USB接口规范介绍！USB Type-C连接器规范
usb type-c接口有可能成为未来很多笔记本电脑、智能手机的唯一数据接口，但是这些仅有usb接口的设备仍必须那些没有usb接口的设备进行交互，比如显示器、电视机等。但单个连接器中实现usb和其他高速接口格式的转换给设计人员提出了挑战，包括管脚功能间的切换，提供电磁保护比如esd，维护信号质量。usb type-c通过定义备选模式（alt mode）来满足这些需求，这种方法能够动态的更改管脚的功能，从而支持非usb的数据传输协议。
本文探讨了各种不同标准，这些标准能够让usb type-c连接到hdmi或其他非usb形式的数据接口，并提供了将hdmi可选模式增加到usb type-c接口时需要考虑的关键问题。
usb接口规范介绍
hdmi管理着usb type-c可选模式的操作，最新版本的usb标准是2016年底发布的，总共包括以下三部分：
usb type-c连接器规范
usb type-c连接器规格介绍了相比type-a和type-b版本一些重大的改变，就我们一般人看来有两个特点很突出：
• type-c接口尺寸为8.3mm x2.5mm，相比usb type-a和type-b要小很多，但是它包含24个管脚，而之前的版本只有4个管脚
• type-c接口是可逆的，不分正反方向的，为了实现这一点，type-c接口管脚的是对称的，无论那一面在上，所有的信号管脚都处在相同的相对位置上。
usb tyep-c接口可以通过切换d+/d-和vbus/gnd管脚排列与usb2.0系统实现交互，这些管脚还涉及到规范中定义的新功能（包括可选模式）的管脚，图1展示的是type-c连接器标准和可选模式管脚映射。
图1：usb type-c管脚图显示了可选模式设计（来源：ti）
usb type 3.1规范
usb type 3.1规范更新了usb的电气性能，将数据传输速率提升到了10gbps（规范中称为superspedd+），这需要两个专用的高数数据差分管脚tx和rx，该规范还将基准功率提升到了5v150ma。
usb功率传输规范
usb功率传输规范（usb pd）定义了可选模式，同时也将可传输功率提升到100w，并极大的扩展了设计人员可用的功率传输范围，当与usb type-c线缆一起使用时，usb pd增加了两个设备间的双向功率，由于type-c配置通道（cc）管脚上的通信通道，这个双向功率甚至可以实时发生逆转。
尽管这三个规范是相互独立的，但支持hdmi协议的usb系统必须能够同时支持type-c和usb pd规范。此外每个重新映射的管脚必须能够支持其对应的hdmi 1.4协议的数据传输速率。
hdmi 1.4数据传输速率
hdmi 1.4总共有六个数据通道，分为四种不同的数据速率：
1
• hdmi以太网和音频通道（heac）：高速双向的数据通信通道，支持100base-tx（100mbps），heac包括符合iec 60958-1规范的流媒体音频组件
2
• tmds（转换最小化差分信号）：三个差分数据通道，用于高速视频和数据传输，hdmi 1.4的最大吞吐量为10.2gbps或者单通道3.4gbps
3
• ddc（显示数据通道）：它是基于行业标准i2c协议的通信通道，标准速率为100kbps，数据源设备能够识别支持的音频/视频格式
4
• cec（消费端电子控制）：属于低速数据通道，允许用户控制多大15个兼容的设备，此数据通道符合cenelec en 50157-1规范
hdmi接口管脚映射
标准的hdmi type-a接口如图2所示，图3显示的是支持hdmi可选模式usb type-c接口新的管脚定义。它包括的三个tmds差分通道和时钟信号映射到八个usb tx/rx管脚上，两个sbu管脚属于heac通道，cc管脚承担低速cec信号，注意d+/d-管脚并不会受此影响，因此usb2.0数据通道可以和hdmi并行工作。
图2：hdmi type-a接口一共有19个管脚，包括三个高速数据通道而且有屏蔽双绞线设计（来源：how stuff works.com）
