在汽车应用中转向USB Type-C供电

2018-09-07

单片机与嵌入式系统应用 2018年9期

当汽车工业引入“信息娱乐”的概念时，对制造商而言是个重大转变，因为它带来了汽车功能系统和非功能系统之间更紧密的集成。信息娱乐为驾驶员创造了一个新的接口，因此，它对我们如何与技术交互的影响几乎与手机的引入一样重要。

我们看到了主导的标准配置文件和用户可升级的音频系统(这大多是独立的)被适合制造商的系统所替换，提供更多功能。它们迅速演变至包含导航，同时逐步整合更多对汽车其他系统的控制，例如气候控制。安全特性是今天先进驾驶辅助系统(ADAS)的前身，如倒车摄像头也成为信息娱乐中心的一部分，在相同的时期内，这些系统已被进一步扩展，使手机在汽车不断增长的功能列表中不可或缺。

主要得益于USB接口(虽然蓝牙也发挥着重要的作用)，现在很容易将您的手机连接到汽车以接入媒体、访问联系信息或只是打电话。当选择通过USB有线连接时，额外的益处是在您忙碌的早晨上班或在郊外悠闲地开车时，您的手机电池可以通过汽车充电。

这种便利不可低估，特别是考虑到如果使用频繁，许多智能手机仍然很难靠一次充电维持一整天。但是随着USB接口的发展，车主们将期望他们的汽车也同样演进。汽车行业不像消费领域演变那么快，因此全新的连接器USB Type C的引入将对汽车制造商如何解决这一非常实际的挑战产生重大影响。

他们不能忽视连接器配置文件正在改变的事实。由于手机的更新换代频率远高于汽车，消费者可能会接受一些滞后，但在选择新的家庭汽车时，支持最新的USB接口将无疑是车主所期待的，尤其是新标准将支持更多种设备充电。它将不再局限于手机、笔记本电脑、摄像机、平板电脑和其他需要更高功率的设备，都可通过USB Type-C充电。

BMC提供密钥

使USB连接能提供或汲取达100 W电源的技术存在于规范的供电(PD)部分。它需要一个电源能够提供这样的功率水平，此外还依赖于USB控制器能够解析连接的设备需求。虽然供电一直是USB规范的一个重要方面，但使用Type-C连接器和USB 3.x规格的电缆能最好地实现目前更高的功率水平。

Type-C连接可正反逆插，为用户带来了更多的便利，却使开发更复杂。方向通过新的配置通道(CC)管理，该配置通道在连接器上有两个专用的引脚，并支持连接的设备协商需要提供或汲取多少电源。该通道使用的协议是一种称为双相符号编码(BMC)的差分曼彻斯特编码。USB Implementer Forum(USB-IF)定义了5个供电配置文件：10 W、18 W、36 W、60 W和100 W。使用BMC协议，电源配置文件可在含USB Type-C接口的两台设备之间进行交换。编码方案使用转换来表示逻辑电平，而不是绝对电平，并且它结合了自己的时钟信号，使得同步更简单。然而，BMC协议依赖于一个物理接口，该接口能在具有电气挑战的环境中可靠地解码信号，而且很少有电气环境比车辆环境更具挑战性。

添加Type-C到汽车中

安森美半导体的FUSB302B是完全符合AEC-Q100车规的可编程的USB Type-C控制器，包含电源传输，集成了一个BMC客户端配置通道，支持全Type-C PD 2.0 的1.1版本。这意味着CC可用于检测设备何时连接或未连接、主机或设备的当前功能，以及是否存在有源电缆，以及选择所需的模式(如音频适配器或调试附件模式)。图1显示了一个典型应用的框图。

图1 典型应用框图

图1显示了控制器和主机处理器之间的I2C接口，说明FUSB302B没有集成自己的处理器。这是该器件的一个重要特性，因为它无需为一个集成的处理器提供额外功率，同时支持固件驻留在位于系统任意处的处理器中，如果USB规范被修改，则为制造商提供了一个更简单的升级路径。图2显示了一个更详细的应用示例。

FUSB302T是FUSB302B的默认源配置选项，可用作在汽车应用中实施USB Type-C时构成完整系统的一部分。

图2 应用示例显示双USB端口提供100 W能力

FUSB302B实施了一个CC开关，使它能够检测到要作为设备主机还是双角色端口连接，通过多个比较器和由主机处理器上的软件控制的可编程DAC进行管理(见图3)。

图4 USB BMC PD块

图3 配置通道开关功能

通过实施瘦BMC客户端，包括BMC物理接口(PHY)和分组FIFO，主机处理器能够使用I2C接口发送和接收数据包。这说明USB BMC PD的所有功能都可通过软件访问，使用口令读写FUSB302B的FIFO。口令灵活，支持USB PD规范的所有功能，包括突发写入FIFO的快速分组处理。通过该CC接收到的每个有效数据包都存储在FIFO中；BMC接收器感知CC上的活动，并启用内部振荡器。一旦检测到，就会使用专用中断通知主机处理器已接收到有效的数据包。图4显示了USB BMC PD块框图。