广告

为简化和降低成本而集成的最新专用USB-C控制器芯片

时间:2018-03-22 11:15:01 作者:RushilKadakia, Cypress Semicon 阅读:
随着USB Type-C接口标准的推出,全新USB PD 3.0标准将得到认可。USB Type-C标准提供了一种新的连接器/插座设计。这种USB-C插头可双向插接,更便于用户使用。相比于熟悉的USB Type-A连接器,此USB-C连接器更小,并能够承载HDMI,DisplayPort通信以及USB通信。
广告

USB开发者联盟(UBS-IF)推出的USB供电(USB PD)标准最新3.0版本将引发电源适配器、移动电源和充电器制造商为笔记本电脑、平板电脑和手机等新消费类设备开发新产品的浪潮。通过USB Type-C连接器实现的USB PD 3.0可使用最大20伏 / 5安电源,将USB接口的额定功率从7.5瓦提高到最高100瓦。通过引入USB PD 3.0,使通过USB Type-C的电池可快充和为一体式PC的供电系统成为可能。

随着USB Type-C接口标准的推出,全新USB PD 3.0标准将得到认可。USB Type-C标准提供了一种新的连接器/插座设计。这种USB-C插头可双向插接,更便于用户使用。相比于熟悉的USB Type-A连接器,此USB-C连接器更小,并能够承载HDMI,DisplayPort通信以及USB通信(请参见图1)。

关键的是,USB-C连接器也可与USB PD 3.0兼容。因此,电源适配器制造商现在可以生产通过一个采用标准外形和协议的小型双向连接器提供高达100瓦功率的电源或充电器。这意味着,消费者将会很快熟悉并理解这项技术,该技术还使得任何USB-C设备可进行互操作。

这看上去是一个不错的理念。实际上,分析师同样认为在2016年至2021年期间,采用USB-C接口的USB PD设备的关键控制器组件市场将实现89%的年复合增长率。

Cypress18032201
图1:标准USB-C接口可以替代消费类设备中的多个其他接口

然而,生产一种单元紧凑、材料成本具有竞争力且具备上述所有优点的功率器件,比系统设计师所想象的更具挑战性。

首先,我们可以预见 ,USB-C和USB PD标准将确保不同制造商产品之间的互操作性,有助于维持消费者对USB接口作为多种设备充电和供电渠道的信心。实际上,USB标准本身和与UBS并存的标准(例如用于移动设备Quick Charge的Qualcomm QuickCharge技术)都需要定期修订和更新,以考虑新兴用户需求和新技术功能。Quick Charge技术最新版本是4.0版。这意味着自v1.0发布以来已经进行三次重大修改,而且4.0版本不可能是最后一次。

与此同时,USB PD 3.0标准本身不仅仅是一个设置用电设备输入电压和电流限制的电源规格,它的作用更多的是关于通信协议,通过这些协议,连接的设备可以建立自己的身份,执行功能以及在任何给定场景中作为供电方或用电方需要扮演的角色。该标准还包括可以产生可变输出功率,适用于多种终端设备的可编程电源相关规定。的。

总之,负责设计具有USB PD 3.0功能的USB-C电源适配器或充电器的工程师通常需要:

• 达到USB PD 3.0规范要求

• 在设计中提供定期更新范围以考虑规格变化

• 提供如可编程电源和支持Quick Charge技术的理想功能

分立实现的缺点

一个能够满足上述要求的USB-C PD3.0系统具有一定的功能要求,其中的一些要求将分别通过硬件和软件实现。

硬件功能包括:

• USB PD电源控制器

• 电压调节器,从而为电源控制器和其他有源组件供电

• 一个高压P - MOSFET,根据来自USB PD功率控制器的脉宽调制信号向用电设备供电

• 驱动MOSFET的高压门极驱动器

• USB-C标准中规定的配置通道(CC)上的短路保护。 CC总线用于传送PD协议信号。

• 输入电源总线(VBUS)上的过电流保护

• 静电放电保护

在软件中,电源适配器需要实现USB-C和USB PD3.0协议并在必要时兼容Quick Charge协议。

通过使用多个分立组件,可以实现上述硬件和软件功能:通常通过一个微控制器执行系统控制和电源控制功能并运行协议软件,此外还有分立MOSFET、栅极驱动器以及过流、过压和静电放电保护组件。

以这种方式通过使用多个分立元件来实现USB-C电源适配器,移动电源或充电器具有以下缺点:

• 需要很多组件

• 多个组件在电路板上的占用面积较大,使PCB变得更大、更复杂和更昂贵

• 由多个固定功能硬件组件组成的系统不具有灵活性,因此更加难以根据规格或用户要求的变化实现快速更新设计

为简化和降低成本而集成

为了避免产生这些缺陷,赛普拉斯半导体在2017年上半年推出了用于USB-C的CCG3PA高集成电力传输控制器。在CCG3PA中,除了高压电源开关之外,其他硬件功能被集成到一个芯片系统中。 赛普拉斯提供USB-C、USB PD 3.0和Quick Charge 4.0协议栈,且该软件在带有同时读写功能的64kB闪存支持的ARM®Cortex®-M0处理器内核上运行,因此更便于进行应用固件升级,保持互操作性。 CCG3PA在出厂时已通过符合USB PD 3.0标准的认证。该芯片还经过Quick Charge 4.0、3.0和2.0认证。

