USB Type-C? 和 USB Power Delivery (PD) 的引入將永遠(yuǎn)改變我們與筆記本電腦/平板電腦/智能手機(jī)和配件的交互方式 一根電纜提供電源和數(shù)據(jù)，無需預(yù)先配置到哪一端或設(shè)備是主機(jī)還是客戶端。電源可以來自兩端或設(shè)備，電源角色可以根據(jù)條件動(dòng)態(tài)變化。隨著 USB PD 2.0 設(shè)備進(jìn)入市場(chǎng)，我們立即目睹了幾個(gè)用例，推動(dòng)了我們認(rèn)為可能的范圍。

圖 1 顯示了主機(jī)、集線器和外設(shè)的常見配置。目的是通過集線器為主機(jī)充電，同時(shí)為硬盤驅(qū)動(dòng)器供電并在顯示器上保持無損圖像。但是當(dāng)你拔下充電器插頭時(shí)會(huì)發(fā)生什么？

圖 1：由 USB PD 集線器供電的 USB PD 主機(jī)

嗯，這取決于，這就是手頭的問題。在許多系統(tǒng)中，權(quán)力角色交換不夠快；由于USB PD主機(jī)成為電源，數(shù)據(jù)和視頻連接短暫失敗。其他系統(tǒng)在原始電源角色建立后進(jìn)入備用模式（如TI的快速交換），確保即使充電器從USB PD集線器上移除也有穩(wěn)定的電壓可用。

圖 2：由 USB PD 主機(jī)供電的 USB PD 集線器

盡管設(shè)計(jì)人員使用 USB PD 2.0 找到了解決此問題的方法，但很明顯，需要一種通用方法來提供設(shè)備之間的互操作性和一致性。

新的 USB PD 3.0 規(guī)范引入了一種解決方案，可在 USB Type-C 和 USB Power Delivery 生態(tài)系統(tǒng)中提供更加一致的用戶體驗(yàn)。原始來源必須認(rèn)識(shí)到權(quán)力已被移除并啟動(dòng)權(quán)力角色交換。原始接收器必須以比正常 PD 電壓變化期間所允許的速度快得多的速度向原始源供電。這兩個(gè)組件允許原始電源在斷電情況下保持供電。

當(dāng)源將 CC 線拉至 490mV 以下 60-120μs 時(shí)，將啟動(dòng)快速角色交換。圖 3 顯示了集成到TPS65983B中的信號(hào)組件。

TPS65983B 是一款獨(dú)立式 USB Type-C 和 USB 供電 (PD) 控制器，可在 USB Type-C 連接器中提供電纜插入狀態(tài)和方向檢測(cè)。在電纜檢測(cè)過程中，TPS65983B 會(huì)在 CC 線上使用 USB PD 協(xié)議進(jìn)行相應(yīng)傳輸。當(dāng)完成電纜檢測(cè)和 USB PD 協(xié)商之后，TPS65983B 會(huì)使能相應(yīng)的電源路徑，并配置內(nèi)部和外部（可選）多路復(fù)用器的交替模式設(shè)置。 CC 引腳上的混合信號(hào)前端可為 Type-C 電源提供默認(rèn)值 (500mA)、1.5A 或 3A 三種電流、檢測(cè)電纜插入事件、確定 USB Type-C 電纜方向以及遵循指定的雙相標(biāo)記編碼 (BMC) 和物理層 (PHY) 協(xié)議自主協(xié)商 USB PD 合約。端口電源開關(guān)在 5V 電壓下可為傳統(tǒng) USB 電源和 Type-C USB 電源提供高達(dá) 3A 的下行電流。當(dāng) USB PD 電源用作供電器件（主機(jī)）、受電器件（設(shè)備）或供電-受電器件時(shí)，附加的雙向開關(guān)路徑可在最高 20V 的電壓下為其提供高達(dá) 3A 的電流。此外，TPS65983B 也可用作上行數(shù)據(jù)端口 (UFP)、下行數(shù)據(jù)端口 (DFP) 或者雙角色數(shù)據(jù)端口。端口數(shù)據(jù)多路復(fù)用器可實(shí)現(xiàn)端口與頂部或底部 D+/D– 信號(hào)對(duì)之間的 USB 2.0 HS 數(shù)據(jù)傳輸，并且具有一個(gè) USB 2.0 低速端點(diǎn)。

如我們所見，每條 CC 線上都有一個(gè)低電阻下拉。斷電后，TPS65983B 內(nèi)部控制器將在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間內(nèi)啟用這些下拉，向消費(fèi)者發(fā)出快速角色轉(zhuǎn)換即將發(fā)生的信號(hào)。

圖 3：CC 快速角色交換信令

接收到快速角色交換消息后，主機(jī)必須非常迅速地采取行動(dòng)。它具有不到 150μs 的時(shí)間來承擔(dān)源角色并在 3A 時(shí)提供高達(dá) 5V 的電壓。在正常條件下，假設(shè)典型值為 30mV/μs，5V 電源的開啟時(shí)間約為 158μs。為了滿足新規(guī)范，需要一個(gè)更快、更動(dòng)態(tài)的解決方案。幸運(yùn)的是，TPS65983B 集成了源電源和接收電源路徑。它能夠動(dòng)態(tài)更改內(nèi)部功率 FET 的開關(guān)時(shí)間以滿足新的時(shí)序要求，并且可以動(dòng)態(tài)重新配置限流設(shè)置以處理因快速導(dǎo)通時(shí)間而導(dǎo)致的浪涌電流增加。下面的圖 4 顯示了從舊源到新源的 VBUS 切換，以保持 VBUS 上的恒定電源。

圖 4：快速角色交換期間的 VBUS

USB Type-C 和 USB PD 現(xiàn)在可以提供必要的框架來完成用戶體驗(yàn)。TPS65983 不僅提供所需的 USB PD 3.0 信號(hào)，還包括功率 FET 和電源路徑控制，以完成快速角色交換的實(shí)施。不再需要專有或離散的實(shí)現(xiàn)。使用 TPS65983B 進(jìn)行快速切換從未如此簡(jiǎn)單。