USB 3.1 Type-C旨在徹底改變連接性。為了說明此新標準的功能并顯示工程師使用Type-C標準構(gòu)建系統(tǒng)時需要了解的內(nèi)容，這個由兩部分組成的迷你系列將探索具有DisplayPort連接性的簡單Type-C充電座的設計。

擴展塢

擴展塢也被稱為通用端口復制器，使用戶能夠?qū)⒕哂杏邢轚SB和視頻接口的筆記本電腦轉(zhuǎn)換為臺式機，該臺式機具有用于辦公室或家庭的多種應用程序的接口。典型的用例是將筆記本電腦連接到擴展塢，以使用全尺寸顯示器，全尺寸鍵盤，優(yōu)質(zhì)揚聲器和辦公室打印機。

筆記本電腦供應商和其他供應商提供了不同類型的擴展塢。擴展塢通常由第三方制造商制造，以補充更流行的筆記本電腦型號。但是，隨著這些設備市場的增長，越來越多的筆記本電腦制造商也提供它們。通過筆記本電腦本身或通過擴展塢隨附的電源向這些設備供電。

冷，熱和待機對接/對接

術語“塢站”是指將便攜式計算機連接到塢站的過程。術語“卸載”是指將便攜式計算機與擴展塢斷開連接的過程。

如果是“冷”擴展塢/擴展塢，則用戶在擴展塢/擴展塢之前會完全關閉計算機。相比之下，在“熱”對接/斷開連接的情況下，計算機在對接/斷開連接時仍保持運行狀態(tài)。待機對接/對接是某些設計中使用的一種中間樣式，它允許計算機在開機時被對接/對接，但需要在對接/對接之前將其置于睡眠模式。熱擴展塢/擴展塢正在變得越來越流行，并且如今已被廣泛使用。

系泊船塢

擴展塢的最初想法是將臺式計算機的更大擴展功能與便攜式計算機的便攜性相結(jié)合。當不再需要連接到擴展塢的外圍設備或用戶需要移動時，他們可以將筆記本電腦從擴展塢上卸下并攜帶筆記本電腦移動。由于同樣的原因，傳統(tǒng)的擴展塢并非設計為便攜式的。

筆記本電腦用戶通常會感到沮喪，因為他們想升級筆記本電腦，但又不想購買另一個擴展塢。使用系留式塢站，這成為可能。

使用系留式擴展塢，無需將筆記本電腦插入機架中，只需一根USB電纜即可。當用戶返回辦公桌時，他們所需要做的就是將那根USB電纜插入筆記本電腦。然后，筆記本電腦將可以訪問廣泛的USB設備生態(tài)系統(tǒng)，包括全尺寸鍵盤，垂直鼠標，USB外部硬盤驅(qū)動器，USB DVD驅(qū)動器，USB麥克風，USB揚聲器，打印機，掃描儀，USB以太網(wǎng)或Wi-Fi加密狗，USB連接到智能手機或平板電腦等。用戶甚至可以將分層的擴展塢或集線器與在擴展擴展塢下方連接的另一個擴展塢/集線器相連，以擴展端口數(shù)量。

USB Type-C塢站

USB Type-C是新引入的互連標準，功能強大且易于使用和設計。它是對現(xiàn)有USB 3.1互連的增強，可以輕松實現(xiàn)高達100 W的低成本功率傳輸。從外形尺寸來看，USB Type-C連接器結(jié)合了多種較早的USB連接器類型-Micro-B，Type- A和Type-B —僅在高度僅為2.4毫米的可逆連接器中。

USB Type-C：未來的連接器（來源：賽普拉斯半導體）

Type-C標準還允許開發(fā)人員在一根電纜中組合多個協(xié)議，包括DisplayPort，PCIe和Thunderbolt。帶寬是USB 3.0的兩倍，通過SuperSpeed + USB 3.1可以提高到10Gbps。所有這些功能使使用USB的應用程序范圍更廣（有關更多詳細信息，請參見《USB Type-C視頻簡介和Type-C基礎》）。

USB Type-C擴展塢參考設計

典型的擴展塢實現(xiàn)可實現(xiàn)上游端口上的USB Type-C主機系統(tǒng)與下游端口上的多個顯示/數(shù)據(jù)設備之間的連接。擴展塢通常在上游端口上具有USB Type-C插座，以支持數(shù)據(jù)，電源和顯示。在下游端口上，擴展塢可以支持多個接口，包括：

