CN109918328A - 一种USB Type C接口低成本实现结构及实现方法 - Google Patents

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罗春柳
宋立伟
马丽丽
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Abstract

本发明特别涉及一种USB Type C接口低成本实现结构及实现方法。该USB Type C接口低成本实现结构及实现方法，包括USB PHY芯片，复用器MUX，负载均分(Load Switch)芯片和EC控制芯片，采用EC(Embed Controller，嵌入式控制器)芯片代替PD微处理器；EC控制芯片通过I2C总线连接USB PHY芯片，通过LPC总线连接系统主芯片。该USB Type C接口低成本实现结构及实现方法，采用EC控制芯片代替PD微处理器，既能保证USB Type C接口的正常使用，又降低了开发和使用成本，提高了USB Type C接口开发和使用的经济效益，适宜推广应用。

Description

一种USB Type C接口低成本实现结构及实现方法
技术领域
本发明涉及集成电路设计技术领域，特别涉及一种USB Type C接口低成本实现结构及实现方法。
背景技术
USB Type-C，简称USB-C，是一种通用串行总线(USB)的硬件接口规范。2015年3月9日，全新MacBook首次在笔记本电脑上将电源接口、USB接口、DP接口、HDMI接口与VGA接口统一用一个USB Type C接口来承载，这是USB Type C接口技术第一次在消费级笔记本电脑的应用。随着USB Type C接口的到来，数据传输将更加便利。
总结说来，USB Type C接口具有以下特点：
1.最大数据传输速度达到10Gbit/秒，也是USB 3.1的标准；
2.Type C接口插座端的尺寸约为8.3mm×2.5mm纤薄设计；
3.支持从正反两面均可插入的“正反插”功能，可承受1万次反复插拔；
4.配备Type C连接器的标准规格连接线可通过3A电流，同时还支持超出现有USB供电能力的“USB PD”，可以提供最大100W的电力。
目前，主流的USB Type C接口实现结构如附图1所示。现有的USB Type C接口实现结构，包括系统主芯片，系统电源，USB PHY芯片，复用器MUX(multiplexer)，负载均分(LoadSwitch)芯片，安全验证模块，切换芯片与信号转换模块，I/F保护模块和PD(PowerDelivery，功率输出)微处理器。由于PD微处理器成本较高，限制了USB Type C接口的推广使用和发展。
其中，负载均分(Load Switch)芯片，即负载开关。此类器件用于信号保护，能够自动将错误的负载来源隔离在系统之外。同时，还能提供进一步的保护，包括欠压/过压保护、反向电流保护、过温保护和可编程电流限制。
所述USB PHY芯片，即USB PD PHY，是控制器和协议应答器产品的组合，能够按照新的PD规格，建立Link操作并提供电力。
所述PD微处理器即PD MCU(Micro Control Unit，微控制单元)。USB Type C功能需要一定的决策制定复杂度，运行嵌入式固件的PD微处理器能够帮助简化操作。PD微处理器通过标准的32位ARM MCU实现，用于处理反向通道通信。
所述复用器MUX能够提供信号多路复用或解多路复用功能，重定向发射的信号到相同(多路复用)或不同(解多路复用)的连接端口。某些情况下，这两种功能结合在一起，组成交叉开关。这些开关使得Type-C接头能够支持“替代模式”(可翻转插入)功能。
所述切换芯片与信号转换模块包含USB3再驱动器和HDMI电平位移器/再驱动器。它们能够再生成USB信号、移除抖动、扩展通道传输并降低误码率。它们能够改进信号的眼图，延长链路距离，并有助于系统通过合规性测试。
所述安全验证用于安全身份验证和认证IC，能够支持各种加密协议、接口和规格。安全硬件和软件与认证的安全开发环境、生产设施和信任配置流互为补充，可确保最高水平的安全和信任。
所述I/F保护模块包括专用的ESD保护器件以及共模滤波器，帮助避免其他无线技术(包括GSM、LTE和WiFi)的干扰。
基于上述情况，本发明设计了一种USB Type C接口低成本实现结构及实现方法。
发明内容
本发明为了弥补现有技术的缺陷，提供了一种简单高效的USB Type C接口低成本实现结构及实现方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种USB Type C接口低成本实现结构，其特征在于：包括USB PHY芯片，复用器MUX，负载均分(Load Switch)芯片和EC控制芯片，采用EC(Embed Controller，嵌入式控制器)芯片代替PD微处理器；EC控制芯片通过I2C总线连接USB PHY芯片，通过LPC总线连接系统主芯片。
