CN108984454B - 一种基于type-c协议的主从机角色集成接口电路及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于TYPE‑C协议的主从机角色集成接口电路及检测方法，将主机和从机集成于一体，通过控制信号在主机状态和从机状态之间自由切换，提高了芯片的灵活性，使之适应于TYPE‑C使用的各种场合，同时由于主机和从机角色复用了芯片中的大部分电路，大大降低了芯片的成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于TYPE-C协议的主从机角色集成接口电路及检测方法，属于TYPE-C接口技术领域。
背景技术
目前手机制造商基本上已经分为苹果阵营和安卓阵营，苹果从iPhone5开始，以后推出的手机全面采用面积更小、数据传输速度更高及正反可插的Lightning接口，甚至在推出的macbook上也采用了TYPE-C接口，而安卓阵营由于制造商分散和转换成本的原因，一直使用的传统的MICRO USB数据接口，直到现在才慢慢向TYPE-C转变。TYPE-C相较于传统的MICRO USB接口，无论在数据传输速度还是在充电效率方面，都拥有压倒性的优势，目前手机生产商推出的新机型，基本上已经采用TYPE-C接口。
按照TYPE-C规范小组对该协议的定义，TYPE-C应用分为主机和从机，细分一点来说，主机又分为数据主机和电源主机，数据主机主导通讯，电源主机主导充电。最新的 USB标准中定义的“上行数据流埠（Upstream-Facing Port, UFP，称之为从机）”和“下行数据流埠（Downstream-Facing Port, DFP，称之为主机）”，USB Type-C 规范还定义了“双向用途埠（Dual Role Port, DRP）”。这种新型的 USB 数据端口能够作为 DFP 或 UFP 两者中任一个进行工作。DRP 可被永久地配置为 DFP 或 UFP，也使用 FPGA 技术实现灵活的 USBType-C 接口控制能在这两种端口间动态切换。也就是说，在硬件的支持下，TYPE-C协议支持主从机的角色互换，即数据和电源的发送方可以变为接收方，这无疑会极大提升设备的灵活性。
TYPC-C接口由双排24个pin组成，在插头中呈对称分布，可实现“正常”或“反向”的插拔。对于用户使用来说很方便，但是仅有一部分的连接是“对称”的，即TYPE-C连接是无需考虑方向的。
Type-C接口的对称连接包含：D+/D-：当USB3.0接口不可用时，这些引脚为 USB2.0信号提供信号信道，即TYPE-C协议向下兼容MICRO USB协议；Vbus/GND：这些引脚能够为上行数据接口提供高达 100W 的供电能力，或者在一些情况下支持点对点供电；剩余的连接是“非对称”的，也就是说在连接器插入方向错误时这些连接无法正常工作，除非这些端口在电气或逻辑方面做了修正。
USB Type-C 的非对称连接包含：Tx1/2 Rx1/2：提供最多2通道的超速数据链路，实现双向高达 20Gbps 的带宽；CC1/CC2：配置信道信号用于连接的发现、配置和管理。它们中仅一个信号用作配置信道，另一个在上行数据流端口中用于为 USB 逻辑供电，本发明所针对的电路就是CC1和CC2；SBU1 & 2：边带使用（Side Band Use）信号适用于传输非 USB信号，它们用于模拟音频（Analog Audio）模式，也可用于可选（Alternate）模式。
传统的MICRO USB接口由5个pin组成：地线GND、检测ID、数据正D+、数据负D-、电源VCC。通过ID端口的电位高低判断设备处于主机或者从机角色，如果设备处于主机状态，则ID端口接地，设备处于从机状态，ID端口接高电位。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于TYPE-C协议的主从机角色集成接口电路，将主机和从机集成于一体，通过控制信号进行设备角色切换，提高了芯片的灵活性，大大降低了芯片的成本。
本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种基于TYPE-C协议的主从机角色集成接口电路，设置于载体电子装置上，用于插拔式对接外接设备，包括第一可调电阻Rp1、第二可调电阻Rp2、第一固定电阻Rd1、第二固定电阻Rd2、以及第一传输门开关K1～第八传输门开关K8；
