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TYPE-C的E-MARK 芯片是个什么鬼?【升级版】



在去年我们有分享过TYPE-C的E-MARK 芯片相关资讯,上周有看到慧能泰半导体 分享的更新资讯,发现有很多不错的角度分享说明,所以我们就整理发布啦升级版本的TYPE-C的E-MARK 芯片是个什么鬼,希望能带给线缆行业朋友圈朋友们一些收获!


USB Type-C凭借其自身强大的功能,在Apple, Intel, Google等厂商的强势推动下,必将迅速引发一场USB接口的革命,并将积极影响我们日常生活的方方面面,TYPE C作为新一代物理接口标准,现在伙伴们一起,经常会讨论一个问题,USB Type-C的设备到底是否需要CC逻辑检测与控制E-MARK芯片,还有很多伙伴会问到,我们说的TYPE-CE-MARK 芯片又究竟是个什么玩意?


正方观点如果连接一个简单的适配器,一个U盘,一个鼠标,都要带上TYPE-C芯片,是否多此一举.

反方观点作为新一代的物理接口标准,TYPE-C要体现与众不同的高端大气上档次,必须所有的USB PD角色定义和角色切换,都通过USB TYPE-C 协议中的CC逻辑及通讯来实现.

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消愁毛不易 - 明日之子 第7期

E-Marker芯片的使用场景

USBType-C规范定义了各类USB Type-C线缆:

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  • 全功能的USB Type-C线缆:一种支持USB 2.0和USB3.1数据传输的USB Type-C到Type-C类型的线缆

  • USB 2.0 Type-C线缆: 两端带有USB2.0 Type-C公头的USB 2.0 Type-C线缆,适用于USB2.0

  • 固定式Type-C线缆:一端带有全功能的USB Type-C公头或USB2.0 Type-C公头的固定式Type-C线缆(CaptiveCable)

下图列出了需要带E-Marker芯片的线缆类型:

顺便说一下,在PD3.0规范中删除了FSK的通讯方式。原先在PD2.0规范定义的USB Type-C公头连接USB Type-A或者USB Type-B用到E-Marker的场景不再存在。

USB2.0 5A线缆的Type-C公头PCB设计要点 

带E-Marker芯片的USB2.0出线可以分为三类,总共六根线:

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  • USB2.0数据线D+/D-

  • Type-C通讯线CC和VCONN

  • 电源及地,传输5A电流

有些线缆不传输USB2.0的数据,只要传输5A电流即可。这样的线缆的出线只要VBUS、GND、CC和VCONN共4根线即可.

USB2.0, 5A的Type-C公头PCB设计要点:

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  • 采用普通的FR4材质的PCB材料即可,建议采用四层PCB,满足5A电流传输等级。内层的第二层和第三层分别走VBUS和GND。

  •  根据公头的规格,PCB厚度及公差满足设计要求

  • Top层出线,E-Marker芯片及阻容器件均放在Bottom底层。E-Marker芯片尽量选择尺寸、管间距大的封装E-Marker芯片,如2mm x 2mm DFN-6L封装。

  •  建议采用公板设计,也就是带E-Marker端和不带E-Marker端采用同一套PCB设计,根据BOM进行选焊。

  • D+/D-走线考虑阻抗匹配,平行、等长走线。

  • 控制PCB的长度和宽度,推荐尺寸为8.4mmx 6mm

USB3.1线缆的Type-C公头PCB设计要点 

带E-Marker芯片的USB3.1出线可以分为三类,总共16线:

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  • USB3.1的高速数据线TX1+/TX1-,RX1+/RX1-,TX2+/TX2-,RX2+/RX2-

  • USB2.0数据线D+/D-

  • Type-C通讯线CC和VCONN

  • 边带信号SBU1/SBU2

  • 电源及地

USB3.1线缆分同轴线和双绞线两种,双绞线的实际出线数量至少是16根,同轴线在双绞线的基础上,需要增加4根左右的GND出线,用于实现同轴线的屏蔽.

USB3.1数据标准采用的高速率已经进入到微波领域,通过连接器和线缆传输如此高的速率必须考虑通道的不连续性引起的失真,为了将失真程度保持在一个可控的水平,标准规定了线缆和连接器对的阻抗和回波损耗等指标。在测试项目上也包含了Impedance(特性阻抗)、Propagation Delay(传输延迟)、PropagationSkew(传输时滞)、Attenuation(衰减)、Crosstalk(串音)等测试项目。

USB3.1的Type-C公头PCB设计要点:

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  • 选用高频、高性能的PCB板材,建议采用六层PCB。少数厂家可以用4层PCB达到10GHz认证要求。建议内层的第二层和第五层分别走GND,GND,VBUS和GND。

