從樹莓派4 USB-C設計失誤 看嵌入式系統的接口升級
2019-07-11 09:21:55 充電頭網收到貨后，不少開發者懷著激動的心情開始嘗試使用，結果卻發現USB-C接口在設計規范性上出現了嚴重的問題。
帶USB-C接口的樹莓派4
經過實際測試發現，樹莓派4上面的這個USB-C接口，其CC1和CC2是連接在一起的，并共用了一顆5.1k的電阻下拉到地。
這個設計看似非常巧妙，USB-C接口的控制做到了極致簡單，只需要一顆5.1k下拉電阻。當外接的USB-C 數據線是不帶Emark芯片的情況下，一起都可以正常工作。
因為這類USB-C 數據線的CC2是懸空的，只有CC1有連接到對端，所以，這種數據線跟樹莓派4B的USB-C接口母座一連起來，就非常好的符合了Sink端的設計規范，即CC1上，有一個5.1k的電阻下拉到地。
但是，USB TYPE-C規范里面，還規定了一種帶Emark 芯片的數據線(Cable)，這種數據線的CC2上，有一個1K的下拉電阻，用來告知DFP端的CC識別芯片，需要往CC2上提供VCONN Source。
一旦跟這樣的數據線連接起來，樹莓派4 Model B就會出現嚴重問題，因為CC1和CC2連接起來后，會跟數據線上的1K到地電阻并聯，形成一個比1k電阻還小的阻抗，從而滿足了USB-C規范中Audio Adapter Accessory Mode的連接規范，被電源端誤認為是一個模擬耳機設備，從而拒絕供電。
通過上圖我們可以看到，Emark連接線上的1k電阻會導致，CC1建立失敗，1k電阻和5.1k電阻的并聯，會導致樹莓派4B被認為是一個Audio Adapter Accessory Mode。
解決這個問題的方法也很簡單，只需要在CC1和CC2上各接一個5.1K電阻到地，互相獨立就行了。
樹莓派4B在USB-C接口上的設計，其實屬于入門級設計，因為這個接口僅僅用來進行5V供電和一個USB2.0 通信而已，并無復雜的音視頻及USB 3.0功能。
在實際的嵌入式開發中，一個USB-C接口的功能，可能遠不止于此。下面我們就大功率供電供電、高速信號傳輸、雙C口DRP控制三點進行闡述。
第一， 需要使用USB-C接口來獲得9V/12V/15V/20V的供電電壓。
很多嵌入式系統具有非常復雜的功能，僅僅5V的供電，是無法滿足要求的。那么這個時候，只是通過在CC1和CC2上單獨設置5.1k下拉電阻，就不夠了，而是必須使用USB PD控制芯片，最好是能夠靈活配置各種電壓的USB PD控制芯片，例如LDR6015和LDR6021就可以實現這個功能。
某些系統設計中，甚至希望USB PD控制芯片自動去判斷適配器的最高功率檔，讓電源適配器直接供應最高功率給嵌入式系統，這個時候，就可以使用LDR6015Max，可以不需要任何的控制，直接獲得最高功率。
第二， 需要使用USB-C接口進行高速視頻信號傳輸的應用開發。
USB-C接口，可以同時支持10G/b的USB 3.1Gen2數據傳輸和4K高清視頻傳輸。但是要讓Sink端進入DP ALT mode，這個是吧必須使用一顆USB PD Controller，例如LDR6282等。
這類USB PD控制芯片，充當的是一個交通管理員的角色，通過USB PD通信，對USB-C 數據線內的高速差分對通路進行配置，讓數據信號和視頻信號適配到合適的差分對上。
第三， 雙C口DRP功能控制。
很多嵌入式應用不僅僅使用單個USB-C口，還可能會有兩個USB-C口，其中一個C口用于供電，另外一個C口用于進行高速數據及視頻信號傳輸。
但用戶使用過程中，并不確定兩個中的哪一個口會插上電源，或者多媒體設備，因此需要滿足雙C口盲插識別和控制，最典型的應用是USB-C接口的顯示屏和投影儀。
這就屬于比較復雜的USB PD控制功能了。目前市面上僅僅有LDR6282可以滿足這個需求。
用于雙C口DRP控制的USB PD芯片LDR6282
綜上所述，我們可以看出，對于USB-C接口僅僅用于供電和Debug功能的嵌入式系統，USB-C接口并不需要使用任何芯片控制，通過CC1和CC2各自獨立下拉一個5.1k電阻到地即可。對于需要用到大功率供電或者高清視頻傳輸功能的嵌入式設計，則必須要使用USB PD控制芯片。
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