USB 3.1 Type-C旨在徹底改變連接性。為了說(shuō)明此新標(biāo)準(zhǔn)的功能并顯示工程師使用Type-C標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建系統(tǒng)時(shí)需要了解的內(nèi)容，這個(gè)由兩部分組成的迷你系列將探索具有DisplayPort連接性的簡(jiǎn)單Type-C充電座的設(shè)計(jì)。

擴(kuò)展塢

擴(kuò)展塢也被稱為通用端口復(fù)制器，使用戶能夠?qū)⒕哂杏邢轚SB和視頻接口的筆記本電腦轉(zhuǎn)換為臺(tái)式機(jī)，該臺(tái)式機(jī)具有用于辦公室或家庭的多種應(yīng)用程序的接口。典型的用例是將筆記本電腦連接到擴(kuò)展塢，以使用全尺寸顯示器，全尺寸鍵盤(pán)，優(yōu)質(zhì)揚(yáng)聲器和辦公室打印機(jī)。

筆記本電腦供應(yīng)商和其他供應(yīng)商提供了不同類型的擴(kuò)展塢。擴(kuò)展塢通常由第三方制造商制造，以補(bǔ)充更流行的筆記本電腦型號(hào)。但是，隨著這些設(shè)備市場(chǎng)的增長(zhǎng)，越來(lái)越多的筆記本電腦制造商也提供它們。通過(guò)筆記本電腦本身或通過(guò)擴(kuò)展塢隨附的電源向這些設(shè)備供電。

冷，熱和待機(jī)對(duì)接/對(duì)接

術(shù)語(yǔ)“塢站”是指將便攜式計(jì)算機(jī)連接到塢站的過(guò)程。術(shù)語(yǔ)“卸載”是指將便攜式計(jì)算機(jī)與擴(kuò)展塢斷開(kāi)連接的過(guò)程。

如果是“冷”擴(kuò)展塢/擴(kuò)展塢，則用戶在擴(kuò)展塢/擴(kuò)展塢之前會(huì)完全關(guān)閉計(jì)算機(jī)。相比之下，在“熱”對(duì)接/斷開(kāi)連接的情況下，計(jì)算機(jī)在對(duì)接/斷開(kāi)連接時(shí)仍保持運(yùn)行狀態(tài)。待機(jī)對(duì)接/對(duì)接是某些設(shè)計(jì)中使用的一種中間樣式，它允許計(jì)算機(jī)在開(kāi)機(jī)時(shí)被對(duì)接/對(duì)接，但需要在對(duì)接/對(duì)接之前將其置于睡眠模式。熱擴(kuò)展塢/擴(kuò)展塢正在變得越來(lái)越流行，并且如今已被廣泛使用。

系泊船塢

擴(kuò)展塢的最初想法是將臺(tái)式計(jì)算機(jī)的更大擴(kuò)展功能與便攜式計(jì)算機(jī)的便攜性相結(jié)合。當(dāng)不再需要連接到擴(kuò)展塢的外圍設(shè)備或用戶需要移動(dòng)時(shí)，他們可以將筆記本電腦從擴(kuò)展塢上卸下并攜帶筆記本電腦移動(dòng)。由于同樣的原因，傳統(tǒng)的擴(kuò)展塢并非設(shè)計(jì)為便攜式的。

筆記本電腦用戶通常會(huì)感到沮喪，因?yàn)樗麄兿肷?jí)筆記本電腦，但又不想購(gòu)買另一個(gè)擴(kuò)展塢。使用系留式塢站，這成為可能。

