安森美半導體靈活、小巧（qiǎo）、低功耗的USB Type-C方案加速係（xì）統（tǒng）設計
2018-1-19 來源：安森美半導體 作者：-
隨著技術的演進和人們對充電功率和數據傳輸速率的需求不斷（duàn）提高，USB Type-C應運而生。USB Type-C是下一代USB連接器、端（duān）口和電纜的標準，支持雙向電源和正反逆插，提供更高的（de）充電功率和更高的數據（jù）傳（chuán）輸速率，為用戶帶來更高的性能和更多的便利，也為設（shè）計人員和製（zhì）造商提供簡潔（jié）性，將越來越廣泛地用（yòng）於智能手機、平板電腦、擴展塢、適配（pèi）器等終端設備。IHS預計2019年基於 USB Type-C的設備出貨量將超過（guò）20億，為40%的USB總市場容量(TAM)。據ABI Research，到2020年約一半的智能手機（jī）和93%的筆記本電腦將含USB Type C互聯。
針對這最新的（de）市場趨勢，安（ān）森美半導體為（wéi）市場提供完整的Type-C和USB-PD方案，包括USB Type-C和USB-PD控製器、超（chāo）高速開關（guān）、端口保護方案、轉接驅（qū）動器等。這些方案支持雙角色（sè）端口（kǒu） (DRP)、下行端口 (DFP) 和上行端口 (UFP)，具有業（yè）界更低功耗、更小尺（chǐ）寸(比（bǐ）基於MCU的方案小達95%)，提供更簡化和靈活的優勢。
圖1：安（ān）森美半導體的主要Type-C和PD產品（pǐn）
USB標準及連接器的演進
USB的出現可遠追溯到1996年，當時推出的USB 1.0傳輸速度為1.5 Mbps。然後2000年推出的USB 2.0傳輸速度提高到480Mbps，提供最大2.5 W (0.5 A，5 V)的功率（lǜ），隨後USB 3.0的數據傳輸（shū）速度提（tí）高到5Gbps，最大功率提高至（zhì）4.5 W (0.9 A，5 V)。而最新的（de）第二代USB 3.1將數據傳（chuán）輸速度提升（shēng）至10Gbps。
USB Type-C是新型的連接器。USB標準（zhǔn）的原始設計（jì）是USB Type A，為扁平的矩形。Type A端口大多用於主機設備，如台式電腦（nǎo）、筆記本電腦（nǎo）、遊戲機（jī）和（hé）媒體播（bō）放器。USB micro B連接器較小，主要見於外圍設備。現在行業標準正在向USB Type-C發展，支持USB 3.1和USB-PD，提供單個連接器/電（diàn）纜，免（miǎn）去多個（gè）電纜和連接器的麻煩。USB Type-C端口最大功率可達15 W (3 A，5 V)。對於USB 3.1，若采用（yòng）支持USB-PD的Type-C連接器，最高功率可達100 W (5 A，20 V)。
圖2：隨著技術的演進，功（gōng）率快速增（zēng）長
USB Type-C主要應用
在智能手機、平（píng）板電腦（nǎo）等應用中（zhōng），USB Type-C主要作為充電接口（kǒu）和（hé）用於超高（gāo）速數據的傳輸，當用作充電接口時，支持USB-PD和快充，通（tōng）常僅一個插槽。安森美半導體針對此類應用的Type-C及USB-PD產品主要有支持PD的可編程的Type-C 控製器FUSB302B、符合USB 3.1 Gen-II的Type-C超高速開關FUSB340 、支持（chí）TCPC的Type-C PD端口控製器FUSB307B、Type-C或（huò）USB2.0 D+/D-高速端口保護開（kāi）關FSUSB242等。
在用於（yú）計算機時，USB Type-C實現多個雙角色端口和用於超高速數據的（de）傳輸，並用作寬範圍的電源（yuán）輸入/輸出端口，安森美半（bàn）導體用於計算機的Type-C產品主要有FUSB340 、FUSB307B、FUSB252等。
對於AC-DC適（shì）配器，行（háng）業設計正帶動增加的功率密度，需要支持可編程(PPS)。安森美半導體主要提（tí）供準諧振PWM控製器FAN604和具（jù）有SRC默認狀態的100W USB Type-C 可（kě）編（biān）程（chéng）的控製器FUSB302BT。
如何降低USB 3.x的插入（rù）損耗（hào）
