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【技術(shù)帖】Type-C端口默默付出的Switch器件

01/10 09:36
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自Type-C接口問世以來,便因其緊湊的外形、支持雙向插入以及廣泛的協(xié)議兼容性等眾多優(yōu)點,贏得了設(shè)備制造商與終端用戶的廣泛青睞。

智能手機為例,許多用戶恐怕仍對Micro-B接口帶來的不便記憶猶新:睡前在黑暗中摸索著充電器為手機充電,結(jié)果因為Micro-B接口正反形狀不同,多次嘗試才能順利連接,這樣的情況是任何人都不愿再經(jīng)歷的。

Type-C接口的到來解除了大家的困擾。通過CC引腳技術(shù),Type-C接口實現(xiàn)了正反插識別的功能,24個對稱觸點不僅極大提升了USB通信速度至驚人的40Gbps水平,更通過引入隧道協(xié)議這一創(chuàng)新機制,成功地將PCIe、USB3.0及DisplayPort等一系列重要標準納入麾下,甚至有將Type-A、HDMI、PCIe乃至DisplayPort等多種接口統(tǒng)一整合的趨勢。這不僅是技術(shù)進步的體現(xiàn),更是用戶體驗優(yōu)化的一大飛躍,標志著數(shù)字生活向著更加便捷高效的方向邁進了一大步。

在真實的應(yīng)用場景中,很多Pin腳需要分時復(fù)用為特定的功能,需要引入Switch開關(guān)類產(chǎn)品來配合使用。其中以下兩類Switch產(chǎn)品最為常見:

1USB2.0 Switch

圖3 AW357xx原理圖

時至今日,各類基于DPDM通道的快充協(xié)議越來越豐富,USB2.0 Switch開關(guān)常用于解決快充協(xié)議芯片和AP端共用DPDM通道的情況,通過加入分時復(fù)用的功能,解決了通道競爭問題。

但Switch芯片的功能不止于此,它直連端口pin腳,還肩負著將外部浪涌和ESD等危險能量“拒之門外”的責(zé)任,為了整個系統(tǒng)安全“操碎了心”。由于USB接口的設(shè)計原因,DPDM線與VBUS相鄰設(shè)計,容易因為抖動、水汽等導(dǎo)致的設(shè)備口內(nèi)部短路情況,在快充的情況下高壓的VBUS會對D+/D-內(nèi)部的低壓器件造成威脅。

圖4 USB接口典型應(yīng)用示意圖與Type-C接口典型應(yīng)用示意圖

艾為電子AW357XX系列USB2.0開關(guān)+OVP保護系列產(chǎn)品,直流耐壓支持24V,浪涌電壓支持35V并有QFN、CSP等多封裝形式。

表1 艾為USB2.0 Switch產(chǎn)品選型表

2?USB3.1 Switch

在信息以指數(shù)級膨脹的今天,USB2.0協(xié)議的速度早已無法滿足廣大用戶對信息汲取的需求,USB2.0協(xié)議開始往3.0及更高速率演進。由于USB-IF協(xié)會多次更名USB3.0以上協(xié)議命名規(guī)范,故這里將目前最新命名規(guī)范及各協(xié)議版本速率和對物理端口占用情況表述如下。

表2 命名規(guī)范及各協(xié)議版本速率和對物理端口占用情況

通過上表所示高速數(shù)據(jù)傳輸物理引進關(guān)系,可以看出當一個僅支持USB3.1或USB3.2 Gen2×1的設(shè)備插入TypeC接口后,往往需要根據(jù)CC引腳指示的正反插信息來將其與USB Host控制器建立正確的物理連接通路,如下圖示。

圖5 AW3571X原理圖
表3 AW3571X產(chǎn)品選型表

此外,USB3.x的Switch往往還肩負著將高速通道根據(jù)具體的應(yīng)用場景分時復(fù)用的責(zé)任,比如在一些CPE設(shè)備中,往往需要使用Switch來切USXGMII信號。

圖6 USXGMII信號切換典型應(yīng)用示意圖

相信通過上述具體應(yīng)用舉例,各位不但認識到了藏在TypeC端口幕后的Switch類器件,同時對其如何使用也有了一定的認知。艾為電子深耕端口領(lǐng)域多年,為各種場景研發(fā)推出極為豐富的選型配置,歡迎垂詢。

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上海艾為電子技術(shù)股份有限公司創(chuàng)立于2008年6月,專注于高性能數(shù)模混合信號、電源管理、信號鏈等IC設(shè)計,于2021年8月, 在上海證券交易所科創(chuàng)板成功上市,股票代碼為688798。艾為電子累計擁有42種產(chǎn)品子類、產(chǎn)品型號總計超1300余款,產(chǎn)品的性能和品質(zhì)已達到業(yè)內(nèi)領(lǐng)先水平。公司產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于消費電子、工業(yè)互聯(lián)、汽車等市場領(lǐng)域。

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