本发明USB Type C接口低成本实现结构的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)系统主芯片向EC控制芯片发出命令，EC控制芯片收到指令后对命令进行解析，并将命令传递给USB PHY芯片；
(2)通过I2C总线接口与USB PHY芯片进行系统主机命令的更新；
(3)EC控制芯片通过I2C/SPI总线传递指令控制USB PHY芯片的通断，从而实现了EC控制芯片控制USB Type C接口的通断的目的。
所述步骤(1)中，系统主芯片通过LPC总线将系统总要求命令传递给EC控制芯片，EC控制芯片收到指令后，调用存储在存储芯片中的已有程序命令，整合需求，将命令分解解析，然后将分解解析的命令进一步传递到USB PHY芯片。
所述步骤(2)中，系统主机命令包括系统主句控制命令，状态命令和中断命令。
所述步骤(3)中，EC控制芯片通过I2C/SPI总线传递指令，用指令控制USB PHY芯片中物理层电源和协议的输送，从而实现了EC控制芯片对USB Type C接口的通断的控制。
所述EC控制器通过EC程序进行USB Type C电源和协议IC信息传递，将USB Type C电源和协议IC信息转化为二进制信息，传递给底层。
在所述USB PHY芯片的寄存器上进行编程，进行USB Type C端口配置，通过接口层与物理层进行交互和协议传输，从而实现了由操作系统到USB Type C接口端的软件协议传递。
所述EC控制芯片采用ARM M0/8051芯片。
所述USB PHY芯片采用PTN5100芯片。
本发明的有益效果是：该USB Type C接口低成本实现结构及实现方法，采用EC控制芯片代替PD微处理器，既能保证USB Type C接口的正常使用，又降低了开发和使用成本，提高了USB Type C接口开发和使用的经济效益，适宜推广应用。
附图说明
附图1为现有技术USB Type C接口结构示意图。
附图2为本发明USB Type C接口低成本实现结构示意图。
附图3为本发明USB Type C接口低成本实现结构工作原理示意图。
附图4为本发明EC控制芯片控制方法示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行详细的说明。应当说明的是，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
该USB Type C接口低成本实现结构，包括USB PHY芯片，复用器MUX，负载均分(Load Switch)芯片和EC控制芯片，采用EC(Embed Controller，嵌入式控制器)芯片代替PD微处理器；EC控制芯片通过I2C总线连接USB PHY芯片，通过LPC总线连接系统主芯片。
PTN5100芯片是一个单端口的USB C型电力输送(PD)PHY和协议IC，可提供C型配置通道接口和USB PD物理层和协议层功能，系统PD端口策略控制器(策略引擎和设备策略管理器，备用模式控制器)。它符合USB PD和C型规格和PD规范的增量更新。该IC是针对一个广泛的平台(如标准笔记本电脑，台式电脑，Chromebook，平板电脑，可转换债券，智能手机等)和PC配件(如码头，显示器，电缆适配器等)的应用。PTN5100芯片的架构，能够提供强大的性能，合规行为，其优秀的可配置性和系统的实施灵活性，超过了平台的应用互操作性和兼容性的障碍。
该USB Type C接口低成本实现结构的实现方法，包括以下步骤：
(1)系统主芯片向EC控制芯片发出命令，EC控制芯片收到指令后对命令进行解析，并将命令传递给USB PHY芯片；
(2)通过I2C总线接口与USB PHY芯片进行系统主机命令的更新；
(3)EC控制芯片通过I2C/SPI总线传递指令控制USB PHY芯片的通断，从而实现了EC控制芯片控制USB Type C接口的通断的目的。
所述步骤(1)中，系统主芯片通过LPC总线将系统总要求命令传递给EC控制芯片，EC控制芯片收到指令后，调用存储在存储芯片中的已有程序命令，整合需求，将命令分解解析，然后将分解解析的命令进一步传递到USB PHY芯片。
所述步骤(2)中，系统主机命令包括系统主句控制命令，状态命令和中断命令。
所述步骤(3)中，EC控制芯片通过I2C/SPI总线传递指令，用指令控制USB PHY芯片中物理层电源和协议的输送，从而实现了EC控制芯片对USB Type C接口的通断的控制。
所述EC控制器通过EC程序进行USB Type C电源和协议IC信息传递，将USB Type C电源和协议IC信息转化为二进制信息，传递给底层。
在所述USB PHY芯片的寄存器上进行编程，进行USB Type C端口配置，通过接口层与物理层进行交互和协议传输，从而实现了由操作系统到USB Type C接口端的软件协议传递。
所述EC控制芯片采用ARM M0/8051芯片。
所述USB PHY芯片采用PTN5100芯片。
与现有技术相比，该USB Type C接口低成本实现结构及实现方法，采用较低成本的EC控制芯片代替高成本的PD微处理器，既能保证USB Type C接口的正常使用，又降低了开发和使用成本，提高了USB Type C接口开发和使用的经济效益，适宜推广应用。