其中，第一可调电阻Rp1的P端对接载体电子装置的芯片工作电压VCC，第一可调电阻Rp1的N端对接第一传输门开关K1的P端；第二可调电阻Rp2的P端对接载体电子装置的芯片工作电压VCC，第二可调电阻Rp2的N端对接第三传输门开关K3的P端；第一固定电阻Rd1的P端接地，第一固定电阻Rd1的N端对接第二传输门开关K2的P端；第二固定电阻Rd2的P端接地，第二固定电阻Rd2的N端对接第四传输门开关K4的P端；
第一传输门开关K1的N端与第二传输门开关K2的N端相连接，且该相连位置与第六传输门开关K6的P端相对接；第五传输门开关K5的N端与第六传输门开关K6的N端相连接，且该相连位置与第一输出端口CC1相对接；第三传输门开关K3的N端与第四传输门开关K4的N端相连接，且该相连位置与第八传输门开关K8的P端相对接；第七传输门开关K7的N端与第八传输门开关K8的N端相连接，且该相连位置与第二输出端口CC2相对接；第五传输门开关K5的P端与第七传输门开关K7的P端相连接，且该相连位置与载体电子装置的芯片输出电压VCON相对接；
第一输出端口CC1、第二输出端口CC2分别用于插拔式对接外接设备。
作为本发明的一种优选技术方案：所述第一可调电阻Rp1的阻值、第二可调电阻Rp2的阻值，均为在10K欧姆、22K欧姆和56K欧姆之间切换。
作为本发明的一种优选技术方案：所述第一固定电阻Rd1的阻值、第二固定电阻Rd2的阻值，均为1K欧姆，且误差为10%。
与上述相对应，本发明还要解决的技术问题是提供一种针对基于TYPE-C协议的主从机角色集成接口电路的检测方法，将主机和从机集成于一体，通过控制信号进行设备角色切换，提高了芯片的灵活性，大大降低了芯片的成本。
本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种针对基于TYPE-C协议的主从机角色集成接口电路的检测方法，用于针对所对接外接设备的角色进行判定，包括如下步骤：
步骤A. 控制第五传输门开关K5、第七传输门开关K7断开，以及控制第六传输门开关K6、第八传输门开关K8导通，然后进入步骤B；
步骤B. 将第一传输门开关K1、第三传输门开关K3构成开关组合，以及将第二传输门开关K2、第四传输门开关K4构成开关组合，控制该两组开关组合彼此间隔预设时长、交替择一选择其中一组开关组合中的两个传输门开关导通，即针对第一可调电阻Rp1、第二可调电阻Rp2组合，第一固定电阻Rd1、第二固定电阻Rd2组合，两组合中择一控制组合中的两电阻分别对接第一输出端口CC1、第二输出端口CC2；然后进入步骤C；
步骤C. 若第一可调电阻Rp1、第二可调电阻Rp2分别对接第一输出端口CC1、第二输出端口CC2，则判定所对接外接设备为从机角色；
若第一固定电阻Rd1、第二固定电阻Rd2分别对接第一输出端口CC1、第二输出端口CC2，则判定所对接外接设备为主机角色。
作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤B中的预设时长为100毫秒。
本发明所述一种基于TYPE-C协议的主从机角色集成接口电路及检测方法，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明所设计一种基于TYPE-C协议的主从机角色集成接口电路及检测方法，将主机和从机集成于一体，通过控制信号在主机状态和从机状态之间自由切换，提高了芯片的灵活性，使之适应于TYPE-C使用的各种场合，同时由于主机和从机角色复用了芯片中的大部分电路，大大降低了芯片的成本。
附图说明
图1是本发明设计基于TYPE-C协议的主从机角色集成接口电路的示意图；
图2是基于本发明设计的主机和从机相连简化示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
根据最新的TYPE-C协议，主从机角色集成于一体的设备称之为DRP，DRP可以永久配置为主机，或者永久配置为从机，还可以在FPGA的控制下，在主从机之间自主灵活切换。本发明针对FPGA控制下的硬件实现，通过改变与CC相接的电阻大小改变CC端口的电压，进而向通讯的另外一方声明自己的身份角色。
