USB Type-C设计日记

各种各样的便携式设备——无线扬声器、无人机相机、VR 耳机和电动医疗设备——都依靠 USB Type-C 连接器的简单性来重振多媒体数据流的充电和传输。

USB Type-C 接口指定可逆插头方向和电缆方向，简化了各种电池供电设备的连接和供电。它还整合了对各种接口技术的支持，包括 DisplayPort、HDMI 和 Thunderbolt（图 1）。

图 1：USB Type-C 正迅速成为连接具有不同电源要求的众多设备的网关。图片来源：赛普拉斯半导体。

USB Type-C 和供电标准正在获得快速支持，同时满足交流适配器和电源、电源集线器、扩展坞、智能插头和显示器等电源应用的需求。但在这个纤薄而时尚的连接器世界背后，隐藏着复杂的接口电子设备，它们与电力输送协商、内置保护、电力共享算法等问题作斗争。

在本文中，我们将深入了解 USB Type-C 生态系统如何快速发展，以及新型电源和接口芯片如何促进从 USB Type-A、USB Type-B 和 USB Micro-B 的过渡设备。它特别深入研究了有望减少组件数量和缩小电路板空间的单芯片解决方案。

管理电源例如，芯片制造商正在添加智能电池算法，以实现更小的外形尺寸和更快的电池充电速度，同时推出新一代双向稳压器，接受来自各种直流电源的输入功率：AC/DC 电源适配器、旅行适配器和移动电源。

这些芯片将各种直流电源转换为电源适配器输入端的稳压电压。Intersil 的新型降压-升压稳压器就是一个很好的例子：它支持具有降压模式、升压模式和降压-升压模式的 USB Type-C 生态系统，为多个端口和输入源提供充足的灵活性。

单芯片 ISL95338 解决方案取代了目前用于双向降压和升压模式的两个电压转换器，并将 USB Type-C 设计的 BOM 成本降低了 50%。它采用 Intersil 的 R3 调制技术来提供轻负载效率和超快瞬态响应。

图 2：USB Type-C 正在成为一种通用适配器，用于为各种设备提供数据传输和电源。图片来源：德州仪器。

接下来，德州仪器通过最大功率点跟踪技术为其电池充电控制器增加了智能。其电池算法自动检测输入电源的全部容量以优化电流。这使得电池充电控制器能够支持宽输入和输出电压范围以及更紧凑的适配器设计。

控制器芯片还有助于保持一致的系统和充电电流，以确保利用最大输入功率。TI 用于 1 至 4 节（1S 至 4S）设计的降压-升压型电池充电控制器 — bq25703A 和 bq25700A — 承诺在降压和升压操作的不同模式之间无缝转换，没有任何死区。

这家总部位于德克萨斯州达拉斯的芯片制造商将这些充电控制器用于笔记本电脑、平板电脑、移动电源、无人机和智能家居应用等设备中的 USB Type-C 端口。

节省 BOM由两个系列电池组供电的 USB Type-C 产品需要多个分立元件。它增加了 BOM 成本并在电路中引入了额外的故障点。Maxim Integrated 声称通过在单个芯片上集成充电器检测器、升压/降压转换器和带有智能电源选择器的锂离子电池充电器，消除了芯片的拼凑。

用于 USB Type-C 设计的新芯片通过汲取充电适配器可提供的最大电流同时促进 28V 过压保护，简化了充电器架构。MAX14748 芯片支持 USB Type-C 充电，功率是 Micro-USB 解决方案的两倍。

同时，Silicon Labs 发布了一个参考设计，以简化 USB Type-C 可充电锂离子电池组的开发。该设计解决方案包括开发板、USB Type-C 供电 (PD) 堆栈、示例代码、原理图和硬件手册。

图 3：USB Type-C 电池组参考设计视图。图片来源：Silicon Labs。

参考设计（图 3）旨在为开发人员提供对电池应用的完全控制，以协商各种电源方案。例如，PD 堆栈使设计人员能够创建高级函数调用，以便协商和传送 USB Type-C 消息以发送或接收电源。

USB Type-C 生态系统围绕 USB Type-C 连接器和端口构建的设计将在 2018 年需要大量芯片组。关键挑战可能集中在成本、PCB 尺寸和电源管理上。

USB Type-C 生态系统还需要一套新的调试和测试工具。以 MIPI 联盟为例，该联盟最近更新了其用于调试和测试的窄接口 (NIDnT) 规范，以适应 USB Type-C 技术。

USB Type-C 是智能手机、笔记本电脑、平板电脑、无人机和家庭自动化设备等多节电池供电设备的首选接口技术。因此，预计 2018 年会有更多行动，很可能是向 USB Type-C 电缆和连接器过渡的一年。

审核编辑 黄昊宇