簡化移動USB-C設(shè)計

如今，越來越多的筆記本電腦、手機(jī)和 PC 采用 USB-C 構(gòu)建，USB-C 是一種用于雙向數(shù)據(jù)傳輸和供電的小型多功能連接器。借助USB-C（也稱為USB Type-C），消費者不必隨身攜帶多根電線來為設(shè)備充電，傳輸數(shù)據(jù)或連接到顯示器或其他外圍設(shè)備。該標(biāo)準(zhǔn)提供的功率足以為一系列便攜式電子設(shè)備（從移動電源到個人計算機(jī)和顯示器）充滿電。然而，為 USB-C 設(shè)計充電電路是一項獨特的技能組合，特別是與設(shè)計傳統(tǒng) USB 變體所涉及的工作相比。本白皮書將討論降壓充電器如何簡化USB-C充電系統(tǒng)設(shè)計過程。

介紹

從可穿戴設(shè)備到樓宇自動化系統(tǒng)、醫(yī)療設(shè)備等等，更緊湊的鋰離子 電池供電的電子產(chǎn)品正在加入USB-C派對。事實上，鋰離子電池的使用越來越多 在各種消費類設(shè)備中都有助于USB-C的采用，因為所有這些設(shè)備都需要電源轉(zhuǎn)換。 根據(jù)IHS Markit的數(shù)據(jù)，具有至少一個USB-C端口的設(shè)備預(yù)計將達(dá)到近50億 2021 年，高于 2016 年的 3 億。在此期間，最大的采用者是手機(jī)，移動PC， 閃存驅(qū)動器、媒體數(shù)位板和擴(kuò)展塢1.因此，即使采用速度比某些行業(yè)慢 專家已經(jīng)預(yù)料到，市場機(jī)會肯定是有的。

USB-C 被定位為通用標(biāo)準(zhǔn)，因為它取代了一堆不同的電纜，簡化了 快速充電、內(nèi)容流和數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程。雙面和可逆，USB-C 連接器有24個引腳，比micro-B連接器略大（通用的小型化版本） 串行總線接口）。USB 3.1，其第 2 代指定數(shù)據(jù)速率為 10Gbps（是 USB 3.0 的兩倍），是 USB-C 連接器的默認(rèn)協(xié)議。為了更快的速度，有Thunderbolt 3協(xié)議， USB-C 支持哪個。Thunderbolt 3 將帶寬提高到 40Gbps，功耗更低，能力更強(qiáng)大 移動多達(dá) 100W 的功率。帶有 Thunderbolt 3 的 USB-C 端口的設(shè)備只需要一根電纜 為與計算機(jī)一樣復(fù)雜的設(shè)備供電和傳輸大量數(shù)據(jù)2.

從設(shè)計的角度來看，USB-C對移動設(shè)備的一個有吸引力的好處是，它允許更小和 更薄的設(shè)計。但是，雖然該標(biāo)準(zhǔn)簡化了最終用戶的工作，但設(shè)計 用于 USB-C 的充電電路。

是什么讓 USB-C 設(shè)計成為一項挑戰(zhàn)？

USB通信協(xié)議相當(dāng)復(fù)雜，因此實施起來可能具有挑戰(zhàn)性且耗時。一個 帶有定制 USB 固件或固定功能通信橋接器的 USB 微控制器（更簡單的路由 那些USB專業(yè)知識較少的人）提供了幾個將USB通信集成到設(shè)計中的選項。 針對最新的 USB 標(biāo)準(zhǔn) USB-C 進(jìn)行設(shè)計時，面臨著獨特的挑戰(zhàn)：需要解決信號問題 嵌入式設(shè)計中的完整性和速度問題，以適應(yīng)沿任一方向流動的 100W 功率，以及 將其連接到大量傳統(tǒng)接口（包括 USB 1.1/2.0/3.0、HDMI、以太網(wǎng)、顯示端口和電源） 和音頻連接）3.

