新型USB Type-C接頭，具有更高的效能且方便消費者使用，高端電子裝置廠商爭相在其裝置中應用該新接頭。然而採用該新標準時，製造商必須謹慎選擇一種方式，不僅能夠快速加入新接頭，而且在標準從初級開始變化時允許靈活升級。本文討論在選擇Type-C控制元件設計時的幾個重要方面，包括在標準發生變化時能夠進行升級，能夠跨越不同平台及未來平台使用，容易與現有設計、電源及尺寸整合。
選擇靈活Type-C控制元件
新型USB Type-C接頭，如圖1所示，具有更高的效能與易用性。高端電子裝置廠商爭相在其裝置中使用該接頭。然而採用該新標準時，製造商必須謹慎選擇一種方式，不僅能夠快速新增新接頭，而且在標準從初級開始演變時允許靈活升級。
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| 圖1 USB Type-C接頭 |
USB Type-C接頭只比標準的USB2.0 micro-B接頭稍大，但提供的功能卻多很多。在使用較舊的micro-B及STD-A接頭時，嚴重的是需要嘗試三次才能正確插入接頭。Type-C接頭在內部有更多的連接(24)，允許正反兩面插入，因此外頭接頭方便易用，減少較舊的micro-B及STD-A接頭的翻轉困擾，並且這些接頭兩端都相同，使得連接非常安全。其他的連接還支援更多的功能。
該新接頭還包含USB3.1 SuperSpeed、其他VBUS及GND線路及USB電源傳輸功能。USB3.1 SuperSpeed第一代(5Gbps)及第二代2(10Gbps)透過Type-C接頭傳輸，無需更大的接頭，與micro-B接頭相比，提供相同的SuperSpeed效能，但尺寸卻小很多。其他VBUS及GND線路(共4個)在任何裝置中提供3A標準效能，規定在使用特殊線纜時最高提供5A電流。
這些額外的線路在每個連接埠上最少提供15W電源，這是舊標準的兩倍。使用功率傳輸可支援更高的功率(在電壓提高到最高20V時，功率高達100W)，以及透過備用模式支援裝置間的專有資訊通訊。其他通訊協定組已經基於此升級，並且透過備用模式創建標準資訊傳送，比如DisplayPort，可以重新分配線纜中SuperSpeed線路的任務，傳輸本機DisplayPort視訊流量並使用SBU(邊帶使用)訊號進行邊帶通訊。為了充分利用備用模式實現專有解決方案，應該選擇具有功率傳輸功能的可編程設計控制器。
Type-C使用新引腳檢測連接及功率傳輸通訊。該信號與USB2.0/3.1收發器並聯，便於升級當前設計，以新增Type-C功能。Type-C連接檢測與現有USB2.0收發器並聯工作。更高級的韌體可以根據所連接兩個裝置的功能確定USB電池充電V1.2(BC1.2)、Type-C及功率傳輸之間的充電水準。
儘管Type-C控制器功能將來可能整合到處理器中，但在過渡時期可以在現有設計中新增單獨的控制器，與USB2.0收發器並聯(如前所述)。設計者可以僅選擇Type-C或選擇包括功率傳輸功能，根據裝置需要而定。儘管在裝置中整合Type-C介面非常棒，消費者實際上不會因為這而付出更多成本。因此，當設計者向現有系統中新增Type-C時，通常選擇尺寸較小、功率較低的東西非常重要，目的是盡可能少影響目前的尺寸、功率及成本。
在新接頭的早期一個非常重要的考慮因素是靈活性。Type-C標準於2014年8月發佈，並很快在2015年4月有了變化，隨著更多產品上市，可能會發生更多變化，互通性問題隨即產生。因此，好的設計決策是使用可升級的東西，從而允許將來標準變化。韌體可編程設計解決方案允許修改信令及時間，並適應大多數標準變化。還可以現場升級韌體變化，支援已售出的系統與新標準版本相容。韌體可以存在於具有內嵌微控制器或使用外部處理器/控制器的架構中。
為了實現最優解決方案，考慮到尺寸、功率及成本，最好在現有處理器或控制器中加入韌體控制。很多產品目前已有處理器或控制器，使得Type-C裝置中的內嵌微處理器變得多餘，增加了電路板空間、額外功率及額外成本所占的系統成本。
允許可升級性的一種方式是允許對需要實現該標準的基本裝置進行韌體控制：拉低、拉高及比較器，以及提供方便的方式進行功率傳輸通訊。標準的變化通常在時間及狀態機控制上。如果在韌體中實現時間及狀態機，就能夠很方便地透過系統韌體更新改變它們。這樣就允許輕鬆實現生產、甚至現場可編程設計更新中的變化，從而修改消費者已購買的裝置。
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| 圖2 典型的Type-C設計實作 |
半導體廠新研發的帶功率傳輸功能的FUSB302 Type-C控制器就是一個這樣的元件範例，允許製造商產品快速上市，具有有限的尺寸、功率及成本。可以將大小僅為1.2mm×1.26mm的元件輕鬆新增至現有設計中，尤其是因為不需要考慮特殊佈局，並且能夠實現所有Type-C及功率傳輸功能，包括供應商定義訊息及高達100W的功率水準配置。
FUSB302中沒有整合微處理器，其功率非常低，實現連接檢測的功率水準為25µA。這是行動裝置的最常見狀態，因為大多數行動裝置不會有長期連接到USB介面的東西，並且需要較低的功率來延長電池壽命。FUSB302由外部處理器透過I2C介面控制。該元件控制對釋放處理器負荷有嚴格時間要求的基本功能，但允許外部處理器實現控制，從而提供根據標準變化進行升級的靈活性並為希望實現特殊功能的設計者提供靈活性。
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| 圖3 FUSB302框圖 |
這種解決方案的靈活性還允許跨越多個平台使用單個Type-C控制解決方案，只須修改韌體特性來匹配不同平台類型的特性。這樣可以節省設計階段及裝置管理成本，並且由於較小的尺寸及較低的功率使得實現比較容易。
總之，新型Type-C接頭提供很多新的具有吸引力的特性，設計者能夠透過向其現有及未來的設計中新增Type-C控制器快速利用這些特性。然而，設計時須要謹慎考慮，從而限制成本、功率及空間影響，同時保持根據標準變化升級的能力。據此，一個理想的解決方案是透過現有控制器如FUSB302實現完全可編程設計韌體。
(本文作者任職於Fairchild Semiconductor)