USB Type-C简介
USB Type-C型接口，由USB-IF安排拟定，早在2014年就得到了包含苹果，谷歌，英特尔等厂商认可，相继在2015年推出相关产品。比较各类USB传统接口，USB Type-C具有小尺度、高集成度、运用方便的优异特性。也即USB Type-C 接口集数据传输，供电，和视频为一体。图1简略描绘了USB Type-C的部分特性。
图1 高集成度的USB Type-C接口
USB Type-C接口具有以下特性：
1. 连续USB即插即用的便当优势。
2. 物理接口十分小且薄，并支撑正反插。
3. 支撑USB3.1 Gen2(10Gbps)。
4. 一起支撑DisplayPort数据输出(也能够支撑雷电，HDMI数据输出)。
5. 支撑高达20V 5A最大100W的规范电能传输。
上面说到的100W规范电能传输，是在USB PD(Power Delivery) 协议规范中界说的，规范输出才干。 它是一种洽谈供电协议，十分灵敏也十分智能。USB PD协议也答应规划者运用厂商自界说指令即VDM(Vendor Defined Messages)传输更大电能或许其他客户需求的特别的功用。综上所述，USB Type-C具有强壮的功用和灵敏性，为产品规划者各种构思供给了无限或许。
图2 Apple Macbook上的USB Type-C接口
USB Type-C典型特点是支撑正反插，防止曩昔USB口繁复的方向对准问题，给用户带来极大的便当性。这一功用的完结和接口物理信号的界说有直接联系，图3是USB Type-C的接口信号示意图
图3 USB Type-C插座(上图)插头(下图)
完好的USB Type-C接口(插座)具有24个信号引脚，能够看到这些信号引脚的功用性呈180゜旋转中心对称的联系摆放，在接口物理结构上支撑了USB Type-C正反插。
USB Type-C及洽谈供电 USB PD (Power Delivery)根本知识
在USB Type-C中对数据和供电界说了3种人物，分别是DRP(Dual-Role-Port双向接口), DFP(Downstream Facing Port数据下行接口), UFP(Upstream Facing Port数据上行接口)，一起还保留了Power Source/ Sink 的概念。
USB Type-C将数据人物和供电人物进行了别离，意味着一个端口数据和供电的方向能够相同也能够相反。 USB PD协议让端口的两种身份(数据和供电)能够自由组合，即一个端口能够是数据的主机，电源上却做受电人物. 而传统的USB, 数据和供电的身份是绑定的。这样给运用带来很大的灵敏性。扩展坞规划就充沛利用这种特性，就数据而言，针对于主机，它是从设备，而电源方面，它却要扮演源端(source), 为主机供给电源。USB PD协议中，数据和电源身份是能够动态按照状况而改动的，不是一层不变的。
USB Type-C为了差异DFP与UFP的初始状况，运用了上(Rp)下(Rd)拉的电阻模型，如图4。
图4 DFP和UFP的上下拉电阻模型
DFP经过监控CC (Configuration Channel)上的电压来承认是否有正确的衔接，然后翻开Vbus和Vconn给设备和线缆供电，如果是插座规划，DFP和UFP都需求依据CC1/CC2上不同的分压值确认设备刺进的方向，切换内部开关将多组数据线以正确的次序传输或许获取数据。
CC信号线上进行Rp-Rd配对，这决议了DFP 和UFP人物。
Vconn信号线上进行Rp-Ra配对，作用是给带E-marker的cable供电，并读取cable支撑的速度和能承载的最大电流等线材相关信息。
图5 DFP和UFP树立衔接时几种或许的衔接模型
图5展现了DFP和UFP的正反衔接的四种模型，不管用户怎么插拔，两头的设备都是依据CC1/CC2上的分压进行方向辨认的。上一节中图3界说了USB Type-C插头和插座的信号次序，在正插和反插的状况下，插头和插座的匹配如下图6所示。
图6中最上面一个是正面朝上的插头信号图，中心是正面朝上的插座信号图，最下面一幅是正面朝下的插头信号图，该图示按翻转的方法刺进，那么箭头指示了一个引脚配对的方位，据此能够看出其他引脚配对的方位了。留意插头和插座的差异—插头中心有2个空引脚。
图6 DFP和UFP衔接时信号匹配
