如何解决USB-C接口在设计规范性上的问题？
raspberry 4 pi model b（树莓派4b）正式发布，从处理能力，通信方式，对外接口都进行了全方位的升级，为嵌入式开发者带来了福音。收到货后，不少开发者怀着激动的心情开始尝试使用。结果，却发现了usb-c接口在设计规范性上出现了严重的问题。
图1 带usb-c接口的树莓派4
经过实际测试发现，树莓派4上面的这个usb-c接口，其cc1和cc2是连接在一起的，并共用了一颗5.1k的电阻下拉到地。这个设计看似非常巧妙，usb-c接口的控制做到了极致简单，只需要一颗5.1k下拉电阻。当外接的usb-c cable是不带emark芯片的情况下，确实可以正常工作。因为这类usb-c cable的cc2是悬空的，只有cc1有连接到对端，所以，这种cable跟raspberry 4b的usb-c接口母座一连起来，就非常好的符合了sink端的设计规范，即cc1上，有一个5.1k的电阻下拉到地。
图2 树莓派4b在使用不带emark 芯片的连接线时的连接情况
但是，usb type-c规范里面，还规定了一种带emark 芯片的cable，这种cable的cc2上，有一个1k的下拉电阻，用来告知dfp端的cc识别芯片，需要往cc2上提供vconn source。一旦跟这样的cable连接起来，raspberry 4 pi model b就会出现严重问题。因为cc1和cc2连接起来后，会跟cable上的1k到地电阻并联，形成一个比1k电阻还小的阻抗，从而满足了usb-c规范中audio adapter accessory mode的连接规范，被电源端误认为是一个模拟耳机设备，从而拒绝供电。
图3 树莓派4b在使用带emark 芯片的连接线时的连接情况
通过上图我们可以看到，emark 连接线上的1k电阻会导致，cc1建立失败，1k电阻和5.1k电阻的并联，会导致raspberry 4b被认为是一个audio adapter accessory mode。解决这个问题的方法也很简单，只需要在cc1和cc2上各接一个5.1k电阻到地，互相独立就行了。这一点可以搜索一下笔者在2015年的原创文章《你真的需要type-c芯片吗》。这篇文章为大家提供了判断系统是否需要使用usb-c 控制芯片的三个原则和两个实现方法。
raspberry 4b在usb-c接口上的设计，其实属于入门级设计，因为这个接口仅仅用来进行5v供电和一个usb2.0 通信而已，并无复杂的音视频及usb3.0功能。在实际的嵌入式开发中，一个usb-c接口的功能，可能远不止于此。下面我们就大功率供电供电、高速信号传输、双c口drp控制三点进行阐述。
第一， 需要使用usb-c接口来获得9v/12v/15v/20v的供电电压。很多嵌入式系统具有非常复杂的功能，仅仅5v的供电，是无法满足要求的。那么，这个时候，只是通过在cc1和cc2上单独设置5.1k下拉电阻，就不够了，而是必须使用usb pd控制芯片，最好是能够灵活配置各种电压的usb pd控制芯片，例如ldr6015和ldr6021就可以实现这个功能。某些系统设计中，甚至希望usb pd控制芯片自动去判断适配器的最高功率档，让电源适配器直接供应最高功率给嵌入式系统，这个时候，就可以使用ldr6015max，可以不需要任何的控制，直接获得最高功率。
第二， 需要使用usb-c接口进行高速视频信号传输的应用开发。usb-c接口，可以同时支持10g/b的usb 3.1gen2数据传输和4k高清视频传输。但是要让sink端进入dp alt mode，这个时候必须使用一颗usb pd controller，例如ldr6282等。这类usb pd控制芯片，充当的是一个交通管理员的角色，通过usb pd通信，对usb-c cable内的高速差分对通路进行配置，让数据信号和视频信号适配到合适的差分对上。
第三， 双c口drp功能控制，很多嵌入式应用不仅仅使用单个usb-c口，还可能会有两个usb-c口，其中一个c口用于供电，另外一个c口用于进行高速数据及视频信号传输。但用户使用过程中，并不确定两个中的哪一个口会插上电源，或者多媒体设备，因此需要满足双c口盲插识别和控制，最典型的应用是usb-c接口的显示屏和投影仪。这就属于比较复杂的usb pd控制功能了。目前市面上仅仅有ldr6282可以满足这个需求。
图4 用于双c口drp控制的usb pd芯片ldr6282