图3：usb type-c可选模式接口中hdmi通道的管脚映射（来源：hdmi.org）
初始化hdmi可选模式
usb pd规范定义了进入可选模式所需的操作顺序，当用户在两个usb pd端口之间连接一个活动的type-c线缆时，会在cc通道上发生一系列的判断操作（如图4），协商确定采用usb模式还是可选模式以及采用哪一种可选模式标准，一组特定的供应商定义的消息（vdms）会用来确定要使用的标准。
图4：当usb pd端口首次识别出另一个usb pd端口的存在时就会进行协商，从而确定采用哪种传输协议以及数据格式（来源：ti）
虽然有些是hdmi操作不需要的，但是协商判断还包括其他usb pd功能，比如确定所需的功率大小以及传输方向。一旦初始化完成确定了hdmi所需的协议要求，两个端口根据需要对管脚进行映射，hdmi可选模式才开始正常工作。
hdmi可选模式架构
usb type-c接口要想集成hdmi还需要增加哪些硬件组件呢？图5显示的是usb pd接口的结构图，其中可选模式必备组件已经高亮显示了，注意尽管没有指定usb pd接口的功率级别，启用可选模式也需要同cc信号进行协商，因此usb pd phy和pd管理仍然是必须包含的：
1
• 可选模式物理层设备（phy）从高级图形处理单元（gpu）中获取视频信息，并将其进行编码通过三个tmds差分数据线传输
2
• 可选模式复用器（mux）支持在hdmi am和usb两种模式之间进行切换，对于hdmi应用它连接hdmi信号给符合标准的type-c接口管脚，对于usb 3.1应用它连接的是rx/tx信号，并根据数据传输方向进行切换。
图5：在usb type-c接口上集成可选模式需要额外两个模块，如图中绿色显示（来源：ti）
Exposed Pads: A Brief Introduc
光耦在电路中起到什么作用？
多功能一体机的复印分辨率
石油专题——石油测井高温线性电源工艺及特色
把芯片当成乐高？英特尔新思维背后的技术进步
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德承发表开放式架构显示模块CO-100系列
在仓储运输的时候温湿度传感器有什么作用？
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RA MCU CANFD的应用实例（上）
由MCU控制的TOPSwitch?FZ单片开关电源电路图
固态氧化物燃料电池和CIGS太阳能电池薄膜材料简介
一文详解精密整流电路
简单分析一下固体柜的未来发展前景
国民技术通用和电控专用MCU产品家族增加新成员
微软测试长时间自主飞行的人工智能无人机 依靠模仿鸟类飞行
从显示电子系统中信号波形动图理解传输的机理
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本文探讨了各种不同标准，这些标准能够让usb type-c连接到hdmi或其他非usb形式的数据接口，并提供了将hdmi可选模式增加到usb type-c接口时需要考虑的关键问题。
usb接口规范介绍
hdmi管理着usb type-c可选模式的操作，最新版本的usb标准是2016年底发布的，总共包括以下三部分：
usb type-c连接器规范
usb type-c连接器规格介绍了相比type-a和type-b版本一些重大的改变，就我们一般人看来有两个特点很突出：
• type-c接口尺寸为8.3mm x2.5mm，相比usb type-a和type-b要小很多，但是它包含24个管脚，而之前的版本只有4个管脚
• type-c接口是可逆的，不分正反方向的，为了实现这一点，type-c接口管脚的是对称的，无论那一面在上，所有的信号管脚都处在相同的相对位置上。
usb tyep-c接口可以通过切换d+/d-和vbus/gnd管脚排列与usb2.0系统实现交互，这些管脚还涉及到规范中定义的新功能（包括可选模式）的管脚，图1展示的是type-c连接器标准和可选模式管脚映射。
图1：usb type-c管脚图显示了可选模式设计（来源：ti）
usb type 3.1规范