上面叙述了DFP和UFP人物的功用，USB Type-C中还有一个特别的双人物端口(DRP)，望文生义，DRP是双向人物，也就是说一个DRP设备既能完结DFP功用，也能完结UFP功用，那么在DRP设备内是一起集成了Rp和Rd的，在CC通道上DRP设备分时衔接Rp或许Rd，不会一起将它们衔接在CC上。一般一个DRP, 内部的Rd 和Rp是经过一个开关来选定的，这样确保端口在同一时间不会既是DFP 又是UFP。
USB Type-C是物理接口，要完结更多功用则需求在接口上完结USB PD协议，USB PD协议在USB Type-C的CC通道上完结，是一种主从单线通讯协议，选用BMC编码，CC通道上并不担任高速数据的传输，而是完结操控及产品根本信息的交互。
许多规划者都有个误区，以为USB PD仅仅供电的相关协议，实际上，USB PD是USB Type-C的魂灵地点。 比方要完结人物的切换，有必要用到USB PD, 又比方要完结包含视频等高速数据传输，也有必要用到USB PD协议，经过协议中的VDM音讯才干树立包含DisplayPort等的各种可选形式(Alt Mode)衔接，然后完结视频数据传输，关于USB Type-C可选形式规划的根本知识，请参阅赛普拉斯相关网页
http://www.cypress.com/documentation/reference-designs/ez-pd-ccg3-usb-type-c-displayport-cable-solution
Dock 根本概念的介绍：
Dock，又叫做扩展坞，这类产品的盛行是由于笔记本电脑的USB或许视频等接口数量有限， 用户期望扩展出更多数量的或许更多品种的接口，来满意多元运用需求。由于笔记本接口输出功率的约束，扩展坞一般需求经过自己的电源适配器供电。
USB Type-C接口的呈现进一步扩展了Dock的运用场景以及功用性。本文所指的Dock是：自身具有电源调理才干的扩展坞，差异于现在市面上自身不具有调压才干的可充电转化器产品(如：苹果推出的 1转3 转化器)。
图7为传统Dock产品示意图，这种Dock的体积和分量都决议了它不便于带着，市场上各个品牌厂商的Dock一般也都不能通用，USB Type-C的呈现赋予了Dock多元的规划要素，具体表现如下：(产品示意图如图8所示)
1. 接口简略，上行接口只需求一个USB Type-C口，不需求与笔记本的总线进行杂乱的线缆衔接;
2. 一口多用，在传输数据的一起能够给笔记本充电，而且播映笔记本中的视频;
3. 兼容广泛，USB Type-C Dock都遵照规范USB PD协议，不同品牌的USB Type-C电脑和USB Type-C Dock理论上能够相互兼容;
4. 适配各类USB Type-C 主机，USB Type-C Dock不仅仅只能调配笔记本电脑，一起也能用在平板电脑和手机上;
5. 体积超小，能够随身带着。
(注：图示仅仅示意图)
图7 传统Dock
图8 USB Type-C Dock
USB Type-C Dock Station的规划
1. Docking中电源规划留意事项：
如上文所述在做Dock规划时，需求规划Dock给手机或笔记本充电的才干，在USB PD协议中要求电源输出规划在功率满足的状况下至少遵照以下规矩：
图9 规范PD电源输出规矩
图9的意义是，在输出功率大于15W/27W/45W的状况下，输出的电源才干(PDO)一定要包含9V、15V及20V，例如，Dock的输出才干为30W,则PDO应至少包含5V@3A，9V@3A和15V@2A，其他电压值都是可选的，不做强制规则，USB PD协议的这个规则是为了进步不同厂商产品的兼容性，增强USB Type-C的通用性。
2. Cypress的Dock解决计划简介
图10是Dock类规划的简略结构框图，Dock选用直流接口供电，具有一个衔接笔记本/平板或手机的上位USB Type-C接口，一个作为DFP输出USB数据及电源的下位USB Type-C接口，两个图形输出接口，一个网口，一个音频接口，两个USB3.0和USB2.0接口，所用到的芯片首要有DP Splitter(也能够用DP Switch降低成本)， DP-HDMI转化芯片，DC-DC转化芯片，HUB芯片，数字音频转化芯片和USB PD芯片，下面侧重介绍一下USB PD芯片。
图10是Dock简略框图