使用系留式擴(kuò)展塢，無(wú)需將筆記本電腦插入機(jī)架中，只需一根USB電纜即可。當(dāng)用戶返回辦公桌時(shí)，他們所需要做的就是將那根USB電纜插入筆記本電腦。然后，筆記本電腦將可以訪問(wèn)廣泛的USB設(shè)備生態(tài)系統(tǒng)，包括全尺寸鍵盤(pán)，垂直鼠標(biāo)，USB外部硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，USB DVD驅(qū)動(dòng)器，USB麥克風(fēng)，USB揚(yáng)聲器，打印機(jī)，掃描儀，USB以太網(wǎng)或Wi-Fi加密狗，USB連接到智能手機(jī)或平板電腦等。用戶甚至可以將分層的擴(kuò)展塢或集線器與在擴(kuò)展擴(kuò)展塢下方連接的另一個(gè)擴(kuò)展塢/集線器相連，以擴(kuò)展端口數(shù)量。

USB Type-C塢站

USB Type-C是新引入的互連標(biāo)準(zhǔn)，功能強(qiáng)大且易于使用和設(shè)計(jì)。它是對(duì)現(xiàn)有USB 3.1互連的增強(qiáng)，可以輕松實(shí)現(xiàn)高達(dá)100 W的低成本功率傳輸。從外形尺寸來(lái)看，USB Type-C連接器結(jié)合了多種較早的USB連接器類型-Micro-B，Type- A和Type-B —僅在高度僅為2.4毫米的可逆連接器中。

USB Type-C：未來(lái)的連接器（來(lái)源：賽普拉斯半導(dǎo)體）

Type-C標(biāo)準(zhǔn)還允許開(kāi)發(fā)人員在一根電纜中組合多個(gè)協(xié)議，包括DisplayPort，PCIe和Thunderbolt。帶寬是USB 3.0的兩倍，通過(guò)SuperSpeed + USB 3.1可以提高到10Gbps。所有這些功能使使用USB的應(yīng)用程序范圍更廣（有關(guān)更多詳細(xì)信息，請(qǐng)參見(jiàn)《USB Type-C視頻簡(jiǎn)介和Type-C基礎(chǔ)》）。

USB Type-C擴(kuò)展塢參考設(shè)計(jì)

典型的擴(kuò)展塢實(shí)現(xiàn)可實(shí)現(xiàn)上游端口上的USB Type-C主機(jī)系統(tǒng)與下游端口上的多個(gè)顯示/數(shù)據(jù)設(shè)備之間的連接。擴(kuò)展塢通常在上游端口上具有USB Type-C插座，以支持?jǐn)?shù)據(jù)，電源和顯示。在下游端口上，擴(kuò)展塢可以支持多個(gè)接口，包括：

• USB 3.0 Type-C（顯示+電源+數(shù)據(jù)）
• USB 3.0 Type-A
• USB 2.0 A型
• HDMI接口
• 千兆以太網(wǎng)

USB Type-C擴(kuò)展塢設(shè)計(jì)可以由外部DC電源適配器供電（即自供電），也可以由Type-C（PD）主機(jī)供電（即總線供電）。下圖顯示了典型的USB Type-C擴(kuò)展塢設(shè)計(jì)的框圖。

USB Type-C / PD擴(kuò)展塢參考設(shè)計(jì)（來(lái)源：賽普拉斯半導(dǎo)體）

擴(kuò)展塢使用外部直流電源適配器為擴(kuò)展塢及其外圍設(shè)備供電。它具有一個(gè)Type-C上游端口（可充當(dāng)電源或接收器的雙重角色端口），該端口連接到Type-C筆記本電腦或平板電腦。在下游，它支持各種端口，包括：

• C型（僅源端口）DFP（面向下游的端口）
• 顯示端口
• HDMI端口
• 多個(gè)USB 3.0端口
• 多個(gè)USB 2.0端口
• 以太網(wǎng)（RJ45）接口
• 音頻接口

