USB Type-C? 和 USB Power Delivery (PD) 的引入將永遠改變我們與筆記本電腦/平板電腦/智能手機和配件的交互方式 一根電纜提供電源和數據，無需預先配置到哪一端或設備是主機還是客戶端。電源可以來自兩端或設備，電源角色可以根據條件動態(tài)變化。隨著 USB PD 2.0 設備進入市場，我們立即目睹了幾個用例，推動了我們認為可能的范圍。
圖 1 顯示了主機、集線器和外設的常見配置。目的是通過集線器為主機充電，同時為硬盤驅動器供電并在顯示器上保持無損圖像。但是當你拔下充電器插頭時會發(fā)生什么？
圖 1：由 USB PD 集線器供電的 USB PD 主機
嗯，這取決于，這就是手頭的問題。在許多系統(tǒng)中，權力角色交換不夠快；由于USB PD主機成為電源，數據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 主機供電的 USB PD 集線器
盡管設計人員使用 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。原始來源必須認識到權力已被移除并啟動權力角色交換。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。這兩個組件允許原始電源在斷電情況下保持供電。
當源將 CC 線拉至 490mV 以下 60-120μs 時，將啟動快速角色交換。圖 3 顯示了集成到TPS65983B中的信號組件。
TPS65983B 是一款獨立式 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。在電纜檢測過程中，TPS65983B 會在 CC 線上使用 USB PD 協議進行相應傳輸。當完成電纜檢測和 USB PD 協商之后，TPS65983B 會使能相應的電源路徑，并配置內部和外部（可選）多路復用器的交替模式設置。 CC 引腳上的混合信號前端可為 Type-C 電源提供默認值 (500mA)、1.5A 或 3A 三種電流、檢測電纜插入事件、確定 USB Type-C 電纜方向以及遵循指定的雙相標記編碼 (BMC) 和物理層 (PHY) 協議自主協商 USB PD 合約。端口電源開關在 5V 電壓下可為傳統(tǒng) USB 電源和 Type-C USB 電源提供高達 3A 的下行電流。當 USB PD 電源用作供電器件（主機）、受電器件（設備）或供電-受電器件時，附加的雙向開關路徑可在最高 20V 的電壓下為其提供高達 3A 的電流。此外，TPS65983B 也可用作上行數據端口 (UFP)、下行數據端口 (DFP) 或者雙角色數據端口。端口數據多路復用器可實現端口與頂部或底部 D+/D– 信號對之間的 USB 2.0 HS 數據傳輸，并且具有一個 USB 2.0 低速端點。
如我們所見，每條 CC 線上都有一個低電阻下拉。斷電后，TPS65983B 內部控制器將在適當的時間內啟用這些下拉，向消費者發(fā)出快速角色轉換即將發(fā)生的信號。
圖 3：CC 快速角色交換信令
接收到快速角色交換消息后，主機必須非常迅速地采取行動。它具有不到 150μs 的時間來承擔源角色并在 3A 時提供高達 5V 的電壓。在正常條件下，假設典型值為 30mV/μs，5V 電源的開啟時間約為 158μs。為了滿足新規(guī)范，需要一個更快、更動態(tài)的解決方案。幸運的是，TPS65983B 集成了源電源和接收電源路徑。它能夠動態(tài)更改內部功率 FET 的開關時間以滿足新的時序要求，并且可以動態(tài)重新配置限流設置以處理因快速導通時間而導致的浪涌電流增加。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 現在可以提供必要的框架來完成用戶體驗。TPS65983 不僅提供所需的 USB PD 3.0 信號，還包括功率 FET 和電源路徑控制，以完成快速角色交換的實施。不再需要專有或離散的實現。使用 TPS65983B 進行快速切換從未如此簡單。
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