關(guān)于Type-C的性能分析和應(yīng)用簡(jiǎn)介

設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

除了上面討論的主要模塊外，還需要特別注意以下三個(gè)元件：其中兩個(gè)用于保護(hù)組件免受電磁脈沖影響，另一個(gè)可幫助提升整體系統(tǒng)性能。

防護(hù)注意事項(xiàng)

由于USB端口是暴露在外的，所以當(dāng)用戶插入和拔出線纜時(shí)，必須要防止發(fā)生意外的靜電釋放(ESD)，但不同的引腳可能需要的ESD解決方案也不盡相同。在千兆數(shù)據(jù)傳輸速率下，設(shè)計(jì)人員必須采取特殊的預(yù)防措施來(lái)保持信號(hào)的完整性。需確保所有添加到高速數(shù)據(jù)通道的電路（比如ESD保護(hù)電路）引入的線路電容非常小，此外還必須在整個(gè)信號(hào)回路中保持阻抗匹配，如果不匹配，可能會(huì)導(dǎo)致信號(hào)抖動(dòng)并降低信號(hào)質(zhì)量。而SBU和CC等數(shù)據(jù)傳輸速率低的引腳，對(duì)于電容增加或阻抗不匹配沒(méi)有那么敏感。

共有八個(gè)TX/RX引腳在USB模式和HDMI模式下充當(dāng)高速數(shù)據(jù)通道：包括用于USB操作的USB 3.1通道、三個(gè)TMDS通道以及用于HDMI AM操作的時(shí)鐘通道。

Texas Instruments推出的TPD4E02B04 瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）可保護(hù)高速數(shù)據(jù)引腳。此器件是一個(gè)四通道雙向ESD保護(hù)二極管陣列，每個(gè)通道還擁有僅0.25pF的I/O電容。其行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)USON-10封裝采用直通布線，可實(shí)現(xiàn)走線阻抗匹配。

下文將會(huì)討論用于低速引腳ESD保護(hù)的其他器件。

防止VBUS發(fā)生短路

USB Type-C接口的引腳間距通常只有0.5mm，與之前Type-A接口相比，引腳間更容易發(fā)生短路。SBU和CC這類(lèi)與VBUS相鄰的引腳就很容易短路，尤其在USB或HDMI端口支持完整USB PD規(guī)范時(shí)，短路風(fēng)險(xiǎn)就更高了，因?yàn)檫@種情況下VBUS引腳的電壓可達(dá)到22V。這種持續(xù)性的電壓不僅可以短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)在相鄰引腳上，在進(jìn)行熱插拔的過(guò)程中甚至可以產(chǎn)生高達(dá)44V的瞬態(tài)電壓。

Texas Instruments(TI)的TPD8S300 USB端口保護(hù)器（見(jiàn)圖1），可為CC和SBU引腳上發(fā)生的VBUS短路事件提供過(guò)壓保護(hù)，還能防止發(fā)生電壓振鈴。雖然這些引腳不像前面討論的高速引腳對(duì)電容增加那么敏感，但是它們同樣需要ESD保護(hù)。TPD8S300可以保護(hù)SBU和CC引腳，并為兩個(gè)USB 2.0 D+/D-引腳對(duì)提供額外的ESD保護(hù)。

圖1：TPD8S300內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖顯示了保護(hù)SBU和CC引腳不受VBUS短路影響的直插式FET和控制電路，并增加了四個(gè)額外的ESD保護(hù)通道（來(lái)源：Texas Instruments）

信號(hào)衰減補(bǔ)償

通過(guò)添加組件來(lái)防止ESD和VBUS短路會(huì)對(duì)高速HDMI或USB信號(hào)產(chǎn)生影響：盡管設(shè)計(jì)人員已盡了最大努力，但是實(shí)際使用時(shí)信號(hào)質(zhì)量還是不可避免地受到影響，這是因?yàn)?a target="_blank">IC引腳寄生電容、PCB走線等因素都會(huì)影響信號(hào)到達(dá)輸出引腳時(shí)的質(zhì)量。

對(duì)于信號(hào)鏈路，在Type-C接口前增加信號(hào)中繼器，是確保高數(shù)據(jù)速率下維持信號(hào)質(zhì)量良好的最有效方法。信號(hào)中繼器會(huì)放大輸出信號(hào)，通過(guò)線性均衡來(lái)補(bǔ)償通道信號(hào)的衰減。對(duì)于采用USB Type-C接口的應(yīng)用，在線纜質(zhì)量不好或長(zhǎng)度非常長(zhǎng)時(shí)，它還可以幫助通過(guò)兼容性測(cè)試并提高設(shè)備間的互操作性。

TI推出的TUSB1046模擬和數(shù)字交叉點(diǎn)IC集成了備用模式多路復(fù)用器和信號(hào)中繼器，其中線性信號(hào)中繼器支持備用模式下每個(gè)通道高達(dá)8.1Gbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，足以滿足HDMI 1.4規(guī)范的3.4Gbps需求。盡管TUSB1046最初是為DisplayPort而設(shè)計(jì)的，但是它與協(xié)議無(wú)關(guān)。圖2顯示的是適配三個(gè)HDMI TMDS通道和TMDS時(shí)鐘的DisplayPort四通道設(shè)置。

圖2：針對(duì)HDMI AM應(yīng)用配置的TUSB1046信號(hào)中繼開(kāi)關(guān)：此器件還支持正常模式下的USB 3.1 SuperSpeed+標(biāo)準(zhǔn)（來(lái)源：Texas Instruments）

未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

USB Type-C最新修訂版應(yīng)用廣泛，正逐漸在成為消費(fèi)電子設(shè)備（比如筆記本電腦、智能手機(jī)）的高速數(shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn)。USB Type-C備用模式讓HDMI成為目前最新的高速數(shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn)，它還規(guī)定了在USB Type-C應(yīng)用中的使用規(guī)范。設(shè)計(jì)人員期待Type-C在備用模式的加持下，能夠支持除DisplayPort、Thunderbolt、MHL和HDMI以外的更多流行音頻標(biāo)準(zhǔn)。

HDMI的流行推動(dòng)了支持HDMI專用備用模式的器件快速面市，不管具體的電路設(shè)計(jì)是怎樣的，本文討論的許多問(wèn)題都是任何類(lèi)型系統(tǒng)都面臨且必須解決的基本工程問(wèn)題。