具体来说，在主机DFP的CC pin有上拉电阻Rp，在从机UFP有下拉电阻Rd。未连接时，DFP的VBUS是无输出的。连接后，主从机的CC相连，DFP的CC会检测到UFP的下拉电阻Rd，说明连接上了，DFP就打开Vbus电源开关，输出电源给UFP。而哪个CC pin（CC1，CC2）检测到下拉电阻就确定接口插入的方向，顺便切换RX/TX。
本发明设计了一种基于TYPE-C协议的主从机角色集成接口电路，设置于载体电子装置上，用于插拔式对接外接设备，如图1所示，包括第一可调电阻Rp1、第二可调电阻Rp2、第一固定电阻Rd1、第二固定电阻Rd2、以及第一传输门开关K1～第八传输门开关K8。
其中，第一可调电阻Rp1的P端对接载体电子装置的芯片工作电压VCC，第一可调电阻Rp1的N端对接第一传输门开关K1的P端；第二可调电阻Rp2的P端对接载体电子装置的芯片工作电压VCC，第二可调电阻Rp2的N端对接第三传输门开关K3的P端；第一固定电阻Rd1的P端接地，第一固定电阻Rd1的N端对接第二传输门开关K2的P端；第二固定电阻Rd2的P端接地，第二固定电阻Rd2的N端对接第四传输门开关K4的P端。
实际应用中，根据TYPE-C协议，针对第一可调电阻Rp1、第二可调电阻Rp2，均设计采用为在10K欧姆、22K欧姆和56K欧姆之间切换的可调电阻；针对第一固定电阻Rd1、第二固定电阻Rd2，均设计采用为1K欧姆，且误差为10%的固定电阻；如此，实际应用中，在两个控制信号的控制下，可在四个阻值之间进行选择，即可调电阻的阻值可在10K欧姆、22K欧姆、56K欧姆之间切换，另外一组电阻值保留，分别对应3A、1.5A和0.9A三种电流传输模式。
第一传输门开关K1的N端与第二传输门开关K2的N端相连接，且该相连位置与第六传输门开关K6的P端相对接；第五传输门开关K5的N端与第六传输门开关K6的N端相连接，且该相连位置与第一输出端口CC1相对接；第三传输门开关K3的N端与第四传输门开关K4的N端相连接，且该相连位置与第八传输门开关K8的P端相对接；第七传输门开关K7的N端与第八传输门开关K8的N端相连接，且该相连位置与第二输出端口CC2相对接；第五传输门开关K5的P端与第七传输门开关K7的P端相连接，且该相连位置与载体电子装置的芯片输出电压VCON相对接。
第一输出端口CC1、第二输出端口CC2分别用于插拔式对接外接设备。
对于上述所设计基于TYPE-C协议的主从机角色集成接口电路，本发明进一步设计了针对此设计电路的检测方法，用于针对所对接外接设备的角色进行判定，包括如下步骤：
步骤A. 控制第五传输门开关K5、第七传输门开关K7断开，以及控制第六传输门开关K6、第八传输门开关K8导通，然后进入步骤B。
步骤B. 将第一传输门开关K1、第三传输门开关K3构成开关组合，以及将第二传输门开关K2、第四传输门开关K4构成开关组合，控制该两组开关组合彼此间隔预设时长、交替择一选择其中一组开关组合中的两个传输门开关导通，此处实际应用中，预设时长为100毫秒。
基于上述对两组开关组合的控制，即针对第一可调电阻Rp1、第二可调电阻Rp2组合，第一固定电阻Rd1、第二固定电阻Rd2组合，两组合中择一控制组合中的两电阻分别对接第一输出端口CC1、第二输出端口CC2；然后进入步骤C。
步骤C. 若第一可调电阻Rp1、第二可调电阻Rp2分别对接第一输出端口CC1、第二输出端口CC2，则判定所对接外接设备为从机角色。
若第一固定电阻Rd1、第二固定电阻Rd2分别对接第一输出端口CC1、第二输出端口CC2，则判定所对接外接设备为主机角色。
对于上述所设计的检测方法，如果某一时刻，相连的两设备同时处于同一状态，此时CC端处于相同的电位，两设备的相连和断开不会影响CC端的电压，此时系统检测不到连接。
实际应用中，对于固定电阻，可以选择5.1k欧姆的电阻，可调电阻的阻值不确定，根据USB Type-C的电流模式，针对可调电阻设置不同的阻值，可调电阻的阻值不一样，CCpin检测到的电压就不一样，然后来控制DFP端执行哪种供电模式。