Cypress EZ-PD CCG4/4M的内部结构概图如图11，该芯片以一个ARM Cortex M0内核作为主控集成了通用微处理器的外围组件，集成了USB PD3.0的解码器及USB Type-C的相关外围组件，具有128KB片上Flash，8KB SRAM，因而既能够作为PD3.0的协议操控器，也能做通用处理器处理体系业务。Dock规划中引荐运用CCG4产品首要是由于该系列产品广泛运用于各大OEM厂商的笔记本及杂乱USB Type-C Dock扩展器规划中，具有杰出的兼容性，和老练的SDK(软件开发包)，SDK扩展性杰出，规划工程师易于开发[1]。
CCG4作为USB Type-C DRP人物作业[2]，在Dock中首要担任的功用：
1. 处理USB Type-C业务，例如作为双向人物DRP处理接口拔插，正反插业务。
2. 处理USB PD3.0协议业务，例如电源事情处理，ALT MODE事情呼应等。
3. 依据USB PD事情操控电源模块—–包含输出功率操控，模块电源开断，体系电源操控等。
4. 依据ALT MODE事情切换Video模块作业形式(例如2/4 Lane 切换，监控显示器刺进信号)，并呼应USB Billboard事情。
5. 其他板级事情—-例如LED操控，按键操控等。
图11 Cypress CCG4/4M的结构概图
DMC(全称Dock Management Controller)引荐运用Cypress的CY7C65219，DMC最首要的功用[3]是
1. 作为USB Billboard告诉主机ALT MODE状况事情
2. 作为在线晋级操控器处理USB业务，接纳数据包，并经过I2C或其他板上接口对其他芯片晋级。
3. 作为EC(全称Embedded Controller)对PD操控器或其他芯片进行使命协谐和扩展。
HUB引荐运用Cypress USB3.1 Gen1的HX3系列(CYUSB3314)能够独自使能每个下行口的BC1.2，DCP，Apple Charging，Ghost Charging等功用，它具有Shared Link功用， 在嵌入式规划时，能将下行口的USB3.0的Super Speed信号和High Speed信号拆分红两组独立运用[4]。别的USB2.0 HUB的HX2VL系列具有外围简略功用安稳和低功耗的优势[5]，也是业界较受认可的挑选。
电源操控芯片能够考虑ON-SEMI选用I2C操控的宽规模输入输出开关电源，有利于削减IO占用。MUX和DP转HDMI转化器能够考虑Diode(Pericom)或许Parade。
3. Dock计划中的在线晋级功用—提高终端客户体会
在厂商开发自己的产品过程中，怎么确保产品的高质量：
1. 量产前合理的测验计划(可依据体系厂商原有经历施行);
2. 确保产品灵敏的接口特性(添加在线晋级功用)
Cypress现在有老练的Dock在线晋级计划，图12展现了Dock在线晋级的拓扑结构，DMC经过USB2.0接纳主机端晋级指令和数据，再经过I2C或许其他板级通信协议中转到各外部芯片上进行晋级。
图12 Dock在线晋级的拓扑结构
DMC首要具有两个USB接口，一个是USB Billboard类，首要用于规范USB Billboard业务处理。一个是WINUSB类，这种设备类在WIN10上有预装的驱动程序，能够免除运用者运用费事，更重要的是在Windows移动终端操作体系上也支撑这种设备类，使得Dock不管在调配笔记本电脑仍是手机平板都能完结功用晋级，一起DMC将运用USB操控端点传输指令，再经过批量端点传送各芯片固件的二进制文件。该Dock计划中在晋级软件与DMC树立链接后，一切晋级动作由DMC主动主张，所以在不同Dock运用中是能够运用相同的体系端晋级软件的，而且由于CY7C65219 集成了加解密IP，在特别运用中也能够经过DMC主张密匙配对辨认晋级来历是否是安全的。
值得留意的是在DMC晋级体系部件的过程中，或许某些部件会有主动操作I2C总线的行为，这是需求规划者考虑进去的，这种状况主张规划师树立两颗芯片间操作总线的互斥准则，并在FW中做相应设置。
4. Dock解决计划中的固件流程
Dock的解决计划中会触及很多芯片与芯片之间的交流，例如：USB PD芯片需求依据USB PD 交流的信息进行调整电压，触及与DC-DC电源之间的交流; USB PD芯片需求辨认正反插，触及与MUX之间的交流等等。
体系I2C的根本操控拓扑结构可简化为图13.