在支持USB 3.x的Type-C環境中可（kě）實現超高速數據傳輸，在這環境下的大多數應用都需要一個轉接驅動器來減小插入損耗，如圖像傳感器、汽車信息娛樂係統、平板電腦、遊戲係統、手機、虛擬實境(VR)設備、有源電纜、打印（yìn）機/掃描儀、高清顯示器（qì）、基座/集（jí）線器等。
電纜插入損耗可能會因不同的供應商、電纜量（liàng）規、類型而有所不同，而接口對電纜損耗性能有（yǒu）很大（dà）影響。FR4損耗因（yīn）線長、所采用（yòng）的介（jiè）質和布線而有所不同。但電纜（lǎn）和FR4的（de）損耗都取決於采用的數據速率。例如，9英寸FR4以5 Gbps傳輸（shū）時約有3.9 db 損耗，但（dàn）以10 Gbps傳輸時有 6.9 db損耗。如果用24英寸（cùn）FR4以5 Gbps傳輸時的損耗從3.9 db增至9.6 db，以10 Gbps傳輸時（shí）的損耗（hào）從6.9 db增至16.8 db。因此，這增加了的插入（rù）損耗，需要轉接驅動器。
第1代和第2代USB 3.1能提供（gòng）更高的（de）數據速率，但（dàn）會帶來在USB有源電纜設計中減輕信（xìn）號完整性（xìng）損失的挑戰。有源電纜的長（zhǎng）度和性（xìng）能將推動對轉接驅動器和高質量互聯的需要，必須識別其速度能力，且尺（chǐ）寸和低功耗是（shì）關鍵。
性能出色的轉接驅動器可減少碼間串擾，避免因不想要的信號失（shī）真影響（xiǎng）傳輸，還有助（zhù）於符合USB3.x眼圖高（gāo）度和總抖動規範。
安森（sēn）美半導體的單通道轉接驅動（dòng）器（qì）如NB7NPQ701M、NB7VPQ701M和雙通道轉接驅動器NB7NPQ702M、NB7VPQ702M支持USB 3.1應用，同（tóng）時支持第一代USB 3.1 (5Gbps) 和第二代USB 3.1 (10Gbps)數（shù）據率，擴展信號（hào）距離達36英寸（cùn）FR4 或 5m電纜@ 5Gbps、達10英寸FR4 @ 10Gbps。其單（dān）通道轉接驅動器（qì）與同（tóng）類器件相比，眼（yǎn）高（gāo）增加20%，抖動降低20%。
10Gbps USB3.1超高速開關
FUSB340是10Gbps USB3.1超高速開關，典型帶寬達10 GHz，具有1.5 V至5 V的寬VDD範圍，提供2KV HBM ESD保護，符合Jedec標準，有源功耗低於12 uA，關斷功耗低於（yú）1 uA，在2.5GHz時的插入損耗僅-1 dB，采用18引腳的TMLP小型封裝(2.0mm x 2.8mm x 0.4mm)，是適用於手機、平板電腦、筆記本電腦、超便攜應用所需的可正反逆插的Type-C USB 3.1連接器的小型分立方案。
與競爭方案相比，FUSB340具有更寬的（de）電源電壓範圍、更快（kuài）的數據速率、更高的帶寬、低插入（rù）損耗、更（gèng）低的差分插入損耗(-28 dB)、更低的差分串擾(-44 dB)、更低的ICC關斷值(1 uA)和ICC有源值(0.03 mA)、更少引腳數、更小封裝(比競爭方案至少小（xiǎo）40%)和更薄高度。
USB 3.1 Type C連接器保（bǎo）護方案（àn）
在保護方麵，安森美半導體采用兩個ESD8704器件保（bǎo）護超高速線（xiàn）路，8個ESD7471保護低速（sù）和輔助線路。ESD8704具有超低電容、低ESD鉗位電壓，接觸及空氣（qì）放電± 30 kV，滿足IEC61000-4-2 Level 4，采用2.5 x 1.0mm uDFN封裝。而ESD7471提供雙向瞬（shùn）態電壓（yā）抑製（zhì），接觸及空氣放電± 20 kV，滿足IEC61000-4-2 Level 4，具有1.0 x 0.6 mm2的小外形（xíng）。
總結
安（ān）森美半導體（tǐ）提（tí）供靈活和易於集成的USB Type-C和USB-PD控製器方（fāng）案支持最新的（de）USB Type-C標準，易於設置和配置，支（zhī）持固件/提供驅動器用於通用嵌入式控製平台，功耗僅為競爭方案的1/20，尺寸減少達（dá）95%，並針對USB3.x的超高速應用，提供轉接驅動器、超高速開（kāi）關和（hé）保護（hù）方案等全係列方，這些都是USB3.x設（shè）計人員（yuán）的福音，此外，安森（sēn）美半導體的USB解決方案網頁也使用戶輕鬆獲得關鍵應用的優化方案（àn），加速他（tā）們的係統設計。
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