近幾年Type-C的成功加速了各大廠商追求極致輕薄的腳步，以往筆電上常見的VGA、HDMI顯示器接口、RJ45網口等逐漸消失，甚至USB Type-A接口數(shù)量都被削減。取而代之的是以Type-C接口及其拓展塢組成的解決方案。

一個全功能Type-C接口可以通過拓展塢分出視頻接口(DP/HDMI/VGA)、USB接口、網口、SD/TF卡插槽、耳機孔等，解決多種媒體需求。受益于USB PD協(xié)議，Type-C接口支持給筆記本電腦快充，也可以給外圍設備供電，真正做到吸納萬物，連接世界。

拆積木一樣把拓展塢拆開

為實現(xiàn)視頻信號輸出、網絡連接、外接移動硬盤、U盤、鍵鼠和快速充電功能，Type-C擴展塢需要集成USB PD協(xié)議芯片、HUB芯片和USB網卡芯片;從設備安全性考慮，還需要集成USB限流保護和ESD靜電防護。精簡的拓展塢系統(tǒng)組成如下圖所示。

沁恒微電子在USB領域深耕多年，可以提供一站式Type-C拓展塢方案，真正實現(xiàn)USB PD協(xié)議芯片、HUB芯片、USB網卡芯片、USB與DP模擬開關、限流保護和ESD靜電防護全覆蓋。免去繁瑣的選型和調試過程，方案專業(yè)且成熟，芯片適配性和兼容性有保證。以下是一款經典Type-C方案原理。

典型Type-C接口包括4對超速差分線、2對D+/D-、1對SBU、2條CC線、4條VBUS和4條地線。USB 3.x/USB4有多個規(guī)范，下文統(tǒng)一表述為USB 3.x/USB4。USB 3.x/USB4通過超速差分線傳輸，USB 2.0通過D+/D-傳輸。USB2.0、USB 3.x/USB4在線路上相互獨立。完整的Type-C接口定義如下圖。

USB2.0拓展結構

USB HUB芯片可從Type-C的單個USB2.0拓展出多個USB2.0接口，供用戶外部連接移動硬盤、U盤、鍵鼠等設備。在HUB拓展的USB2.0接口下，內置USB網卡芯片即可拓展網絡連接功能。由于HUB拓展的USB口對外連接下游設備，工作環(huán)境復雜，建議加入過流保護和ESD靜電防護等。USB2.0典型拓展結構如圖中左側線路。

①HUB芯片CH334/CH335

沁恒提供CH334/CH335等USB HUB芯片，覆蓋QFN、SOP和LQFP等封裝形式。以CH334為例，該芯片支持高性能的MTT模式，MTT模式下4個TT處理器各對應1個端口，并發(fā)處理，性能高于單個TT處理器分時復用的STT模式。芯片上行端口支持 USB2.0高速480Mbps傳輸速率，下行端口支持USB2.0高速480Mbps、全速12Mbps和低速1.5Mbps。芯片采用工業(yè)級設計，外圍精簡，得益于5個USB收發(fā)器均為自研，可有效降低系統(tǒng)功耗和成本。

②低功耗USB網卡芯片CH397

CH397是一款高集成度、低功耗的USB網卡芯片，支持10M/100M以太網，免安裝驅動程序或可選廠商驅動程序。該芯片支持休眠模式和低功耗睡眠模式，可通過魔術包和網絡喚醒包等事件進行遠程喚醒，支持UTP CAT5、CAT6雙絞線，傳輸距離達120米。

③USB限流配電開關芯片CH217

CH217是一款可調限流門限的USB端口電源開關芯片。芯片內部集成了過流保護、過溫保護、欠壓保護等模塊，支持不超過2.7A的可編程電流，在下游設備短路時可以限制輸出電流從而保護供電系統(tǒng)。

④ESD保護芯片CH412

CH412是一款四路ESD保護二極管陣列芯片，能夠承受IEC 61000-4-2規(guī)定的最高±15KV人體放電和±8KV接觸放電ESD脈沖。

Type-C輸出DP視頻信號

Type-C可通過Alt Mode傳輸DP信號，如果需要HDMI，可以另加第三方的DP轉HDMI芯片。Alt Mode使用超速差分線，不占用USB2.0，因此Type-C的USB2.0和DP可以共存。若使用一半超速差分線傳輸DP信號，則USB 3.x和DP信號也可以共存，缺點是DP的帶寬受限。若采用全部超速差分線，則可以提供完整的DP性能，該模式下USB 3.x不再可用。如下圖中間線路。

超高速模擬開關芯片CH482D/CH482X/CH9445F

需要同時使用USB 3.x和DP功能時，信號可通過多路復用器切換;沁恒超高速模擬開關芯片CH482、4x6通道超高速模擬開關CH9445F等適用于超高速USB 3.x/USB4、DP等差分信號的切換場景。

拓展塢的調度處理中心，PD單片機CH543

拓展塢從筆記本/手機等設備要電，或經由輔助供電接口為筆記本/手機充電，甚至從Type-C接口協(xié)商DP信號，均需要通過USB PD協(xié)議實現(xiàn)。

與采用外置PD收發(fā)器和控制器的方案不同，沁恒提供內置USB PD收發(fā)器和控制器的單片機CH543。該芯片可實現(xiàn)Alt Mode下DP信號的切換與協(xié)調;作為PMIC可用于電源管理，支持受電端、供電端、DRP等角色，支持正反充，最大PD快充功率100W(20V@5A)。CH543還支持可編程灌電流，可通過FB引腳控制DC-DC分512檔逐級調節(jié)DC-DC輸出電壓。

作為控制核心，CH543不但能管理USB PD相關事務、監(jiān)控輸入電壓，還可以通過自帶的USB主機或設備接口連接至USB HUB，實現(xiàn)Billboard功能;或搭配CH217動態(tài)控制電流門限。CH543內置PWM、SPI、UART等常規(guī)外設，用戶可根據需要拓展自定義功能。

本方案支持兩種供電模式：不使用輔助電源時，拓展塢及其下游系統(tǒng)通過Type-C公口從筆記本電腦、手機等設備取電;使用輔助電源時，可以通過輔助電源給筆記本電腦、手機等設備充電，同時為拓展塢及其下游設備供電。兩種模式均支持USB PD快充，輔助電源可以額外支持QC等快充協(xié)議。具體供電方式如下圖所示。

以上Type-C拓展塢方案免驅、即插即用，將USB高速數(shù)據傳輸、DP視頻接口、100M以太網和USB PD快充功能四合一。WCH擁有相對豐富的PC和筆電周邊產品線，廣泛應用于筆記本電腦、手機、游戲主機等典型場景，支持多種操作系統(tǒng)。除上述產品外，基于對連接技術和MCU內核等長期研究形成的核心技術IP，沁恒微電子還提供種類豐富的PD芯片、USB接口轉換芯片、低功耗藍牙SoC及青稞RISC-V內核連接型/無線型/互聯(lián)型MCU.

審核編輯：湯梓紅