Con una base anclada en lugar de conectar su computadora portátil al marco, solo necesita un cable USB.
Con una base anclada en lugar de conectar su computadora portátil al marco, solo necesita un cable USB.
USB 3.1 Type-C está configurado para revolucionar la conectividad. Para explicar las capacidades de este nuevo estándar y mostrar lo que los ingenieros deben comprender para construir sistemas que utilicen el estándar Tipo-C, esta miniserie de dos partes presenta un sencillo Aprenda sobre el diseño de una potente base de carga Tipo-C. Para obtener más información fuera del alcance de esta serie, USB tipo C y Entrega de energía (DP) especificación.
estación de acoplamiento
Las estaciones de acoplamiento, también conocidas como replicadores de puertos universales, permiten a los usuarios traducir puertos. Laptops con interfaces USB y de video limitadas A computadora de escritorio Tiene una interfaz para múltiples aplicaciones en la oficina o en casa. Un caso de uso típico es una computadora portátil conectada a una estación de acoplamiento con un monitor a gran escala, un teclado de tamaño completo, altavoces de alta calidad y una oficina. impresora.
Hay muchos tipos diferentes de estaciones de acoplamiento disponibles no solo de proveedores de computadoras portátiles, sino también de otros proveedores. Las estaciones de acoplamiento a menudo son fabricadas por otros fabricantes para complementar los modelos más populares de computadoras portátiles. Sin embargo, a medida que crece el mercado de estos dispositivos, más fabricantes de portátiles los ofrecen. Estas unidades son alimentadas por la propia computadora portátil o por la fuente de alimentación suministrada con la estación de acoplamiento.
Acoplamiento/desacoplamiento frío, caliente y en espera
El término “dock” se refiere al proceso de conectar una computadora portátil a una estación de acoplamiento. El término “desacoplar” se refiere al proceso de quitar una computadora portátil de una estación de acoplamiento.
Para acoplar/desacoplar “en frío”, el usuario apaga completamente la computadora antes de acoplar/desacoplar. En comparación, con un acoplamiento/desacoplamiento “en caliente”, la computadora sigue funcionando cuando se acopla/desacopla. El acoplamiento/desacoplamiento en espera es un estilo intermedio que se usa en algunos diseños en los que la computadora se puede acoplar/desacoplar mientras está encendida, pero debe estar en modo de suspensión antes de acoplarse/desacoplarse. Los hot dogs/undocks están ganando popularidad y se usan ampliamente en la actualidad.
muelle de amarre
La idea original de la estación de acoplamiento era combinar las poderosas extensiones de una computadora de escritorio con la portabilidad de una computadora portátil. Cuando los periféricos conectados a la estación de acoplamiento ya no son necesarios, o cuando el usuario quiere moverse, la computadora portátil se puede desacoplar de la estación de acoplamiento y la computadora portátil se puede llevar al móvil. Por estas mismas razones, las estaciones de acoplamiento tradicionales no fueron diseñadas para ser portátiles.
Los usuarios de computadoras portátiles a menudo expresan su frustración porque quieren actualizar su computadora portátil pero no quieren comprar otra estación de acoplamiento. Esto es posible con un muelle de amarre.
Con una base anclada en lugar de conectar su computadora portátil al marco, solo necesita un cable USB. Cuando los usuarios regresan a sus escritorios, simplemente conectan ese único cable USB a sus computadoras portátiles. Las computadoras portátiles se conectan a un amplio ecosistema de dispositivos USB, como teclados de tamaño completo, mouse verticales, discos duros externos USB, unidades de DVD USB, micrófonos USB, parlantes USB, impresoras, escáneres, dongles USB Ethernet o Wi-Fi, USB Puede acceder él. Conexión con smartphones, tablets, etc. Los usuarios también pueden conectar otro puerto/concentrador debajo del puerto para tener un puerto o concentrador en niveles que amplíe el número de puertos.
Base USB tipo C
USB Type-C es un estándar de interconexión recientemente introducido que es potente y fácil de usar y diseñar. Es una extensión de la interconexión USB 3.1 existente y permite una fácil implementación de suministro de energía de bajo costo de hasta 100 W. Desde la perspectiva del factor de forma, el conector USB Type-C combina varios tipos de conectores USB anteriores (Micro-B, Type-C). A y Tipo B — Conectores reversibles con una altura de solo 2,4 mm.
El estándar Type-C permite a los desarrolladores combinar múltiples protocolos como DisplayPort, PCIe y Thunderbolt en un solo cable. El ancho de banda es el doble que el de USB 3.0 y aumenta a 10 Gbps con SuperSpeed+ USB 3.1. Todas estas características hacen posible operar varias aplicaciones usando USB (para más información ver Descripción general de USB tipo C vídeo y Conceptos básicos del tipo C.
