Type-C電子標記線纜的設計
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何時需要 電子標記?
本文引用地址：http://www.104case.com/article/201607/294609.htm出現以下任意情況時，Type-C線纜需要電子標記：
● VBUS電流需要超過3A
● 需要Alternate Mode
EMCA的類型
USB Type-C 中有兩種電子標記線纜組件(EMCA)：即被動EMCA和主動EMCA。其中的主要區別是：主動EMCA為SuperSpeed USB提供信號調節功能，如轉接驅動器和重定時器功能。
以下是每種配置的一些例子。
被動EMCA：不改變USB數據信號的EMCA就是被動EMCA，可采用兩種方式設計：配備或不配備貫穿整條線纜的VCONN 導線。
● 每個插頭配備一個線纜控制器的被動EMCA(即每條線纜配備兩個線纜控制器)。此時， VCONN 導線不需要貫穿整條線纜(如圖8所示)。
圖8 每個插頭配備一個線纜控制器的被動EMCA
● 被動EMCA ,每條線纜只配備一個線纜控制器。此時，VCONN 導線將貫穿整條線纜。需要使用隔離元件以便于從線纜的一端的引入VCONN用于向線纜控制器供電(如圖10所示)。
圖9 每條線纜配備一個線纜控制器的被動EMCA
主動EMCA：加了一些額外器件比如信號驅動芯片等用于調節USB數據信號的EMCA。這可以實現更長的線纜或光纜。
很多人認為被動EMCA就是不需要電能的線纜，但是實際情況并非如此。被動和主動EMCA都需要某種形式的電能來驅動標記電路。
設計考量
本節探討設計EMCA時應該考慮的USB Type-C規范中的不同功率要求。
通過USB Type-C線纜提供的VBUS 電能
對通過USB Type-C 線纜提供的VBUS 電能的最低要求與現有USB線纜相同。EMCA可以使用VBUS -而不是VCONN -來驅動線纜電路，因為VBUS 貫穿了整條線纜。配有PD的VBUS支持更高的電壓(最高20V)。因此，任何一條含有由VBUS 供電的電子元件的USB Type-C線纜都必須能夠承受20V電壓。
所有VBUS引腳必須在USB Type-C插頭中互連。 全功能線纜每一端的VBUS引腳需要一個10毫微法的旁路電容器(30V的最小額定電壓)。該旁路電容器應盡量靠近電源墊。所有GND引腳必須在USB Type-C插頭中互連。
對VCONN的要求
VCONN的功能不同于VBUS，因為VCONN 與線纜另一端相互隔離。VCONN獨立于VBUS，而且與能夠使用USB PD支持更高電壓的VBUS 不同，VCONN 的固定為5V。表1顯示了所支持的VCONN 范圍，以及VCONN源應滿足的其它功率要求。
表1 VCONN源的特性
為了降低VCONN上的功率 ，DFP可以在以下任意情況發生時關閉VCONN ：
在一個CC引腳上檢測到有效電壓后(Rd在該引腳上)，未在另一個CC引腳上檢測到Ra ;
完成線纜發現過程后，確定不再需要 VCONN ;
線纜發現消息未被線纜響應
EMCA必須向VCONN引腳上的Ra接地層提供一個最大DC阻抗。電容器允許出現±20% 的公差，以便通過EMCA標記芯片中未經調整的片上電容器得到實現。表2列出了對EMCA中VCONN引腳上接地層的阻抗值。
表2 EMCA終結要求
如果沒有VCONN，供電線纜不應妨礙CC的正常工作，其中包括UFP檢測、電流宣稱和USB PD運行。表3列出了使用VCONN電能的線纜應滿足的要求。
表3 VCONN特性
USB掛起模式下，電子標記線纜從VCONN 獲取的電流不應超過7.5mA。
被動EMCA(不含數據總線信號調節電路)從VCONN 獲取的功率不應超過70 mW。
主動EMCA(含數據總線信號調節電路)從VCONN 獲取的功率不應超過1W。
VCONN供電配件
VCONN供電配件是一個直接附著式UFP，它實現了Alternate Mode，而且能夠只使用VCONN進行工作。VCONN供電配件向VCONN引腳上的Ra接地層提供一個最大阻抗。VCONN供電配件應能在2.7V-5.5V VCONN電壓范圍內工作。
其它設計考量