• USB 3.0 Type-C（顯示+電源+數(shù)據(jù)）
• USB 3.0 Type-A
• USB 2.0 A型
• HDMI接口
• 千兆以太網(wǎng)

USB Type-C擴展塢設計可以由外部DC電源適配器供電（即自供電），也可以由Type-C（PD）主機供電（即總線供電）。下圖顯示了典型的USB Type-C擴展塢設計的框圖。

USB Type-C / PD擴展塢參考設計（來源：賽普拉斯半導體）

擴展塢使用外部直流電源適配器為擴展塢及其外圍設備供電。它具有一個Type-C上游端口（可充當電源或接收器的雙重角色端口），該端口連接到Type-C筆記本電腦或平板電腦。在下游，它支持各種端口，包括：

• C型（僅源端口）DFP（面向下游的端口）
• 顯示端口
• HDMI端口
• 多個USB 3.0端口
• 多個USB 2.0端口
• 以太網(wǎng)（RJ45）接口
• 音頻接口

C型/ PD控制器有助于為每個C型端口（上游或下游）建立正確的供電合同。依次控制適當?shù)?a target="_blank">電源管理IC。USB Type-C規(guī)范還允許開發(fā)人員將DisplayPort（DP）與USB Superspeed（SS）信號結(jié)合在一起。Superspeed MUX在Type-C / PD控制器的控制下路由適當?shù)男盘枺⊿S或DP）。DisplayPort到HDMI轉(zhuǎn)換器對于將DisplayPort信號轉(zhuǎn)換為HDMI信號至關重要。DisplayPort分配器或開關可用于啟用多個視頻接口，例如HDMI / VGA和DisplayPort。要擴展USB端口，可以在Superspeed集線器下部署更多分層的集線器。

下圖顯示了基于賽普拉斯EZ-PD擴展塢的擴展塢參考設計的框圖。詳細的參考設計通常包括完整的BOM表，原理圖文件和軟件開發(fā)套件（SDK），以加快設計和開發(fā)周期。

基于賽普拉斯EZ-PD擴展塢的詳細擴展塢參考設計（來源：賽普拉斯半導體）

這種設計反映了一個自供電的擴展塢，該擴展塢能夠為上游和下游端口供電，同時還提供顯示和USB功能。它包含以下端口，這在典型的C型擴展塢設計中可能是預期的：

• 上游Type-C端口能夠為HDMI提供電源，USB 3.1 Gen 1（5 Gbps）數(shù)據(jù)接收器和DisplayPort接收器功能
• 下游Type-C端口能夠提供電源USB 3.1 Gen 1（5 Gbps）數(shù)據(jù)源和DisplayPort源功能
• HDMI端口用于顯示輸出
• 三個USB 3.0舊式Type-A連接器
• 兩個USB高速下行端口（舊式A型連接器）
• RJ45端口提供以太網(wǎng)連接

芯片間通信

在典型的Type-C PD塢站設計中，Type-C PD端口控制器實現(xiàn)了Power Delivery（PD）規(guī)范，并且還基于PD協(xié)議控制電源管理控制器（PMIC）和Superspeed Mux。上面描述的參考設計中的Type-C PD端口控制器還提供完整的USB Type-C和USB供電以及顯示端口備用模式支持。它使用I2C作為芯片間通信協(xié)議，并且Type-C PD端口控制器充當與PMIC和MUX進行通信的I2C主設備。

I2C主控制（來源：賽普拉斯半導體）

現(xiàn)場固件升級

由于USB Type-C / PD規(guī)范的不斷發(fā)展的性質(zhì)（以及便于進行錯誤修復），支持一種用戶友好的方式來升級現(xiàn)場各個擴展塢組件的固件（即在系統(tǒng)安裝完成后）是至關重要的。已發(fā)貨）。由于通常會有來自不同供應商的多個擴展塢組件，因此支持的固件升級方法將有所不同。必須以不同的方式升級幾個芯片的固件將給用戶帶來極大的不便和沮喪，并可能導致不良的產(chǎn)品退貨。

塢站制造商正在通過簡化固件升級來解決固件升級問題，只需單擊或點擊即可。這種簡單性帶來了自身的風險和漏洞。固件升級的安全保護是一個常見的研究課題，并且由于嵌入式系統(tǒng)的連接性不斷提高，其重要性也越來越重要。

編輯：hfy