usb type 3.1规范更新了usb的电气性能，将数据传输速率提升到了10gbps（规范中称为superspedd+），这需要两个专用的高数数据差分管脚tx和rx，该规范还将基准功率提升到了5v150ma。
usb功率传输规范
usb功率传输规范（usb pd）定义了可选模式，同时也将可传输功率提升到100w，并极大的扩展了设计人员可用的功率传输范围，当与usb type-c线缆一起使用时，usb pd增加了两个设备间的双向功率，由于type-c配置通道（cc）管脚上的通信通道，这个双向功率甚至可以实时发生逆转。
尽管这三个规范是相互独立的，但支持hdmi协议的usb系统必须能够同时支持type-c和usb pd规范。此外每个重新映射的管脚必须能够支持其对应的hdmi 1.4协议的数据传输速率。
hdmi 1.4数据传输速率
hdmi 1.4总共有六个数据通道，分为四种不同的数据速率：
1
• hdmi以太网和音频通道（heac）：高速双向的数据通信通道，支持100base-tx（100mbps），heac包括符合iec 60958-1规范的流媒体音频组件
2
• tmds（转换最小化差分信号）：三个差分数据通道，用于高速视频和数据传输，hdmi 1.4的最大吞吐量为10.2gbps或者单通道3.4gbps
3
• ddc（显示数据通道）：它是基于行业标准i2c协议的通信通道，标准速率为100kbps，数据源设备能够识别支持的音频/视频格式
4
• cec（消费端电子控制）：属于低速数据通道，允许用户控制多大15个兼容的设备，此数据通道符合cenelec en 50157-1规范
hdmi接口管脚映射
标准的hdmi type-a接口如图2所示，图3显示的是支持hdmi可选模式usb type-c接口新的管脚定义。它包括的三个tmds差分通道和时钟信号映射到八个usb tx/rx管脚上，两个sbu管脚属于heac通道，cc管脚承担低速cec信号，注意d+/d-管脚并不会受此影响，因此usb2.0数据通道可以和hdmi并行工作。
图2：hdmi type-a接口一共有19个管脚，包括三个高速数据通道而且有屏蔽双绞线设计（来源：how stuff works.com）
图3：usb type-c可选模式接口中hdmi通道的管脚映射（来源：hdmi.org）
初始化hdmi可选模式
usb pd规范定义了进入可选模式所需的操作顺序，当用户在两个usb pd端口之间连接一个活动的type-c线缆时，会在cc通道上发生一系列的判断操作（如图4），协商确定采用usb模式还是可选模式以及采用哪一种可选模式标准，一组特定的供应商定义的消息（vdms）会用来确定要使用的标准。
图4：当usb pd端口首次识别出另一个usb pd端口的存在时就会进行协商，从而确定采用哪种传输协议以及数据格式（来源：ti）
虽然有些是hdmi操作不需要的，但是协商判断还包括其他usb pd功能，比如确定所需的功率大小以及传输方向。一旦初始化完成确定了hdmi所需的协议要求，两个端口根据需要对管脚进行映射，hdmi可选模式才开始正常工作。
hdmi可选模式架构
usb type-c接口要想集成hdmi还需要增加哪些硬件组件呢？图5显示的是usb pd接口的结构图，其中可选模式必备组件已经高亮显示了，注意尽管没有指定usb pd接口的功率级别，启用可选模式也需要同cc信号进行协商，因此usb pd phy和pd管理仍然是必须包含的：
1
• 可选模式物理层设备（phy）从高级图形处理单元（gpu）中获取视频信息，并将其进行编码通过三个tmds差分数据线传输
2
• 可选模式复用器（mux）支持在hdmi am和usb两种模式之间进行切换，对于hdmi应用它连接hdmi信号给符合标准的type-c接口管脚，对于usb 3.1应用它连接的是rx/tx信号，并根据数据传输方向进行切换。
图5：在usb type-c接口上集成可选模式需要额外两个模块，如图中绿色显示（来源：ti）
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