在汽車應用中轉向USB Type-C供電

作者：安森美半導體高級產品線經理Pete Chadbourne

當汽車工業引入‘信息娛樂’的概念時，對制造商而言是個重大轉變，因為它帶來了汽車功能系統和非功能系統之間更緊密的集成。信息娛樂為駕駛員創造了一個新的接口，因此，它對我們如何與技術交互的影響幾乎與手機的引入一樣重要。

我們看到了主導的標準配置文件和用戶可升級的音頻系統-這大都是獨立的-被適合制造商的系統所替換，提供更多功能。它們迅速演變至包含導航，同時逐步整合更多對汽車其他系統的控制，例如氣候控制。安全特性，是今天先進駕駛輔助系統（ADAS）的前身，如倒車攝像頭，也成為信息娛樂中心的一部分，在相同的時期內，這些系統已被進一步擴展，使手機在汽車不斷增長的功能列表中不可或缺。

主要得益于USB接口（雖然藍牙也發揮著重要的作用），現在很容易將您的手機連接到您的汽車以接入媒體、訪問聯系信息或只是打電話。當選擇通過USB有線連接時，額外的益處是在您忙碌的早晨上班或在郊外悠閑地開車時，您的手機電池通過汽車充電。

這種便利不可低估，特別是考慮到如果使用頻繁，許多智能手機仍然很難靠一次充電維持一整天。但是隨著USB接口的發展，車主們將期望他們的汽車也同樣演進。汽車行業不像消費領域演變那么快，因此全新的連接器USB Type C的引入將對汽車制造商如何解決這一非常實際的挑戰產生重大影響。

他們不能忽視連接器配置文件正在改變的事實。由于手機的更新換代頻率遠高于汽車，消費者可能會接受一些滯后，但在選擇新的家庭汽車時，支持最新的USB接口將無疑是車主所期待的，尤其因為新標準將支持更多種設備充電。它將不再局限于手機、筆記本電腦、攝像機、平板電腦和其它需要更高功率的設備，都可通過USB Type-C充電。

BMC提供密鑰

使USB連接能提供或汲取達100 W電源的技術存在于規范的供電（PD）部分。它需要一個電源能夠提供這樣的功率水平，此外，還依賴于USB控制器能夠解譯連接的設備需求。雖然供電一直是USB規范的一個重要方面，但使用Type-C連接器和USB 3.x規格的電纜能最好地實現目前更高的功率水平。

Type-C連接可正反逆插，為用戶帶來了更多的便利，卻使開發更復雜。方向通過新的配置通道（CC）管理，該配置通道在連接器上有兩個專用的引腳，并支持連接的設備協商需要提供或汲取多少電源。該通道使用的協議是一種稱為雙相符號編碼（BMC）的差分曼徹斯特編碼。USB Implementer Forum（USB-IF）定義了五個供電配置文件：10W、18W、36W、60W和100 W。使用BMC協議，電源配置文件可在含USB Type-C接口的兩臺設備之間進行交換。編碼方案使用轉換來表示邏輯電平，而不是絕對電平，并且它結合了自己的時鐘信號，使得同步更簡單。然而，BMC協議依賴于一個物理接口，該接口能在具電氣挑戰的環境中可靠地解碼信號，而且很少有電氣環境比車輛環境更具挑戰性。

添加Type-C到汽車中

安森美半導體的FUSB302B是完全符合AEC-Q100車規的可編程的USB Type-C控制器，含電源傳輸，集成了一個BMC客戶端配置通道，支持全Type-C PD 2.0 的1.1版本。這意味著CC可用于檢測設備何時連接或未連接、主機或設備的當前功能，以及是否存在有源電纜，以及選擇所需的模式（如音頻適配器或調試附件模式）。圖1顯示了一個典型應用的框圖。

圖1：典型應用框圖

這顯示了控制器和主機處理器之間的I2C接口，說明FUSB302B沒有集成自己的處理器。這是該器件的一個重要特性，因為它無需為一個集成的處理器提供額外功率，同時支持固件駐留在位于系統任意處的處理器中，如果USB規范被修改，為制造商提供一個更簡單的升級路徑。圖2顯示了一個更詳細的應用示例。FUSB302T是FUSB302B的默認源配置選項，可用作在汽車應用中實施USB Type-C時構成完整系統的一部分。

圖2：應用示例顯示雙USB端口提供100 W能力

FUSB302B實施了一個CC開關，使它能夠檢測到它是作為設備主機還是雙角色端口連接，通過多個比較器和由主機處理器上的軟件控制的可編程DAC進行管理（圖3）。

圖3：配置通道開關功能

通過實施瘦BMC客戶端，包括BMC物理接口（PHY）和分組FIFO，主機處理器能夠使用I2C接口發送和接收數據包。這說明USB BMC PD的所有功能都可通過軟件訪問，使用口令讀寫FUSB302B的FIFO?？诹铎`活，支持USB PD規范的所有功能，包括突發寫入FIFO的快速分組處理。通過該CC接收到的每個有效數據包都存儲在FIFO中；BMC接收器感知CC上的活動，并啟用內部振蕩器。一旦檢測到，就會使用專用中斷通知主機處理器已接收到有效的數據包。圖4顯示了USB BMC PD塊框圖。

圖4：USB BMC PD塊

靈活性提供長期解決方案

通過在主機處理器上運行的固件，使USB控制器幾乎完全是軟件定義的，它為汽車制造商提供了一種長期的解決方案，以實施已經符合當前標準的USB PD（USB PD3.0的1.1版本），并通過對主機處理器進行簡單的固件更新來滿足未來對該規范的任何修訂。

對FUSB302B的優化設計結合高性能和低功耗，通過軟件配置來實現。通過選擇軟件可配置的格式，它無需另一個占用資源的嵌入式處理器，并通過支持由主機處理器定義其功能來增加其靈活性。這為汽車制造商提供了從Type A/B轉向實施USB PD的路徑，并最終實施Type-C，而無需更改USB控制器。