借助Type-C，一條線纜將具備多個功能，其中包括VBUS配電、USB數據和 alternate mode。alternate mode的一個常見例子是在一個或兩個USB SuperSpeed 線路上傳輸的DisplayPort。電力、數據和圖像的這種三合一打造了一個高電力、單線纜、超薄、易用的對接解決方案。為了使這條Type-C線纜同時支持Type-C和USB-PD功能，我們還需要采用其它技術。由于并非所有線纜都具備相同的能力或性能，需要一項USB-IF認證來表明某條線纜滿足規范中的所有要求。谷歌、亞馬遜等公司已公開表明，USB Type-C線纜必須通過認證，任何未經認證的線纜都會給DFP和UFP帶來安全風險。 在發起任何USB-PD供電確認之前，DFP將通過SOP*枚舉來確認線纜是否獲得了USB-IF認證。
與OEM線纜成品必須通過認證一樣，Type-C線纜中的標記芯片也必須通過認證。賽普拉斯半導體公司的CCG2 EZ-PD PD控制器是市場上在首個認證測試日中首款通過認證的標記芯片。
賽普拉斯CCG2 EZ-PD標記芯片的可編程性可讓用戶輕松編程線纜特性。因為現在不同的線纜中的標記芯片內都植入了不同的廠商自定義信息，這一點變得越來越重要。此外，當最終用戶的要求或參數發生變更時，或當USB-IF修改USB Type-C或USB-PD規范時，這個特性也是必不可少的。用戶可以使用賽普拉斯的CC引導裝載程序技術，輕松地將這些變更重新編程到線纜成品中。
對EMCA應用中的線纜控制器的主要應用級要求包括：
● 支持最新PD規范中定義的USB-PD協議;
● 支持BMC編碼的物理層;
● 支持VCONN導線上內置的Ra電阻器;
● 能夠使用VCONN電源向芯片供電;
● 支持用于實現每條線纜只配備一個線纜控制器的被動EMCA的內置隔離元件(圖10);
● 支持通過斷開Ra電阻器達到節能目的;
● 支持CC 和VCONN 引腳上內置的系統級防護;
● 支持引導裝載程序，以便隨著USB Type-C和USB PD的演進，支持通過CC進行固件升級。
每條線纜配備一個CCG2的被動EMCA
在這種EMCA架構中，其中一個插頭中包含一個CCG2標記芯片。這種方法要求一條VCONN 導線貫穿整條線纜，這樣一來，無論哪一頭連接主機(DFP)，芯片都能獲得供電。所需的隔離元件內置于CCG2中。有關這種方法和其它方法的詳情，請參閱：設計USB 3.1 Type-C線纜。
圖10 每條線纜配備一個CCG2的被動EMCA解決方案
圖10描述的是配備CCG2的被動EMCA，這種EMCA架構包含兩個CCG2，一個插頭包含一個。VCONN信號不貫穿整條線纜，而是終結于每個插頭的CCG2。
圖11 每個線纜插頭配備一個CCG2的被動EMCA解決方案
圖11描述的是配備CCG2的被動EMCA ，該EMCA支持PD。在線纜的兩端各嵌入一個CCG2，分別由兩端的USB Type-C端口供電。第二個CCG2的存在，使得VCONN不需要貫穿整個線纜。
每條線纜配備一個CCG2的主動EMCA
主動EMCA的主要功能是通過在數據路徑上添加一個信號驅動器提供信號調節功能。主動EMCA如需要配置/信號調節功能，可使用USB Power Delivery廠商自定義消息來尋找和枚舉線纜屬性。該方案需要從 VCONN電源獲取連續電能，因此DFP不能關閉線纜的VCONN 供電。
圖 12 每條線纜配備一個CCG2的主動EMCA解決方案
圖12描述的是配備CCG2的主動EMCA，其內嵌一個用于延長線纜長度的再驅動。
“設計USB 3.1 Type-C線纜”詳細闡述了制造商如何使用CCG2輕松設計被動電子標記線纜組件(EMCA)。“硬件設計指南”提供EZ-PD™ CCG2的硬件設計和PCB版圖指南。這些指南有助確保最佳的信號完整性，以及對USB Power Delivery和Type-C規范的全面遵從。賽普拉斯擁有一個廣泛的Type-C控制器產品組合(從單Type-C端口控制器EZ-PD™ CCG1、EZ-PD™ CCG2、EZ-PD™ 和CCG3到雙端口控制器EZ-PD™ CCG4)，此外還提供產品手冊、開發套件、應用說明、軟件下載、示例項目、演示視頻等有用工具。
市場上的很多USB Type-C線纜設計不合理，有可能損壞用戶的硬件設備。尤其是由于設計拙劣，很多線纜不遵從USB-C規范，電阻值不正確，導致EMCA消耗過多電能。在為您的新設備購買任何USB Type-C線纜之前，請查一下它是否真的遵從USB-C規范。本文Type-C和PD規范的基本概念，可用作設計全面遵從USB Type-C規范的電子標記Type-C線纜的參考指南。
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