如图2所示,CCG3PA具有高集成度,与通过使用分立组件实现的功能等效系统相比,具有组件数量更少、电路板占位面积更小、电路板布局更简单以及材料成本和PCB成本更低的优势。

Cypress18032202
图2:CCG3PA电源控制器如何实现BoM集成

这些适用于整个产品生命周期的系统级优势十分重要,但在设计周期中还有一点非常重要:CCG3PA得到了一套完整全面开发资源的支持,与使用分立组件的普通开发流程相比,可大幅缩短产品上市时间。这些资源包括:

• 用于45W USB-C笔记本电源适配器以及最大功率为27W的移动设备充电器的独立参考设计。这两种参考设计均带有包含电路原理图的文件。

• 综合全面的CCG3PA评估套件(部件号CY4532),包含一个USB-C受电或充电端口和一个USB Type-A充电端口。该评估套件可用于为笔记本电脑、手机和其他USB设备供电和充电以及并为单或双电池USB-C移动电源充电。

这些参考设计和评估板共同为许多终端产品设计提供了先进的蓝图,只需进行少量修改就能满足特定的客户需求。

结论

CCG3PA采用24引脚QFN或16引脚SOIC封装,是一款适用于符合USB PD 3.0 标准的USB-C上的紧凑型系统级芯片,只需添加外部MOSFET和AC-DC转换器即可成为一个符合最新USB供电标准的完整离线电源适配器/充电器。

CCG3PA适配器和充电器综合解决方案提供适用于多个终端设备的可编程电源,并支持Qualcomm Quick Charge充电技术。与使用分立元件的任何技术相比,可节省开发时间、BoM成本和空间。

本文为EET电子工程专辑 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
  • 金刚石突破引领高性能电子产品的未来 金刚石以其优异的性能而闻名,长期以来一直有望应用于各种领域,但其作为半导体的潜力却一直面临着商业化的障碍。Advent Diamond公司在解决关键技术难题方面取得了长足进步,特别是制造出了掺磷的单晶金刚石,从而形成了n型层。
  • CEA-Leti披露价值8.3亿欧元欧洲试验线细节 CEA-Leti现已宣布启动FAMES项目,这是一条全耗尽绝缘体上硅(FD-SOI)试验线,用于非易失性嵌入式存储器、3D集成、射频元件和电源管理IC等应用,以确保欧洲主权。在FAMES试验线启动之际,笔者对CEA-Leti首席技术官Jean-René Lèquepeys进行了独家专访。
  • 2024年《财富》中国500强榜单揭晓:国家电网继续领跑,京东荣登民企榜首 在这份榜单中,国家电网有限公司以5459亿美元的营收连续多年稳居榜首,而京东集团则以卓越的表现成为排名最高的大陆民营企业。
  • 台积电A16工艺在技术领导力竞赛中取得突破 台积电(TSMC)公布了最新的A16芯片制造工艺,改变了技术领先者的游戏规则。该工艺可能领先英特尔的18A节点。但目前还不清楚哪家公司将赢得工艺技术冠军。
  • 英诺赛科反对,在美被判侵权EPC氮化镓相关专利可能被禁 关于英诺赛科与宜普公司的两项包括氮化镓技术在内的专利侵权案有了最终判决。美国国际贸易委员会的裁定结果是,英诺赛科侵权宜普公司的其中一项专利。 不过英诺赛科并不同意该判决,判决中提到的英诺赛科侵权EPC的294专利 ,英诺赛科认为,EPC的294专利是无效的。
  • DSP应用市场的大蛋糕,国产厂商能吃下多少? 从DSP芯片的发展历程不难发现,从早期理论到前几代DSP产品应用,均由国外巨头完成。中国的DSP芯片产业起步较晚,但同时中国也是全球DSP芯片最大的应用市场,在贸易摩擦和地缘政治影响下,国内一批DSP芯片企业凭借技术创新和坚持不懈的努力,正逐步打破国外厂商垄断……
  • 全球折叠屏手机快速增长,中国品牌压 • 得益于西欧、关键亚洲市场和拉丁美洲市场的增长,以及中国品牌的持续领先,全球折叠屏手机出货量在2024年第二季度同比增长了48%。 • 荣耀凭借其在西欧特别强劲的表现,成为最大的贡献者,成为该地区排名第一的品牌。 • 摩托罗拉的Razr 40系列在北美和拉丁美洲表现良好,为其手机厂商的出货量贡献了三位数的同比增长。 • 我们预计,头部中国手机品牌厂商的不断增加将至少在短期内抑制三星Z6系列在第三季度的发布。
  • AI网络物理层底座: 大算力芯片先进 AI技术的发展极大地推动了对先进封装技术的需求,在高密度,高速度,高带宽这“三高”方面提出了严苛的要求。
  • 奕斯伟计算DPC 2024:发布RISAA(瑞 奕斯伟计算2024首届开发者伙伴大会以“绿色、开放、融合”为主题,从技术创新、产品应用、生态建设等方面,向开发者、行业伙伴等相关方发出开放合作倡议,加速RISC-V在各行各业的深度融合和应用落地,共同推动RISC-V新一代数字基础设施生态创新和产业发展。
  • 重磅发布:Canalys 2024年中国云渠道 2024年 Canalys 中国云计算渠道领导力矩阵冠军厂商分别是:阿里云、华为云和亚马逊云科技(AWS)
广告
热门推荐
广告
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了