USB PD通信的設備策略管理層、策略引擎層和部分協議層等。

什么是TCPC？

TCPC英文全稱為USB Type-C Port Controller，即USB Type-C 端口控制器。TCPC是一個功能控制模塊，包括VBUS和VCONN電源控制、USB Type-C CC邏輯以及USB PD通信 BMC物理層和部分協議層等。

什么是TCPCI？

TCPCI英文全稱為USB Type-C Port Controller Interface ，即USB Type-C 端口控制器接口。TCPCI的目的是在TCPC和TCPM之間提供定義的接口，以便標準化和簡化TCPM實現。TCPCI除了規定的內容，還包含了供應商自定義內容，用于供應商進行相應的功能擴展。

上圖展示了一個TCPM和多個TCPC連接的框圖。可以看到TCPC重點在“控制”，是USB Type-C控制器，負責控制底層通信的實施，包括出錯重發機制。TCPM重點在“管理”，是USB Type-C管理器，負責管理一個或多個USB Type-C端口的上層策略。TCPM和TCPC之間的連接的接口叫做TCPCI，是兩者之間的橋梁，可采用I2C（或SMbus）方式進行溝通。而LDR6280就是一款TCPC芯片。

TCPC方案介紹

LDR6280是深圳市樂得瑞科技有限公司研發的一款單端口USB Type-C控制器，支持Source，Sink，或DRP模式，也支持Type-C DRP Try.SRC和Type-C DRP Try.SNK模式，為平板電腦、顯示器、移動電源等應用提供了完整的USB Type-C和USB Power Delivery端口控制解決方案。LDR6280可以通過UART方式或I2C的方式進行在線升級，來更新芯片的固件。其中I2C升級方式可用于實現SOC給LDR6280更新固件。

LDR6280特點

1、集成USB TYPE-C

－ 支持USB TYPE-C規范2.0版

－ 支持Source， Sink和DRP模式

－ 支持Type-C DRP Try.SRC或者Try.SNK

－ 自動檢測TYPE-C設備的插入與拔出

2、集成USB Power Delivery

－ 集成 USB Power Delivery 2.0/3.0協議

－ 支持DFP，UFP以及Data Role Swap

－ 支持PPS，電壓最小可調20mV，電流最小可調50mA

－ 集成對eMarker線纜的識別和支持

－ 支持Power Role Swap

－ 支持Fast Role Swap （FRS）

3、支持外接MCU通信

－ 支持UART模式，通信波特率可選，默認為19200

－ 支持I2C/SMBus模式，支持USB Type-C port controller接口（TCPCI）規范

4、工作電壓

內嵌LDO可支持寬電壓輸入： 1.8V到5.5 V。I2C上拉電阻電壓的范圍：1.62V-5.5V

5、工作溫度

-支持工業級溫度范圍-40℃~85℃

6、封裝

－5mm x 5mm x 0.75mm QFN32

LDR6280應用

－ 筆記本電腦、平板電腦和游戲主機等

－ 顯示器

－ 電源適配器、移動電源等

－ 老化柜

－ 其他USB Type-C上行端口，下行端口以及雙角色端口

應用框圖

雙角色端口（DRP）應用-帶有Type-C端口的筆記本電腦

嵌入式控制器管理電池充電器控制器（BCC），控制電池的充電和放電。它作為USB Type-C端口管理器（USB Type-C Port Manager，TCPM），通過I2C/SMbus的方式與LDR6280（USB Type-C Port Controller，TCPC）通信，實現功率的配置，以及通過VDM信息的協商等，控制USB芯片組 、DisplayPort芯片組分別輸出USB信號和DisplayPort信號。

以筆記本為例，LDR6280設置為DRP掃描，通過I2C中斷引腳輸出低電平來通知TCPM，底層狀態發生了改變。TCPM讀取TCPCI中規定的ALERT寄存器來獲取當前的狀態信息。快充的實現參照前面的多USB Type-C端口的移動電源的介紹，這里介紹高清音視頻部分。

功率配置完成后，主機的嵌入式控制器（TCPM）控制LDR6280進行VDM信息的協商，包括DP Alt Mode的配置等，LDR6280如果收到Attention信息，報告給TCPM。TCPM通知DisplayPort芯片組進行AUX通路的通信，讀取顯示設備的EDID信息，確認支持后，輸出DisplayPort高清視頻信號給顯示設備。其中DisplayPort信號中還包含音頻信號。TCPM還通知USB芯片組輸出USB數據。其中USB 2.0也可以輸出音頻

信號，屬于數字音頻信號。還有模擬音頻信號，傳輸方式和數字音頻信號有很大不同，通過USB Type-C的A8（SBU1）或B8（SBU2）引腳傳輸MIC信號，A6和B6（都是D+）引腳傳輸右聲道，A6和B6（都是D-）引腳傳輸左聲道。A5和B5引腳用于檢測是否有模擬音頻插入，一定檢測到連接，LDR6280會通知TCPM有模擬音頻設備接入，然后TCPM通知模擬音頻模塊進行模擬音頻信號傳輸。

責任編輯：tzh