Diseño de referencia de base USB tipo C
Una implementación de base típica permite la conectividad entre un sistema host USB Type-C en el puerto ascendente y múltiples dispositivos de pantalla/datos en el puerto descendente. Los muelles suelen tener un receptáculo USB tipo C en el puerto ascendente para admitir datos, alimentación y visualización. En los puertos descendentes, la base puede admitir varias interfaces, como:
- USB 3.0 Tipo-C (Pantalla + Alimentación + Datos)
- USB 3.0 tipo A
- USB 2.0 tipo A
- HDMI
- Gigabit Ethernet
Un diseño de base USB Type-C puede ser alimentado por un adaptador de alimentación de CC externo (autoalimentado) o alimentado por un host Type-C (PD) (alimentado por bus). La siguiente imagen muestra un diagrama de bloques de un diseño típico de base USB Type-C.
La base utiliza un adaptador de alimentación de CC externo para alimentar la base y sus periféricos. Tiene un puerto ascendente Tipo-C (puerto de doble función que puede actuar como fuente de alimentación o disipador) que se conecta a una computadora portátil o tableta Tipo-C. En el lado descendente, admite varios puertos, como:
- Tipo C (puerto solo de origen) DFP (puerto orientado hacia abajo)
- puerto de visualización
- puerto HDMI
- Múltiples puertos USB 3.0
- Múltiples puertos USB 2.0
- Interfaz Ethernet (RJ45)
- interfaz de audio
Un controlador Tipo-C/PD ayuda a establecer el contrato de suministro de energía adecuado para cada puerto Tipo-C (ascendente o descendente). Esto controlará el IC de administración de energía apropiado. La especificación USB Type-C permite a los desarrolladores combinar señales DisplayPort (DP) y USB Superspeed (SS). El Superspeed MUX enruta la señal adecuada (SS o DP) bajo el control del controlador Tipo-C/PD. Un convertidor DisplayPort a HDMI es esencial para convertir una señal DisplayPort en una señal HDMI. Los divisores o conmutadores DisplayPort se pueden usar para habilitar múltiples interfaces de video como HDMI/VGA junto con DisplayPort. Se pueden colocar más concentradores en capas debajo del concentrador Superspeed para expandir los puertos USB.
La imagen de abajo es Diseño de referencia de muelle Basado en el muelle Cypress EZ-PD. Un diseño de referencia detallado generalmente incluye una lista de materiales completa, archivos esquemáticos y un kit de desarrollo de software (SDK) para acelerar su ciclo de diseño y desarrollo.
Este diseño refleja una base autoalimentada que puede alimentar los puertos ascendentes y descendentes al mismo tiempo que proporciona funciones de pantalla y USB. Esto incluye los siguientes puertos, como se esperaba en un diseño típico de estación de acoplamiento tipo C:
- Puerto Upstream Type-C capaz de proporcionar alimentación, sumidero de datos USB 3.1 Gen 1 (5 Gbps), funcionalidad de sumidero DisplayPort a HDMI
- Puerto Power Downstream Type-C capaz de proporcionar una fuente de datos USB 3.1 Gen 1 (5 Gbps) y capacidades de fuente DisplayPort
- Puerto HDMI para salida de pantalla
- Tres conectores tipo A heredados USB 3.0
- Dos puertos USB de bajada de alta velocidad (conectores tipo A tradicionales)
- Puerto RJ45 que proporciona conectividad Ethernet
Comunicación chip a chip
En un diseño típico de base PD tipo C, el controlador de puerto PD tipo C implementa la especificación de suministro de energía (PD) y también controla el controlador de administración de energía (PMIC) y el mux de supervelocidad según el protocolo PD. El controlador de puerto Type-C PD en el diseño de referencia anterior proporciona USB Type-C y USB Power Delivery completos y también es compatible con el modo alternativo Display Port. Usando I2C como protocolo de comunicación de chip a chip, el controlador de puerto PD tipo C actúa como maestro I2C para comunicarse con PMIC y MUX.
Actualización de firmware en el campo
Debido a la naturaleza evolutiva de la especificación USB Type-C/PD, y para facilitar la corrección de errores, es imperativo admitir un medio fácil de usar para actualizar el firmware de varios componentes de la base en el campo (es decir, después de que el sistema se haya instalado). actualizado). enviado). Dado que normalmente hay varios componentes de base de diferentes proveedores, los métodos de actualización de firmware admitidos son diferentes. Tener que actualizar el firmware de múltiples chips de varias maneras puede ser muy inconveniente y frustrante para los usuarios, y puede generar devoluciones de productos no deseadas.
Los fabricantes de muelles han resuelto el problema de la actualización del firmware al simplificar las actualizaciones de firmware con un solo clic o toque. Este nivel de simplicidad viene con sus propios riesgos y vulnerabilidades. Asegurar las actualizaciones de firmware es un problema de investigación común y se ha vuelto cada vez más importante a medida que los sistemas integrados se vuelven más conectados. Las actualizaciones seguras de firmware están cubiertas en la Parte 2 de esta miniserie. Mientras tanto, agradecemos sus comentarios y preguntas.
Referencias