如图2所示，其中Rp1、Rp2为可调电阻，Rd1、Rd2为固定电阻，Ra为线缆等效电阻，VCC接5V电压。当两个DRP设备相连时，假设某一段时间在控制信号的控制下， Rp1和Rp2经过K1、K6和K3、K8与CC1和CC2相接，即该设备处于主机状态，由于TYPE-C接口的物理定义上只有一个CC线缆，此时CC1和CC2当中只有一个CC pin和另外一个设备的CC pin相接。在该设备处于主机状态期间，如果与之相连的设备在控制信号的作用下发生了主机向从机的切换，此时在CC端会发生电压波动，主机系统会根据电压的变化判断从机设备接入，同时从机设备也从CC端的电压大小判断主机是以多大的电流供电。例如主机DFP的VCC为5V，提供3A的电流输出能力，那么它可以在CC pin上供5V/(10K+5.1K)约为330uA的电流，在从机UFP端的CC pin上就会得到330uAx5.1k=1.683V，UFP就可以判断DFP提供3A的供电电流。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (4)
1.一种基于TYPE-C协议的主从机角色集成接口电路的控制方法，其特征在于：主从机角色集成接口电路设置于载体电子装置上，用于插拔式对接外接设备，包括第一可调电阻Rp1、第二可调电阻Rp2、第一固定电阻Rd1、第二固定电阻Rd2、以及第一传输门开关K1～第八传输门开关K8；
其中，第一可调电阻Rp1的P端对接载体电子装置的芯片工作电压VCC，第一可调电阻Rp1的N端对接第一传输门开关K1的P端；第二可调电阻Rp2的P端对接载体电子装置的芯片工作电压VCC，第二可调电阻Rp2的N端对接第三传输门开关K3的P端；第一固定电阻Rd1的P端接地，第一固定电阻Rd1的N端对接第二传输门开关K2的P端；第二固定电阻Rd2的P端接地，第二固定电阻Rd2的N端对接第四传输门开关K4的P端；
第一传输门开关K1的N端与第二传输门开关K2的N端相连接，且该相连位置与第六传输门开关K6的P端相对接；第五传输门开关K5的N端与第六传输门开关K6的N端相连接，且该相连位置与第一输出端口CC1相对接；第三传输门开关K3的N端与第四传输门开关K4的N端相连接，且该相连位置与第八传输门开关K8的P端相对接；第七传输门开关K7的N端与第八传输门开关K8的N端相连接，且该相连位置与第二输出端口CC2相对接；第五传输门开关K5的P端与第七传输门开关K7的P端相连接，且该相连位置与载体电子装置的芯片输出电压VCON相对接；
第一输出端口CC1、第二输出端口CC2分别用于插拔式对接外接设备；
控制方法用于针对所对接外接设备的角色进行判定，包括如下步骤：
步骤A. 控制第五传输门开关K5、第七传输门开关K7断开，以及控制第六传输门开关K6、第八传输门开关K8导通，然后进入步骤B；
步骤B. 将第一传输门开关K1、第三传输门开关K3构成开关组合，以及将第二传输门开关K2、第四传输门开关K4构成开关组合，控制该两组开关组合彼此间隔预设时长、交替择一选择其中一组开关组合中的两个传输门开关导通，即针对第一可调电阻Rp1、第二可调电阻Rp2组合，第一固定电阻Rd1、第二固定电阻Rd2组合，两组合中择一控制组合中的两电阻分别对接第一输出端口CC1、第二输出端口CC2；然后进入步骤C；
步骤C. 若第一可调电阻Rp1、第二可调电阻Rp2分别对接第一输出端口CC1、第二输出端口CC2，则判定所对接外接设备为从机角色；
若第一固定电阻Rd1、第二固定电阻Rd2分别对接第一输出端口CC1、第二输出端口CC2，则判定所对接外接设备为主机角色。
2.根据权利要求1所述一种针对基于TYPE-C协议的主从机角色集成接口电路的控制方法，其特征在于：所述步骤B中的预设时长为100毫秒。
3.根据权利要求1所述一种针对基于TYPE-C协议的主从机角色集成接口电路的控制方法，其特征在于：所述第一可调电阻Rp1的阻值、第二可调电阻Rp2的阻值，均为在10K欧姆、22K欧姆和56K欧姆之间切换。
4.根据权利要求1所述一种针对基于TYPE-C协议的主从机角色集成接口电路的控制方法，其特征在于：所述第一固定电阻Rd1的阻值、第二固定电阻Rd2的阻值，均为1K欧姆，且误差为10%。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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