安森美半導(dǎo)體靈活、小巧、低功耗的USB Type

2018年01月19日14:01 來源：互聯(lián)網(wǎng)T|T

【移動通信網(wǎng)】隨著技術(shù)的演進和人們對充電功率和數(shù)據(jù)傳輸速率的需求不斷提高，USB Type-C應(yīng)運而生。USB Type-C是下一代USB連接器、端口和電纜的標準，支持雙向電源和正反逆插，提供更高的充電功率和更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，為用戶帶來更高的性能和更多的便利，也為設(shè)計人員和制造商提供簡潔性，將越來越廣泛地用于智能手機、平板電腦、擴展塢、適配器等終端設(shè)備。IHS預(yù)計2019年基于USB Type-C的設(shè)備出貨量將超過20億，為40%的USB總市場容量(TAM)。據(jù)ABI Research，到2020年約一半的智能手機和93%的筆記本電腦將含USB Type C互聯(lián)。

針對這最新的市場趨勢，安森美半導(dǎo)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(guān)、端口保護方案、轉(zhuǎn)接驅(qū)動器等。這些方案支持雙角色端口(DRP)、下行端口(DFP)和上行端口(UFP)，具有業(yè)界更低功耗、更小尺寸(比基于MCU的方案小達95%)，提供更簡化和靈活的優(yōu)勢。

圖1：安森美半導(dǎo)體的主要Type-C和PD產(chǎn)品

USB標準及連接器的演進

USB的出現(xiàn)可遠追溯到1996年，當時推出的USB1.0傳輸速度為1.5Mbps。然后2000年推出的USB2.0傳輸速度提高到480Mbps，提供最大2.5W(0.5A，5V)的功率，隨后USB3.0的數(shù)據(jù)傳輸速度提高到5Gbps，最大功率提高至4.5W(0.9A，5V)。而最新的第二代USB3.1將數(shù)據(jù)傳輸速度提升至10Gbps。

USBType-C是新型的連接器。USB標準的原始設(shè)計是USB Type A，為扁平的矩形。Type A端口大多用于主機設(shè)備，如臺式電腦、筆記本電腦、游戲機和媒體播放器。USB microB連接器較小，主要見于外圍設(shè)備�，F(xiàn)在行業(yè)標準正在向USB Type-C發(fā)展，支持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端口最大功率可達15W(3A，5V)。對于USB3.1，若采用支持USB-PD的Type-C連接器，最高功率可達100W(5A，20V)。

圖2：隨著技術(shù)的演進，功率快速增長

USB Type-C主要應(yīng)用

在智能手機、平板電腦等應(yīng)用中，USB Type-C主要作為充電接口和用于超高速數(shù)據(jù)的傳輸，當用作充電接口時，支持USB-PD和快充，通常僅一個插槽。安森美半導(dǎo)體針對此類應(yīng)用的Type-C及USB-PD產(chǎn)品主要有支持PD的可編程的Type-C控制器FUSB302B、符合USB 3.1 Gen-II的Type-C超高速開關(guān)FUSB340、支持TCPC的Type-CPD端口控制器FUSB307B、Type-C或USB 2.0 D+/D-高速端口保護開關(guān)FSUSB242等。

在用于計算機時，USBType-C實現(xiàn)多個雙角色端口和用于超高速數(shù)據(jù)的傳輸，并用作寬范圍的電源輸入/輸出端口，安森美半導(dǎo)體用于計算機的Type-C產(chǎn)品主要有FUSB340、FUSB307B、FUSB252等。

對于AC-DC適配器，行業(yè)設(shè)計正帶動增加的功率密度，需要支持可編程(PPS)。安森美半導(dǎo)體主要提供準諧振PWM控制器FAN604和具有SRC默認狀態(tài)的100W USB Type-C可編程的控制器FUSB302BT。

