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连接器厂家:USB PD 3.0规范中新的快速角色交换实现方法

作者:超级管理员时间:2022-05-11 11:18:5625次浏览

信息摘要:

当USB PD集线器发现它断电时,它会通过配置通道(CC)线路通过其双角色端口(DRP)将FRS信号发送到笔记本电脑主机上的同一端口。在笔记本电脑上,每个USB Type-C连接器端口上的USB PD控制器负责检测FRS信号并通知嵌入式控制器(EC)。...

  您连接电子设备的方式在USB Type-C连接器出现之时已开始发生改变了。随着支持高速数据传输和传输大功率的能力,USB Type-C端口的使用范围不断扩大。与此同时,USB Power Delivery (PD) 和 USB Type-C规范本身也在不断改进。虽然消费电子制造商普遍使用USB Type-C连接器作为连接电源和数据的标准端口,但他们仍然面临许多挑战。让我们来看看USB PD 3.0规范中引入的新的快速角色交换(FRS)功能及其对笔记本电脑电源子系统电路的影响。

  快速角色交换的目的

  FRS技术旨在确保在该集线器的输入端口(上行端口,UFP)断电时,与集线器和连接到它并由USB总线供电的所有设备进行不间断的数据交换。例如,考虑图 1a 所示的典型配置,其中笔记本电脑和 LCD 显示器连接到 USB 集线器。交流适配器用于为 USB 集线器供电(直到发生 FRS 事件)。在此配置中,USB设备(如闪存驱动器)由集线器供电,笔记本电脑的 USB PD主机充当电源接收器。

连接器连接(顶部)和断开(底部)电源的系统中的能量传输方向

  图上。图 1(下)显示了集线器电源关闭后系统中的电力传输方向。当USB PD集线器发现它断电时,它会通过配置通道(CC)线路通过其双角色端口(DRP)将FRS信号发送到笔记本电脑主机上的同一端口。USB PD主机不断监测CC线,在检测到FRS信号后,将其角色从电流接收器转变为电流源,集线器的DRP端口相应地成为接收器。在 FSR 事件的整个持续时间内,闪存驱动器和监视器继续运行,而不会注意到先前电源的丢失。

  FRS功能——对电源子系统电路的新要求

  FRS概念很简单,但支持FRS规范并不容易。在这种情况下,有两个主要问题:

  切换时间,称为参数 tSrcFRSwap,必须小于150µs。这段时间从Vbus上的电压降至vSafe5V以下开始计算,直到出现新电源的总线上的电压。

  对 FRS 信号的响应取决于 Vbus 是高于 vSafe5V 还是等于 vSafe5V。如果原始 Vbus 大于 vSafe5V,则新电源首先等待 Vbus 降至 vSafe5V,然后才开始稳定 Vbus 电压,使其保持在根据规范允许的 vSafe5V 范围内。如果原来的 Vbus 为 5.0V,那么新的电源应在收到 FRS 信号后立即开始稳定 Vbus。实际上,问题在于新来源没有时间做出决定。

  笔记本电脑中的 FRS 支持

  在笔记本电脑上,每个USB Type-C连接器端口上的USB PD控制器负责检测 FRS 信号并通知嵌入式控制器 (EC)。检测到 FRS 事件后,降压-升压充电器被禁用,笔记本电脑切换到电池供电。

  同时开启一个5V DC/DC转换器,其输入接笔记本电池,输出接DRP端口,在Vbus线上产生vSafe5V电压。这种安排可能需要一个额外的 5V DC/DC 转换器和适当的电源管理节点来为 5V DC/DC 转换器输入和电池输出提供电池电压到 DRP 端口。

USB Type-C连接器

  目前还显示了一个新电路,该电路在反向模式下使用降压-升压充电器将 Vbus 稳定在 vSafe5V。由于其对称架构,充电器可以正向和反向运行。与典型解决方案相比,新解决方案不需要额外的5V DC/DC转换器以及相关的开关和电源管理元件。但更重要的是,充电器的快速控制电路能够在所需的 150 µs 内将其从正向切换到反向。在此间隔期间,EC和充电器之间也有通信。除了,USB On-The-Go在整个电压范围内(5 ... 20 V),这是典型解决方案所不能夸耀的。

  在 USB PD 规范3版中引入的FRS技术可确保不间断供电和不间断系统运行。FRS功能的实现进一步扩展了USB Type-C连接器的功能,该连接器起初设计为提供直流电压和高速数据传输的通用设备连接接口。在笔记本电脑中,可使用升降压充电器来支持FRS功能,在这种情况下,完全满足USB Type-C规范的所有要求,且无需带有适当捆绑的附加DC/DC转换器。

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