图13 Dock的I2C操控拓扑结构
Dock中CCG4会经过I2C操控大部分外围芯片，首要是完结前文说到的电源操控，上下行USB Type-C口的正反插操控，视频部分的操控，图14的流程图说明晰在USB PD软件开发时的流程。
图14 CCG4 USB PD操控器软件流程图
CCG4现已完结了悉数USB Type-C及USB PD的功用，流程图中要点突出了运用层需求完结的作业，根本上流程中所需求处理的事情都是CCG4 SDK会通报出的协议栈事情[6]，开发者能够将更多精力放在功用运用层面，为用户供给立异有用的Dock产品。
图15 Cypress DMC软件流程图
图15提醒了Cypress DMC的软件流程图，实际上这些业务在DMC的架构中现已构建并充沛验证，开发者不需求做更改即可运用，在Dock规划中，为了增强业务处理的实时性，主张尽量在CCG4中做事情处理。
5. Dock解决计划中的软件开发
本文中扩展坞引荐选用的Cypress系列PD操控器规划，他们推出了老练的配套软件开发包(SDK)， 开发者能够免费运用软件开发包完结个性化的功用规划，图16是Cypress CCGx 软件开发包界面， 该开发软件选用模块化的方法调用内部资源(比方I2C,PWM等)，并主动生成相应API供开发者运用，并能像FPGA相同调整IO次序，使开发者上手简单[7]。
CCGx的软件开发包将Type-C和USB PD的协议栈封装成了库，供给出API接口供运用者调用，除了部分特定功用的IO外，其他的GPIO及内部资源能够当成通用的MCU运用，使芯片功用在体系中能够充沛利用。
图16 Cypress CCGx 软件开发包界面
6. Dock解决计划中的留意事项
电脑扩展坞是一个比较杂乱的封闭体系，由于扩展坞一般具有多种不同外部接口，对应的在规划中对体系有一些留意事项：
3. 电源的分配，比方供电电源才干的核算，对每个模块及接口电源的分配需求匹配
4. 对数据带宽的分配
5. 对体系休眠状况的省电操控
6. 人机交互方法的规划
总结
USB Type-C在逐步一致笔记本及移动终端设备外部接口，在趋势的推进下，根据USB Type-C接口的Dock规划必将遭到广阔用户的欢迎，尤其是在手机和平板功用越发强壮的今日，便携式Dock让用户随时随地能够将手机、平板变身成完好的电脑，本文介绍的根据Cypress CCG4 USB PD操控器的Dock规划方法为广阔外设厂商供给了一个具有参阅价值的规划思路和理念。
引证：
1. AN210771 – Getting Started with EZ-PD™ CCG4
(http://www.cypress.com/documentation/application-notes/an210771-getting-started-ez-pd-ccg4?source=search&cat=technical_documents)
2. AN210403 – Hardware Design Guidelines for Dual Role Port Applications Using EZ-PD™ USB Type-C Controllers
(http://www.cypress.com/documentation/application-notes/an210403-hardware-design-guidelines-dual-role-port-applications?source=search&cat=technical_documents)
3. EZ-PD™ CCG3 USB Type-C Port Controller Datasheet
(http://www.cypress.com/documentation/datasheets/ez-pd-ccg3-datasheet-usb-type-c-controller-power-delivery)
4. AN94150-Designing a SuperSpeed Hub Using HX3 with Optimized BOM (http://www.cypress.com/documentation/application-notes/an94150-designing-superspeed-hub-using-hx3-optimized-bom?source=search&cat=technical_documents)
5. AN72332 – Guidelines on System Design Using Cypress’s USB 2.0 Hub (HX2VL)
(http://www.cypress.com/documentation/application-notes/an72332-guidelines-system-design-using-cypresss-usb-20-hub-hx2vl?source=search&cat=technical_documents)
6. EZ-PD Software Development Kit
(http://www.cypress.com/documentation/software-and-drivers/ez-pd-software-development-kit?source=search&cat=software_tools)
7. PSoC® Creator™ Integrated Design Environment (IDE)
(http://www.cypress.com/products/psoc-creator-integrated-design-environment-ide)