Claims (9)

1.一种USB Type C接口低成本实现结构，其特征在于：包括USB PHY芯片，复用器MUX，负载均分芯片和EC控制芯片，采用EC芯片代替PD微处理器；EC控制芯片通过I2C总线连接USB PHY芯片，通过LPC总线连接系统主芯片。
2.根据权利要求1所述的USB Type C接口低成本实现结构的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)系统主芯片向EC控制芯片发出命令，EC控制芯片收到指令后对命令进行解析，并将命令传递给USB PHY芯片；
(2)通过I2C总线接口与USB PHY芯片进行系统主机命令的更新；
(3)EC控制芯片通过I2C/SPI总线传递指令控制USB PHY芯片的通断，从而实现了EC控制芯片控制USB Type C接口的通断的目的。
3.根据权利要求2所述的USB Type C接口低成本实现结构的实现方法，其特征在于：所述步骤(1)中，系统主芯片通过LPC总线将系统总要求命令传递给EC控制芯片，EC控制芯片收到指令后，调用存储在存储芯片中的已有程序命令，整合需求，将命令分解解析，然后将分解解析的命令进一步传递到USB PHY芯片。
4.根据权利要求3所述的USB Type C接口低成本实现结构的实现方法，其特征在于：所述步骤(2)中，系统主机命令包括系统主句控制命令，状态命令和中断命令。
5.根据权利要求4所述的USB Type C接口低成本实现结构的实现方法，其特征在于：所述步骤(3)中，EC控制芯片通过I2C/SPI总线传递指令，用指令控制USB PHY芯片中物理层电源和协议的输送，从而实现了EC控制芯片对USB Type C接口的通断的控制。
6.根据权利要求5所述的USB Type C接口低成本实现结构的实现方法，其特征在于：所述EC控制器通过EC程序进行USB Type C电源和协议IC信息传递，将USB Type C电源和协议IC信息转化为二进制信息，传递给底层。
7.根据权利要求6所述的USB Type C接口低成本实现结构的实现方法，其特征在于：在所述USB PHY芯片的寄存器上进行编程，进行USB Type C端口配置，通过接口层与物理层进行交互和协议传输，从而实现了由操作系统到USB Type C接口端的软件协议传递。
8.根据权利要求7所述的USB Type C接口低成本实现结构的实现方法，其特征在于：所述EC控制芯片采用ARM M0/8051芯片。
9.根据权利要求7所述的USB Type C接口低成本实现结构的实现方法，其特征在于：所述USB PHY芯片采用PTN5100芯片。
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