如何降低USB 3.x的插入損耗

在支持USB 3.x的Type-C環(huán)境中可實現(xiàn)超高速數(shù)據(jù)傳輸，在這環(huán)境下的大多數(shù)應(yīng)用都需要一個轉(zhuǎn)接驅(qū)動器來減小插入損耗，如圖像傳感器、汽車信息娛樂系統(tǒng)、平板電腦、游戲系統(tǒng)、手機、虛擬實境(VR)設(shè)備、有源電纜、打印機/掃描儀、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(yīng)商、電纜量規(guī)、類型而有所不同，而接口對電纜損耗性能有很大影響。FR4損耗因線長、所采用的介質(zhì)和布線而有所不同。但電纜和FR4的損耗都取決于采用的數(shù)據(jù)速率。例如，9英寸FR4以5Gbps傳輸時約有3.9db損耗，但以10Gbps傳輸時有6.9db損耗。如果用24英寸FR4以5Gbps傳輸時的損耗從3.9db增至9.6db，以10Gbps傳輸時的損耗從6.9db增至16.8db。因此，這增加了的插入損耗，需要轉(zhuǎn)接驅(qū)動器。

第1代和第2代USB3.1能提供更高的數(shù)據(jù)速率，但會帶來在USB有源電纜設(shè)計中減輕信號完整性損失的挑戰(zhàn)。有源電纜的長度和性能將推動對轉(zhuǎn)接驅(qū)動器和高質(zhì)量互聯(lián)的需要，必須識別其速度能力，且尺寸和低功耗是關(guān)鍵。

性能出色的轉(zhuǎn)接驅(qū)動器可減少碼間串擾，避免因不想要的信號失真影響傳輸，還有助于符合USB3.x眼圖高度和總抖動規(guī)范。

安森美半導(dǎo)體的單通道轉(zhuǎn)接驅(qū)動器如NB7NPQ701M、NB7VPQ701M和雙通道轉(zhuǎn)接驅(qū)動器NB7NPQ702M、NB7VPQ702M支持USB3.1應(yīng)用，同時支持第一代USB3.1(5Gbps)和第二代USB3.1(10Gbps)數(shù)據(jù)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(zhuǎn)接驅(qū)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(guān)

FUSB340是10GbpsUSB3.1超高速開關(guān)，典型帶寬達10GHz，具有1.5V至5V的寬VDD范圍，提供2KVHBMESD保護，符合Jedec標準，有源功耗低于12uA，關(guān)斷功耗低于1uA，在2.5GHz時的插入損耗僅-1dB，采用18引腳的TMLP小型封裝(2.0mmx2.8mmx0.4mm)，是適用于手機、平板電腦、筆記本電腦、超便攜應(yīng)用所需的可正反逆插的Type-CUSB3.1連接器的小型分立方案。

與競爭方案相比，F(xiàn)USB340具有更寬的電源電壓范圍、更快的數(shù)據(jù)速率、更高的帶寬、低插入損耗、更低的差分插入損耗(-28dB)、更低的差分串擾(-44dB)、更低的ICC關(guān)斷值(1uA)和ICC有源值(0.03mA)、更少引腳數(shù)、更小封裝(比競爭方案至少小40%)和更薄高度。

USB 3.1 TypeC連接器保護方案

在保護方面，安森美半導(dǎo)體采用兩個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鉗位電壓，接觸及空氣放電±30kV，滿足IEC61000-4-2Level4，采用2.5x1.0mmuDFN封裝。而ESD7471提供雙向瞬態(tài)電壓抑制，接觸及空氣放電±20kV，滿足IEC61000-4-2Level4，具有1.0x0.6mm2的小外形。

總結(jié)

安森美半導(dǎo)體提供靈活和易于集成的USBType-C和USB-PD控制器方案支持最新的USBType-C標準，易于設(shè)置和配置，支持固件/提供驅(qū)動器用于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%，并針對USB3.x的超高速應(yīng)用，提供轉(zhuǎn)接驅(qū)動器、超高速開關(guān)和保護方案等全系列方，這些都是USB3.x設(shè)計人員的福音，此外，安森美半導(dǎo)體的USB解決方案網(wǎng)頁也使用戶輕松獲得關(guān)鍵應(yīng)用的優(yōu)化方案，加速他們的系統(tǒng)設(shè)計。