各種各樣的便攜式設(shè)備——無線揚聲器、無人機相機、VR 耳機和電動醫(yī)療設(shè)備——都依靠 USB Type-C 連接器的簡單性來重振多媒體數(shù)據(jù)流的充電和傳輸。

USB Type-C 接口指定可逆插頭方向和電纜方向，簡化了各種電池供電設(shè)備的連接和供電。它還整合了對各種接口技術(shù)的支持，包括 DisplayPort、HDMI 和 Thunderbolt（圖 1）。

圖 1：USB Type-C 正迅速成為連接具有不同電源要求的眾多設(shè)備的網(wǎng)關(guān)。圖片來源：賽普拉斯半導體。

USB Type-C 和供電標準正在獲得快速支持，同時滿足交流適配器和電源、電源集線器、擴展塢、智能插頭和顯示器等電源應用的需求。但在這個纖薄而時尚的連接器世界背后，隱藏著復雜的接口電子設(shè)備，它們與電力輸送協(xié)商、內(nèi)置保護、電力共享算法等問題作斗爭。

在本文中，我們將深入了解 USB Type-C 生態(tài)系統(tǒng)如何快速發(fā)展，以及新型電源和接口芯片如何促進從 USB Type-A、USB Type-B 和 USB Micro-B 的過渡設(shè)備。它特別深入研究了有望減少組件數(shù)量和縮小電路板空間的單芯片解決方案。

管理電源例如，芯片制造商正在添加智能電池算法，以實現(xiàn)更小的外形尺寸和更快的電池充電速度，同時推出新一代雙向穩(wěn)壓器，接受來自各種直流電源的輸入功率：AC/DC 電源適配器、旅行適配器和移動電源。

這些芯片將各種直流電源轉(zhuǎn)換為電源適配器輸入端的穩(wěn)壓電壓。Intersil 的新型降壓-升壓穩(wěn)壓器就是一個很好的例子：它支持具有降壓模式、升壓模式和降壓-升壓模式的 USB Type-C 生態(tài)系統(tǒng)，為多個端口和輸入源提供充足的靈活性。

單芯片 ISL95338 解決方案取代了目前用于雙向降壓和升壓模式的兩個電壓轉(zhuǎn)換器，并將 USB Type-C 設(shè)計的 BOM 成本降低了 50%。它采用 Intersil 的 R3 調(diào)制技術(shù)來提供輕負載效率和超快瞬態(tài)響應。

圖 2：USB Type-C 正在成為一種通用適配器，用于為各種設(shè)備提供數(shù)據(jù)傳輸和電源。圖片來源：德州儀器。

接下來，德州儀器通過最大功率點跟蹤技術(shù)為其電池充電控制器增加了智能。其電池算法自動檢測輸入電源的全部容量以優(yōu)化電流。這使得電池充電控制器能夠支持寬輸入和輸出電壓范圍以及更緊湊的適配器設(shè)計。

控制器芯片還有助于保持一致的系統(tǒng)和充電電流，以確保利用最大輸入功率。TI 用于 1 至 4 節(jié)（1S 至 4S）設(shè)計的降壓-升壓型電池充電控制器 — bq25703A 和 bq25700A — 承諾在降壓和升壓操作的不同模式之間無縫轉(zhuǎn)換，沒有任何死區(qū)。

這家總部位于德克薩斯州達拉斯的芯片制造商將這些充電控制器用于筆記本電腦、平板電腦、移動電源、無人機和智能家居應用等設(shè)備中的 USB Type-C 端口。

節(jié)省 BOM由兩個系列電池組供電的 USB Type-C 產(chǎn)品需要多個分立元件。它增加了 BOM 成本并在電路中引入了額外的故障點。Maxim Integrated 聲稱通過在單個芯片上集成充電器檢測器、升壓/降壓轉(zhuǎn)換器和帶有智能電源選擇器的鋰離子電池充電器，消除了芯片的拼湊。

用于 USB Type-C 設(shè)計的新芯片通過汲取充電適配器可提供的最大電流同時促進 28V 過壓保護，簡化了充電器架構(gòu)。MAX14748 芯片支持 USB Type-C 充電，功率是 Micro-USB 解決方案的兩倍。

同時，Silicon Labs 發(fā)布了一個參考設(shè)計，以簡化 USB Type-C 可充電鋰離子電池組的開發(fā)。該設(shè)計解決方案包括開發(fā)板、USB Type-C 供電 (PD) 堆棧、示例代碼、原理圖和硬件手冊。

圖 3：USB Type-C 電池組參考設(shè)計視圖。圖片來源：Silicon Labs。

參考設(shè)計（圖 3）旨在為開發(fā)人員提供對電池應用的完全控制，以協(xié)商各種電源方案。例如，PD 堆棧使設(shè)計人員能夠創(chuàng)建高級函數(shù)調(diào)用，以便協(xié)商和傳送 USB Type-C 消息以發(fā)送或接收電源。

USB Type-C 生態(tài)系統(tǒng)圍繞 USB Type-C 連接器和端口構(gòu)建的設(shè)計將在 2018 年需要大量芯片組。關(guān)鍵挑戰(zhàn)可能集中在成本、PCB 尺寸和電源管理上。

USB Type-C 生態(tài)系統(tǒng)還需要一套新的調(diào)試和測試工具。以 MIPI 聯(lián)盟為例，該聯(lián)盟最近更新了其用于調(diào)試和測試的窄接口 (NIDnT) 規(guī)范，以適應 USB Type-C 技術(shù)。

USB Type-C 是智能手機、筆記本電腦、平板電腦、無人機和家庭自動化設(shè)備等多節(jié)電池供電設(shè)備的首選接口技術(shù)。因此，預計 2018 年會有更多行動，很可能是向 USB Type-C 電纜和連接器過渡的一年。

審核編輯 黃昊宇