我們生活在一個不斷變化的時代，人們普遍一致地感覺到的是進步而不是混亂。新興技術(shù)可能確實具有顛覆性，包括5G和人工智能，因此很容易理解它們?yōu)槭裁磿艿酱罅筷P(guān)注。當(dāng)它們各自單獨發(fā)展時，它們可能會被認(rèn)為不著邊際。然而，對于那些更貼近的發(fā)展，很明顯，它們將促成下一代應(yīng)用領(lǐng)域，如自動駕駛和一個更智能的物聯(lián)網(wǎng)(IoT)。與此同時，在熟悉的領(lǐng)域也在發(fā)生其他重大變化，包括更成熟的技術(shù)。其中包括USB。

Type-C接口代表USB的一個顯著進步，因為它提供比前代接口多得多的功能。為了支持這一愿景，USB Implementers Forum(USB-IF)負(fù)責(zé)監(jiān)管新功能和特性的開發(fā)，這些功能和特性有可能從根本上改變我們的連接方式。最初USB作為一種支持和擴展PC功能的技術(shù)被推出時，在消費領(lǐng)域和其他領(lǐng)域都產(chǎn)生了巨大的影響。在成為連接外設(shè)與計算機的默認(rèn)方法的同時，也為開發(fā)人員提供方便的調(diào)試接口。很快它就像其名字所示那樣具有普遍性。當(dāng)考慮到我們使用有線通信的方式時，USBType-C接口帶來了可與5G相當(dāng)?shù)念嵏残砸蛩亍Ｆ渲幸粋€重要的因素是設(shè)備能夠同時供電和被供電，并在這兩種模式之間進行切換，而不需要用戶的任何介入，這是有線總線所特有的。正是這種能力將有助于推動一種新的設(shè)備的推出，即獨立的USB擴展塢(Dock)。

01

Dock的演進

USB集線器并非新的概念。主機一直能夠計算比通過物理端口實際支持的更多設(shè)備，因此具有多個USB端口的集線器成為主機擴展物理USB端口數(shù)的簡單方法。在這種情況下，控制總是屬于主機設(shè)備，通常是一臺PC，電源也一樣。

在USB Type-C規(guī)范下，主機和設(shè)備的定義更為靈活，采用雙角色端口(DRP)模式，支持設(shè)備在下行端口(DFP)和上行端口(UFP)之間切換。電源也更靈活，使設(shè)備能夠動態(tài)地提供和接收電力。這超越了USBOn-The-Go (OTG)的概念，盡管可以公平地說，USB OTG在將USB生態(tài)系統(tǒng)從桌面擴展到我們的口袋中起了很大的作用。

USB Type-C的一個主要特點是電力傳輸(PD)。正是這種協(xié)議支持任何設(shè)備成為電源或被供電，同時不依賴數(shù)據(jù)流。

例如，外部供電的集線器，可為筆記本電腦充電，同時連接到投影儀或顯示器。在這種情況下，筆記本電腦是一個電源接收器和一個數(shù)據(jù)源?？傊€器成為網(wǎng)絡(luò)的中心，雖然這有許多益處，但也帶來某些負(fù)擔(dān)。

比起所有設(shè)備都是集線器，人們更期望出現(xiàn)一類新的集線器 USB Dock；它支持多個USB Type-C端口和舊的USB端口。為了在電力傳輸方面在這些端口之間進行協(xié)商決議，Dock將需要支持專門為這一新模式開發(fā)的特性。

02

快速角色交換

除了DRP之外，支持新的Type-C模式的一個關(guān)鍵技術(shù)是快速角色交換(FRS)，它有效地確保需要電源的設(shè)備始終可以獲得電源。實際上，在事件標(biāo)準(zhǔn)序列中，每當(dāng)電源從擴展塢分離，這都會發(fā)生。FRS是一種加速電源角色交換序列的方法，這樣數(shù)據(jù)就不會被中斷(因此用戶體驗也不會中斷)。實際上，如果電源從擴展塢移除，附加在其上的外設(shè)不應(yīng)受到影響。

該過程是通過使用Type-C連接器上的CC引腳來控制和初始化的。如果電源從擴展塢上移除，它將通過驅(qū)動CC引腳到接地電位來向它當(dāng)前正在供電的設(shè)備發(fā)出信號。此時，F(xiàn)RS信令覆蓋CC端口上的任何活動，排隊等待傳輸?shù)南⒈粍h除。當(dāng)接收設(shè)備響應(yīng)FR_Swap消息時，就完成了握手協(xié)議；圖1的流程圖說明了FRS流程。

【圖1：快速角色交換流程圖】

圖片說明

0：集線器由TA供電，并為設(shè)備供電

1：壁式適配器斷開連接

2：集線器接收電源設(shè)備通過VBUS_SINK_DISC檢測到斷開連接，并將GPO2輸出拉低

3：集線器初始化電源設(shè)備檢測GPI2 輸入上的低傳輸和停止供電

4：集線器初始化電源設(shè)備用ITCPCSendFRSwap向設(shè)備的初始化接收電力設(shè)備發(fā)出FR_Swap信號

5：設(shè)備的初始化接收電力設(shè)備收到FR_Swap信號，停止接收電力并開始為VBUS供電

該規(guī)范要求在150 μs或更短的時間內(nèi)實現(xiàn)，因此需要一些額外的技術(shù)。通常，支持FRS的集線器將有多個Type-C端口可用，每個端口都有自己關(guān)聯(lián)的Type-C端口控制器(包括電源傳輸(PD))。為了協(xié)調(diào)所有端口，PD控制器需要協(xié)同工作，這可通過使用一個Type-C端口管理器(TCPM)或為PD3.0設(shè)計的具有雙角色端口和支持FRS的PD控制器來實現(xiàn)，例如安森美半導(dǎo)體的FUSB307B。

以一種持久的方式實現(xiàn)FRS需要考慮許多場景，例如如果擴展塢的主電源突然被移除會發(fā)生什么。這將影響到擴展塢上的所有設(shè)備，包括TCPM。

【圖2：使用FUSB307B的筆記本應(yīng)用示例】

快速角色交換是一種支持技術(shù)，它將推動USB Dock的開發(fā)，以提供一種新的用戶體驗。USB生態(tài)系統(tǒng)正在迅速發(fā)展，在更廣泛的設(shè)備中采用USB Type-C將促進這一技術(shù)變革。通過采用支持雙角色端口和快速角色交換的PD控制器，原始設(shè)備制造商(OEM)將更好地利用這一新機會。