C型/ PD控制器有助于為每個(gè)C型端口（上游或下游）建立正確的供電合同。依次控制適當(dāng)?shù)?a target="_blank">電源管理IC。USB Type-C規(guī)范還允許開(kāi)發(fā)人員將DisplayPort（DP）與USB Superspeed（SS）信號(hào)結(jié)合在一起。Superspeed MUX在Type-C / PD控制器的控制下路由適當(dāng)?shù)男盘?hào)（SS或DP）。DisplayPort到HDMI轉(zhuǎn)換器對(duì)于將DisplayPort信號(hào)轉(zhuǎn)換為HDMI信號(hào)至關(guān)重要。DisplayPort分配器或開(kāi)關(guān)可用于啟用多個(gè)視頻接口，例如HDMI / VGA和DisplayPort。要擴(kuò)展USB端口，可以在Superspeed集線器下部署更多分層的集線器。

下圖顯示了基于賽普拉斯EZ-PD擴(kuò)展塢的擴(kuò)展塢參考設(shè)計(jì)的框圖。詳細(xì)的參考設(shè)計(jì)通常包括完整的BOM表，原理圖文件和軟件開(kāi)發(fā)套件（SDK），以加快設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)周期。

基于賽普拉斯EZ-PD擴(kuò)展塢的詳細(xì)擴(kuò)展塢參考設(shè)計(jì)（來(lái)源：賽普拉斯半導(dǎo)體）

這種設(shè)計(jì)反映了一個(gè)自供電的擴(kuò)展塢，該擴(kuò)展塢能夠?yàn)樯嫌魏拖掠味丝诠╇姡瑫r(shí)還提供顯示和USB功能。它包含以下端口，這在典型的C型擴(kuò)展塢設(shè)計(jì)中可能是預(yù)期的：

• 上游Type-C端口能夠?yàn)镠DMI提供電源，USB 3.1 Gen 1（5 Gbps）數(shù)據(jù)接收器和DisplayPort接收器功能
• 下游Type-C端口能夠提供電源USB 3.1 Gen 1（5 Gbps）數(shù)據(jù)源和DisplayPort源功能
• HDMI端口用于顯示輸出
• 三個(gè)USB 3.0舊式Type-A連接器
• 兩個(gè)USB高速下行端口（舊式A型連接器）
• RJ45端口提供以太網(wǎng)連接

芯片間通信

在典型的Type-C PD塢站設(shè)計(jì)中，Type-C PD端口控制器實(shí)現(xiàn)了Power Delivery（PD）規(guī)范，并且還基于PD協(xié)議控制電源管理控制器（PMIC）和Superspeed Mux。上面描述的參考設(shè)計(jì)中的Type-C PD端口控制器還提供完整的USB Type-C和USB供電以及顯示端口備用模式支持。它使用I2C作為芯片間通信協(xié)議，并且Type-C PD端口控制器充當(dāng)與PMIC和MUX進(jìn)行通信的I2C主設(shè)備。

I2C主控制（來(lái)源：賽普拉斯半導(dǎo)體）

現(xiàn)場(chǎng)固件升級(jí)

由于USB Type-C / PD規(guī)范的不斷發(fā)展的性質(zhì)（以及便于進(jìn)行錯(cuò)誤修復(fù)），支持一種用戶友好的方式來(lái)升級(jí)現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)擴(kuò)展塢組件的固件（即在系統(tǒng)安裝完成后）是至關(guān)重要的。已發(fā)貨）。由于通常會(huì)有來(lái)自不同供應(yīng)商的多個(gè)擴(kuò)展塢組件，因此支持的固件升級(jí)方法將有所不同。必須以不同的方式升級(jí)幾個(gè)芯片的固件將給用戶帶來(lái)極大的不便和沮喪，并可能導(dǎo)致不良的產(chǎn)品退貨。

塢站制造商正在通過(guò)簡(jiǎn)化固件升級(jí)來(lái)解決固件升級(jí)問(wèn)題，只需單擊或點(diǎn)擊即可。這種簡(jiǎn)單性帶來(lái)了自身的風(fēng)險(xiǎn)和漏洞。固件升級(jí)的安全保護(hù)是一個(gè)常見(jiàn)的研究課題，并且由于嵌入式系統(tǒng)的連接性不斷提高，其重要性也越來(lái)越重要。

編輯：hfy