综上所述，我们可以看出，对于usb-c接口仅仅用于供电和debug功能的嵌入式系统，usb-c接口并不需要使用任何芯片控制，通过cc1和cc2各自独立下拉一个5.1k电阻到地即可。对于需要用到大功率供电或者高清视频传输功能的嵌入式设计，则必须要使用usb pd控制芯片。
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经过实际测试发现，树莓派4上面的这个usb-c接口，其cc1和cc2是连接在一起的，并共用了一颗5.1k的电阻下拉到地。这个设计看似非常巧妙，usb-c接口的控制做到了极致简单，只需要一颗5.1k下拉电阻。当外接的usb-c cable是不带emark芯片的情况下，确实可以正常工作。因为这类usb-c cable的cc2是悬空的，只有cc1有连接到对端，所以，这种cable跟raspberry 4b的usb-c接口母座一连起来，就非常好的符合了sink端的设计规范，即cc1上，有一个5.1k的电阻下拉到地。
图2 树莓派4b在使用不带emark 芯片的连接线时的连接情况
但是，usb type-c规范里面，还规定了一种带emark 芯片的cable，这种cable的cc2上，有一个1k的下拉电阻，用来告知dfp端的cc识别芯片，需要往cc2上提供vconn source。一旦跟这样的cable连接起来，raspberry 4 pi model b就会出现严重问题。因为cc1和cc2连接起来后，会跟cable上的1k到地电阻并联，形成一个比1k电阻还小的阻抗，从而满足了usb-c规范中audio adapter accessory mode的连接规范，被电源端误认为是一个模拟耳机设备，从而拒绝供电。
图3 树莓派4b在使用带emark 芯片的连接线时的连接情况
通过上图我们可以看到，emark 连接线上的1k电阻会导致，cc1建立失败，1k电阻和5.1k电阻的并联，会导致raspberry 4b被认为是一个audio adapter accessory mode。解决这个问题的方法也很简单，只需要在cc1和cc2上各接一个5.1k电阻到地，互相独立就行了。这一点可以搜索一下笔者在2015年的原创文章《你真的需要type-c芯片吗》。这篇文章为大家提供了判断系统是否需要使用usb-c 控制芯片的三个原则和两个实现方法。
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第一， 需要使用usb-c接口来获得9v/12v/15v/20v的供电电压。很多嵌入式系统具有非常复杂的功能，仅仅5v的供电，是无法满足要求的。那么，这个时候，只是通过在cc1和cc2上单独设置5.1k下拉电阻，就不够了，而是必须使用usb pd控制芯片，最好是能够灵活配置各种电压的usb pd控制芯片，例如ldr6015和ldr6021就可以实现这个功能。某些系统设计中，甚至希望usb pd控制芯片自动去判断适配器的最高功率档，让电源适配器直接供应最高功率给嵌入式系统，这个时候，就可以使用ldr6015max，可以不需要任何的控制，直接获得最高功率。
第二， 需要使用usb-c接口进行高速视频信号传输的应用开发。usb-c接口，可以同时支持10g/b的usb 3.1gen2数据传输和4k高清视频传输。但是要让sink端进入dp alt mode，这个时候必须使用一颗usb pd controller，例如ldr6282等。这类usb pd控制芯片，充当的是一个交通管理员的角色，通过usb pd通信，对usb-c cable内的高速差分对通路进行配置，让数据信号和视频信号适配到合适的差分对上。
第三， 双c口drp功能控制，很多嵌入式应用不仅仅使用单个usb-c口，还可能会有两个usb-c口，其中一个c口用于供电，另外一个c口用于进行高速数据及视频信号传输。但用户使用过程中，并不确定两个中的哪一个口会插上电源，或者多媒体设备，因此需要满足双c口盲插识别和控制，最典型的应用是usb-c接口的显示屏和投影仪。这就属于比较复杂的usb pd控制功能了。目前市面上仅仅有ldr6282可以满足这个需求。
图4 用于双c口drp控制的usb pd芯片ldr6282
综上所述，我们可以看出，对于usb-c接口仅仅用于供电和debug功能的嵌入式系统，usb-c接口并不需要使用任何芯片控制，通过cc1和cc2各自独立下拉一个5.1k电阻到地即可。对于需要用到大功率供电或者高清视频传输功能的嵌入式设计，则必须要使用usb pd控制芯片。
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