此外，目前可用的充電器缺乏內(nèi)置的USB-C端口控制功能。因此，當(dāng) USB-C 充電源插入，在端口識別適配器之前，充電不會自動開始。所以 您必須確保充電器和端口控制器可以相互通信。確保模擬 在充電器和控制器之間檢測、讀取和處理數(shù)字信號需要復(fù)雜的 主機(jī)端軟件開發(fā)。例如，您需要確保您的設(shè)計能夠處理 各種 USB-C 和傳統(tǒng) USB 電源適配器。您還需要正確管理充電器輸入 電流限制基于端口控制器 IC 檢測到的源能力。（設(shè)置充電器的 輸入電流限制允許充電器以電源的全部能力為電池充電，從而產(chǎn)生 在更快的充電中。這需要在主機(jī)應(yīng)用處理器或微控制器中進(jìn)行軟件開發(fā)。

USB-C 本身支持高達(dá) 5V 的 3A 電流，足以滿足許多需要低于 15W 的應(yīng)用 的權(quán)力。但是，對于源適配器在 V 上提供 5V 電壓總線，USB-C 端口控制器必須建立端到端 端口檢測;否則，V總線是 0V 的冷插座（與傳統(tǒng) USB 有很大不同）。USB-C 帶 USB 功率傳輸是支持高達(dá) 100W 功率傳輸?shù)囊?guī)范，使生態(tài)系統(tǒng)能夠支持 在最大 5A 時具有高達(dá) 20V 的多個功率電平，但這需要更復(fù)雜的 USB-C 供電 微控制器和許多應(yīng)用不需要這種水平的功率。

解決方案尺寸是另一個重要的設(shè)計考慮因素。USB-C 連接器比它們的小得多 傳統(tǒng)對應(yīng)方;然而，電池供電的消費類設(shè)備正在繼續(xù)萎縮（部分歸功于 USB-C，這需要設(shè)備上的端口更少）。因此，USB-C充電系統(tǒng)應(yīng)該越來越多地滿足 小尺寸也需要。

使用集成式 USB-C 降壓充電器簡化設(shè)計

對于功耗低于15W的應(yīng)用，Maxim推出了一款USB-C降壓充電器，無需 需要單獨的端口控制器 IC，減少主機(jī)軟件開發(fā)，減少物料清單 （物料清單）成本。MAX77860為USB-C 3A開關(guān)模式充電器，集成USB-C端口控制器和充電器 用于 15W 應(yīng)用的 IC。它也是市場上第一款帶集成通道的集成USB-C降壓充電器 配置 （CC） 檢測，在 與最接近的競爭對手相比，解決方案尺寸縮小 30%。該器件的 CC 引腳檢測功能允許它 以自動完成 USB 端口連接檢測，這是 USB-C 源提供所必需的 開機(jī) V總線.（CC 引腳還檢測電纜連接和拆卸以及插座/插頭方向。在 此外，這些引腳可用于USB供電和備用模式所需的通信， 支持第三方協(xié)議，如DisplayPort和HDMI。

充電自動開始，無需主機(jī)干預(yù)。雖然其 3A 充電電流能力充電 快速充電，MAX77860的高效率也能在充電過程中保持終端器件冷卻。 該充電器采用 3.9mm x 4.0mm 封裝，使用相對較小的電感器和電容器，因為它 高開關(guān)頻率 （2MHz/4MHz）。

圖2.子系統(tǒng)框圖顯示了MAX77860如何集成到USB-C充電系統(tǒng)中。

MAX77860具有高效率降壓解決方案，可降低散熱。該設(shè)備還支持向后 與傳統(tǒng) USB BC1.2 適配器兼容。集成6通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC） 提供精確的電壓和電流測量，同時釋放主機(jī)應(yīng)用中的資源 處理器或微控制器。設(shè)備上的端口控制器提供插頭檢測、電纜方向 檢測、電源和數(shù)據(jù)角色檢測以及 V總線當(dāng)前功能發(fā)現(xiàn)。5.1V/1.5A 反向升壓 OTG 為輔助設(shè)備提供 USB 移動 （OTG） 模式。

總結(jié)

因為它們?yōu)殡p向供電和數(shù)據(jù)傳輸提供了緊湊、多功能的電纜，所以它不是 令人驚訝的是，USB-C連接器是消費電子設(shè)備的受歡迎景象。對于習(xí)慣于的設(shè)計師 為傳統(tǒng)通信協(xié)議開發(fā)解決方案，但是，針對USB-C的設(shè)計確實帶有其 在電壓管理、效率和解決方案尺寸方面擁有一套復(fù)雜性。USB-C 降壓充電器 為應(yīng)對這些挑戰(zhàn)而進(jìn)行優(yōu)化有助于簡化流程，從而帶來便利 各種便攜式產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)配置。

審核編輯：郭婷