简化移动USB-C设计

如今，越来越多的笔记本电脑、手机和 PC 采用 USB-C 构建，USB-C 是一种用于双向数据传输和供电的小型多功能连接器。借助USB-C（也称为USB Type-C），消费者不必随身携带多根电线来为设备充电，传输数据或连接到显示器或其他外围设备。该标准提供的功率足以为一系列便携式电子设备（从移动电源到个人计算机和显示器）充满电。然而，为 USB-C 设计充电电路是一项独特的技能组合，特别是与设计传统 USB 变体所涉及的工作相比。本白皮书将讨论降压充电器如何简化USB-C充电系统设计过程。

介绍

从可穿戴设备到楼宇自动化系统、医疗设备等等，更紧凑的锂离子 电池供电的电子产品正在加入USB-C派对。事实上，锂离子电池的使用越来越多 在各种消费类设备中都有助于USB-C的采用，因为所有这些设备都需要电源转换。 根据IHS Markit的数据，具有至少一个USB-C端口的设备预计将达到近50亿 2021 年，高于 2016 年的 3 亿。在此期间，最大的采用者是手机，移动PC， 闪存驱动器、媒体数位板和扩展坞1.因此，即使采用速度比某些行业慢 专家已经预料到，市场机会肯定是有的。

USB-C 被定位为通用标准，因为它取代了一堆不同的电缆，简化了 快速充电、内容流和数据传输的过程。双面和可逆，USB-C 连接器有24个引脚，比micro-B连接器略大（通用的小型化版本） 串行总线接口）。USB 3.1，其第 2 代指定数据速率为 10Gbps（是 USB 3.0 的两倍），是 USB-C 连接器的默认协议。为了更快的速度，有Thunderbolt 3协议， USB-C 支持哪个。Thunderbolt 3 将带宽提高到 40Gbps，功耗更低，能力更强大 移动多达 100W 的功率。带有 Thunderbolt 3 的 USB-C 端口的设备只需要一根电缆 为与计算机一样复杂的设备供电和传输大量数据2.

从设计的角度来看，USB-C对移动设备的一个有吸引力的好处是，它允许更小和 更薄的设计。但是，虽然该标准简化了最终用户的工作，但设计 用于 USB-C 的充电电路。

是什么让 USB-C 设计成为一项挑战？

USB通信协议相当复杂，因此实施起来可能具有挑战性且耗时。一个 带有定制 USB 固件或固定功能通信桥接器的 USB 微控制器（更简单的路由 那些USB专业知识较少的人）提供了几个将USB通信集成到设计中的选项。 针对最新的 USB 标准 USB-C 进行设计时，面临着独特的挑战：需要解决信号问题 嵌入式设计中的完整性和速度问题，以适应沿任一方向流动的 100W 功率，以及 将其连接到大量传统接口（包括 USB 1.1/2.0/3.0、HDMI、以太网、显示端口和电源） 和音频连接）3.

此外，目前可用的充电器缺乏内置的USB-C端口控制功能。因此，当 USB-C 充电源插入，在端口识别适配器之前，充电不会自动开始。所以 您必须确保充电器和端口控制器可以相互通信。确保模拟 在充电器和控制器之间检测、读取和处理数字信号需要复杂的 主机端软件开发。例如，您需要确保您的设计能够处理 各种 USB-C 和传统 USB 电源适配器。您还需要正确管理充电器输入 电流限制基于端口控制器 IC 检测到的源能力。（设置充电器的 输入电流限制允许充电器以电源的全部能力为电池充电，从而产生 在更快的充电中。这需要在主机应用处理器或微控制器中进行软件开发。

USB-C 本身支持高达 5V 的 3A 电流，足以满足许多需要低于 15W 的应用 的权力。但是，对于源适配器在 V 上提供 5V 电压总线，USB-C 端口控制器必须建立端到端 端口检测;否则，V总线是 0V 的冷插座（与传统 USB 有很大不同）。USB-C 带 USB 功率传输是支持高达 100W 功率传输的规范，使生态系统能够支持 在最大 5A 时具有高达 20V 的多个功率电平，但这需要更复杂的 USB-C 供电 微控制器和许多应用不需要这种水平的功率。

解决方案尺寸是另一个重要的设计考虑因素。USB-C 连接器比它们的小得多 传统对应方;然而，电池供电的消费类设备正在继续萎缩（部分归功于 USB-C，这需要设备上的端口更少）。因此，USB-C充电系统应该越来越多地满足 小尺寸也需要。

使用集成式 USB-C 降压充电器简化设计

对于功耗低于15W的应用，Maxim推出了一款USB-C降压充电器，无需 需要单独的端口控制器 IC，减少主机软件开发，减少物料清单 （物料清单）成本。MAX77860为USB-C 3A开关模式充电器，集成USB-C端口控制器和充电器 用于 15W 应用的 IC。它也是市场上第一款带集成通道的集成USB-C降压充电器 配置 （CC） 检测，在 与最接近的竞争对手相比，解决方案尺寸缩小 30%。该器件的 CC 引脚检测功能允许它 以自动完成 USB 端口连接检测，这是 USB-C 源提供所必需的 开机 V总线.（CC 引脚还检测电缆连接和拆卸以及插座/插头方向。在 此外，这些引脚可用于USB供电和备用模式所需的通信， 支持第三方协议，如DisplayPort和HDMI。

充电自动开始，无需主机干预。虽然其 3A 充电电流能力充电 快速充电，MAX77860的高效率也能在充电过程中保持终端器件冷却。 该充电器采用 3.9mm x 4.0mm 封装，使用相对较小的电感器和电容器，因为它 高开关频率 （2MHz/4MHz）。

图2.子系统框图显示了MAX77860如何集成到USB-C充电系统中。

MAX77860具有高效率降压解决方案，可降低散热。该设备还支持向后 与传统 USB BC1.2 适配器兼容。集成6通道模数转换器（ADC） 提供精确的电压和电流测量，同时释放主机应用中的资源 处理器或微控制器。设备上的端口控制器提供插头检测、电缆方向 检测、电源和数据角色检测以及 V总线当前功能发现。5.1V/1.5A 反向升压 OTG 为辅助设备提供 USB 移动 （OTG） 模式。

总结

因为它们为双向供电和数据传输提供了紧凑、多功能的电缆，所以它不是 令人惊讶的是，USB-C连接器是消费电子设备的受欢迎景象。对于习惯于的设计师 为传统通信协议开发解决方案，但是，针对USB-C的设计确实带有其 在电压管理、效率和解决方案尺寸方面拥有一套复杂性。USB-C 降压充电器 为应对这些挑战而进行优化有助于简化流程，从而带来便利 各种便携式产品的标准配置。

审核编辑：郭婷