  • 根据公头的规格,PCB厚度及公差满足设计要求。

  • E-Marker芯片及阻容器件均放在Bottom底层。E-Marker芯片尽量选择尺寸、管间距大的封装E-Marker芯片,如2mm x 2mm DFN-6L封装。

  • 建议采用公板设计,也就是带E-Marker端和不带E-Marker端采用同一套PCB设计,根据BOM进行选焊。

  • 高速信号线的走线要非常小心,走线考虑阻抗匹配,平行、等长走线,充分考虑防串扰。尽量少打过孔。建议差分阻抗85Ohm+-5Ohm。

  • D+/D-走线考虑阻抗匹配,平行、等长走线。

  • 控制PCB的长度和宽度。

  • 需要设计线夹位置,固定接线,方便加工

慧能泰半导体 (HynetekSemiconductor) 推出的USB Type-c线缆的电子标记芯片(E-Marker)HUSB330支持2mm x 2mm DFN-6L和2mm x3mm DFN-8L两种的封装。HUSB330在2017年已经获得USB-IF认证,TID 号: 1000060, XID 号: 0005396,有关带HUSB330的Type-C公头的PCB设计,请联系慧能泰半导体技术支持,他们将提供一站式支持!


使用E-mark第一原则:如果您希望通过USB TYPE-C接口来提供超过5V的电压,或者是超过3A的电流,那么一定需要TYPE-C接口芯片去实现USB PD协议.


使用E-mark第二原则如果您的设备使用5V电压,并且不超过3A的电流。那就要看设备本身的供电特性和数据传输特性,如果设备本身只往外供电,或者只接受对方供电,并且供电角色与数据传输角色为默认搭配(即供电方为HOST,用电方为Slave或者device),那么你不需要TYPE-C芯片.


使用E-mark第三原则这两个原则是用来判断设备上是否需要TYPE-C芯片,另外一点很受关注的C-C传输线上是否需要用到E-MARKER芯片,这个判断标准是,使用过程中,电流是否会超过3A?如果不超过,则可以不需要, A to C, B to C的线,则看是否需要实现Battery Charging协议,如果要实现,则可以使用LDR6013,带来的好处是,既能够实现充电,又能够传输数据,避免某些不遵守Battery Charging协议的适配器无法给苹果设备充电的问题





第一、用电方及Device这端,用两个5.1K下拉电阻,分别连接到C口母座的CC1和CC2上。如果需要判别插入方向,则用一个比较器,对两个电阻上的电压进行比较(如果是有处理器的系统,则可以用ADC去判断),比较结果即为方向.

第二、供电方或者说HOST这端(供电电压为5V)。用两个10K的上拉电阻分别对C口母座的CC1和CC2进行上拉。如果需要判别插入方向的,则用一个比较器,对两个电阻上的电压进行比较(如果是有处理器的系统,则可以用ADC去判断),比较结果即为方向.

第三如果要过USB-IF认证,那么,除了那种在适配器上直接伸出来不可拔除的USB公头输出线之之外,其他DFP应用都乖乖的加上USB TYPE-C芯片,如果不需要认证,看着办吧,同样都能够用的情况下,市场会决定一切的.

目前,看得到的必须要用TYPE-C芯片的应用,包括:笔记本电脑,手机,平板,移动电源,支持高压快充的适配器.


以上仅供参考,特别是总线上5V冲突的部分,我之所以敢推荐不用芯片,那是因为即使用了,也很难避免不冲突,特别是两个DRP,两个TRY.SRC设备相连,并且外围存在干扰的情况下。在Type-C时代,所有的设计,都必须要应对总线上的VBUS电压冲突的情况。既然都必须防冲突,那自然就可以不用了.


附上基础知识:

与USB TYPE-C物理接口相关的标准一共有三个:USB Type-C 1.1, USB PD 2.0, Battery Charging 1.2,如果3个协议全部支持,则可以实现Type-C的所有优势特性.

Type-C把设备的角色在供电和数据传输上进行了分离,电能传输上分为SRC(即供电方,例如适配器),SNK(即受电方,例如U盘).

对于既能够承担SRC角色,又能够承担SNK角色的设备,则称为DRP设备(例如笔记本电脑和手机)。在DRP设备中.

有一类特别倾向于成为SRC设备的Device,称为Try.SRC设备(例如移动电源).

数据传输角色上,分为DFP(即传统的HOST)和UFP(即传统的Device或者Slave)默认情况下,SRC即为DFP,SNK即为UFP.

如果要改变这种默认的搭配,则要使用USB PD 2.0通信协议进行ROLE_SWAP,所有这些角色定义及角色切换,都是通过USB TYPE-C协议中的CC逻辑及通信来实现的.

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