世平代理之安森美半導體推出靈活、小巧、低功耗的USB Type-C方案加速系統設計::大聯大控股

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世平代理之安森美半導體推出靈活、小巧、低功耗的USB Type-C方案加速系統設計

 2018-05-09

隨著技術的演進和人們對充電功率和資料傳輸速率的需求不斷提高,USB Type-C應運而生。USB Type-C是下一代USB連接器、埠和電纜的標準,支援雙向電源和正反逆插,提供更高的充電功率和更高的資料傳輸速率,為使用者帶來更高的性能和更多的便利,也為設計人員和製造商提供簡潔性,將越來越廣泛地用於智慧手機、平板電腦、擴展塢、適配器等終端設備。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和93%的筆記型電腦將含USB Type C互聯。

針對這最新的市場趨勢,安森美半導體為市場提供完整的Type-C和USB-PD方案,包括USB Type-C和USB-PD控制器、超高速開關、埠保護方案、轉接驅動器等。這些方案支持雙角色埠 (DRP)、下行埠 (DFP) 和上行埠 (UFP),具有業界更低功耗、更小尺寸(比基於MCU的方案小達95%),提供更簡化和靈活的優勢。

                                                                               

                                                         

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傳送速率為1.5 Mbps。然後2000年推出的USB 2.0傳送速率提高到480Mbps,提供最大2.5 W (0.5 A,5 V)的功率,隨後USB 3.0的資料傳輸速度提高到5Gbps,最大功率提高至4.5 W (0.9 A,5 V)。而最新的第二代USB 3.1將資料傳輸速度提升至10Gbps。

USB Type-C是新型的連接器。USB標準的原始設計是USB Type A,為扁平的矩形。Type A埠大多用於主機設備,如臺式電腦、筆記型電腦、遊戲機和媒體播放機。USB micro B連接器較小,主要見於週邊設備。現在行業標準正在向USB Type-C發展,支援USB 3.1和USB-PD,提供單個連接器/電纜,免去多個電纜和連接器的麻煩。USB Type-C埠最大功率可達15 W (3 A,5 V)。對於USB 3.1,若採用支持USB-PD的Type-C連接器,最高功率可達100 W (5 A,20 V)。

  

                                      

 

USB Type-C主要應用

在智慧手機、平板電腦等應用中,USB Type-C主要作為充電介面和用於超高速資料的傳輸,當用作充電介面時,支援USB-PD和快充,通常僅一個插槽。安森美半導體針對此類應用的Type-C及USB-PD產品主要有支援PD的可程式設計的Type-C 控制器FUSB302B、符合USB 3.1 Gen-II的Type-C超高速開關FUSB340 、支持TCPC的Type-C PD埠控制器FUSB307B、Type-C或USB2.0 D+/D-高速埠保護開關FSUSB242等。

在用於電腦時,USB Type-C實現多個雙角色埠和用於超高速資料的傳輸,並用作寬範圍的電源輸入/輸出埠,安森美半導體用於電腦的Type-C產品主要有FUSB340 、FUSB307B、FUSB252等。

對於AC-DC適配器,行業設計正帶動增加的功率密度,需要支援可程式設計(PPS)。安森美半導體主要提供准諧振PWM控制器FAN604,PD controller FAN6390,該晶片集成附邊SR控制,內部為狀態機設計,支援PPS且無需外置MCU,具有極高的成本優勢,同時提供具有具有SRC預設狀態的100W USB Type-C 可程式設計的控制器FUSB302BT。

如何降低USB 3.x的插入損耗

在支持USB 3.x的Type-C環境中可實現超高速資料傳輸,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,如圖像感測器、汽車資訊娛樂系統、平板電腦、遊戲系統、手機、虛擬實境(VR)設備、有源電纜、印表機/掃描器、高清顯示器、基座/集線器等。

電纜插入損耗可能會因不同的供應商、電纜量規、類型而有所不同,而介面對電纜損耗性能有很大影響。FR4損耗因線長、所採用的介質和佈線而有所不同。但電纜和FR4的損耗都取決於採用的資料速率。例如,9英寸FR4以5 Gbps傳輸時約有3.9 db 損耗,但以10 Gbps傳輸時有 6.9 db損耗。如果用24英寸FR4以5 Gbps傳輸時的損耗從3.9 db增至9.6 db,以10 Gbps傳輸時的損耗從6.9 db增至16.8 db。因此,這增加了的插入損耗,需要轉接驅動器。

第1代和第2代USB 3.1能提供更高的資料速率,但會帶來在USB有源電纜設計中減輕信號完整性損失的挑戰。有源電纜的長度和性能將推動對轉接驅動器和高品質互聯的需要,必須識別其速度能力,且尺寸和低功耗是關鍵。

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真影響傳輸,還有助於符合USB3.x眼圖高度和總抖動規範。

安森美半導體的單通道轉接驅動器如NB7NPQ701M、NB7VPQ701M和雙通道轉接驅動器NB7NPQ702M、NB7VPQ702M支援USB 3.1應用,同時支援第一代USB 3.1 (5Gbps) 和第二代USB 3.1 (10Gbps)資料率,擴展信號距離達36英寸FR4 或 5m電纜@ 5Gbps、達10英寸FR4 @ 10Gbps。其單通道轉接驅動器與同類器件相比,眼高增加20%,抖動降低20%。

10Gbps USB3.1超高速開關

FUSB340是10Gbps USB3.1超高速開關,典型頻寬達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1 uA,在2.5GHz時的插入損耗僅-1 dB,採用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、筆記型電腦、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具有更寬的電源電壓範圍、更快的資料速率、更高的頻寬、低插入損耗、更低的差分插入損耗(-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40%)和更薄高度。

USB 3.1 Type C連接器保護方案

在保護方面,安森美半導體採用兩個ESD8704器件保護超高速線路,8個ESD7471保護低速和輔助線路。ESD8704具有超低電容、低ESD鉗位元電壓,接觸及空氣放電± 30 kV,滿足IEC61000-4-2 Level 4,採用2.5 x 1.0mm µDFN封裝。而ESD7471提供雙向瞬態電壓抑制,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。

 

總結

安森美半導體提供靈活和易於集成的USB Type-C和USB-PD控制器方案支援最新的USB Type-C標準,易於設置和配置,支援固件/提供驅動器用於通用嵌入式控制平臺,功耗僅為競爭方案的1/20,尺寸減少達95%,並針對USB3.x的超高速應用,提供轉接驅動器、超高速開關和保護方案等全系列方,這些都是USB3.x設計人員的福音,此外,安森美半導體的USB解決方案網頁也使用戶輕鬆獲得關鍵應用的優化方案,加速他們的系統設計。