Type C拓展塢電路基礎

2021-02-11 線纜行業朋友分享圈

Type C拓展塢在過去兩年橫掃線纜行業,各種廠商紛紛轉產Type C拓展塢,貌似很簡單,買個現成的PCBA方案,設計個炫酷的外觀,買幾個測試的品牌顯示器就可以橫空出世爆款,其實今天我們要說的是,Type C拓展塢沒有你想的那麼簡單,沒有程咬金的三板斧,你就是一個接盤俠,今天一起聊聊Type C拓展塢電路基礎,如果你覺得這些SO EASY,哪恭喜你可以入門拓展塢.

現在的電腦,為了超薄的體驗感,很多傳統的埠都砍掉了,僅僅保留幾個能滿足日常移動辦公的接口,不過,一旦需要連接投影儀、有線網、或者其他USB外設的時候,整個人就開始抓瞎了,也正是在這樣的環境下,一個能解決電腦接口少問題的工具—擴展塢就誕生了。至於什麼是擴展塢,這裡有必要簡單的介紹一下。

擴展塢(Docking Station)簡單理解就是可以擴展筆記本電腦功能的底座。由接口和插槽組成,可以連接多種外部設備,從而彌補筆記本電腦接口不足的問題。

USB供電介紹,由於拓展塢需要承接數據傳輸的功能,故涉及的Cable部分均需要最少16C的線纜,在數據傳輸的過程中主要有TX/RX兩組差分信號,CC1和CC2是兩個關鍵引腳來探測連接,區分正反面,區分DFP和UFP,也就是主從;配置Vbus,有USB Type-C和USBPower Delivery兩種模式;配置Vconn,當線纜裡有晶片的時候,一個CC傳輸信號,一個CC變成供電Vconn.

HUB的電力傳輸規格,線材標準一般電流為3A,使用配套的連接器電流為5A,USB Type-C規格協議能支持最高20V/5A,如果需要這個規格,需要增加額外的USB PD晶片,實際上目前拓展塢電路中能達到的是20V/3A,是足夠給目前的電子設備予以供電,拓展塢配置的Vbus,分別是連接適配器和連接設備端Vbus網絡,Vbus_DS_C電流在3A左右,VBus_US最大電流在2.6A左右.

Type-C spec 定義了DFP在不同模式下,在CC pin要供多大的電流或是要用多大的Rp阻值;電阻Rd=5.1k,電阻Rp為不確定的值,根據前面的圖看到USB Type-C有幾種供電模式,靠什麼來甄別?就靠Rp的值,Rp的值不一樣,CC pin檢測到的電壓就不一樣,然後來控制DFP端執行哪種供電模式。需要注意的是,上圖裡畫了兩個CC,實際上在不含晶片的線纜裡只有一根cc線。

DFP (Downstream Facing Port)為主(Host), UFP (Upstream Facing Port)為從(Device)。在DFP的CC pin有上拉電阻Rp,在UFP有下拉電阻Rd。未連接時,DFP的VBUS是沒有輸出的。連接後,CC pin相連,DFP的CC pin會檢測到UFP的下拉電阻Rd,說明連接上了,DFP就打開Vbus電源開關,輸出電源給UFP。而哪個CC pin(CC1,CC2)檢測到下拉電阻就確定接口插入的方向,順便切換RX/TX。

CC pin被用來偵測正反插,從DFP的角度來看,當CC1接到下拉就是正插,如果

是CC2接到下拉就是反插,在偵測完正反插後,輸出相對應的USB信號。

下圖的右邊整合了MUX,正反插進來的訊號會由MUX來切換,正插時,切換到

SSRX1&SSTX1,反插時,切換到SSRX2&SSTX2.

高速串行信號部分:

DisplayPort信號,在本設計中使用2 Lane DP模式,支持4kx2K@30Hz解析度,單Lane速率在5.4Gbps(HBR2),為了保證DP信號完整性,必須滿足差分阻抗100Ω;

HDMI信號,HDMI輸出解析度4Kx2K@30Hz,Data[0..2]速率最高3.4Gbps,Clock速率為300MHz,需滿足差分阻抗100Ω;

USB3.0信號,理論傳輸速率5.0Gbps,屬於高速串行鏈路,必須嚴格按照差分線方式處理,滿足差分阻抗90Ω;

USB2.0信號:理論傳輸速率480Mbps(HighSpeed),比起DP、USB3.0信號,速率要低得多,為了獲得較好的信號和EMI效果,仍然建議需要按照差分線方式處理,保證差分阻抗90Ω;

首先,選USB type C hub,需要關注的幾個問題(也同時決定價格的重要因素)

是多少」合一」的hub? 

有沒有給筆電供電的能力(Type-C),供電能力如何(達到100W? 還是85W或者只有60W)?

有沒有顯示輸出接孔,而輸出的性能如何(是否支援4K 60Hz)?

有沒有讀卡口(例如SD卡),有沒有網路孔(RJ45接口)?

有沒有USB tpye A 3.0幹擾Wi-Fi 2.4G的問題?

有沒有過熱或是燙手的問題?

有沒有系統兼容的問題?

有沒有隨插即用? 還是說要額外安裝軟體?

附著式的(typeC直接做雙接口公頭連接MacBook Pro 兩個type C接口),還是有線式的?

如果你動輒都是2萬到3萬請到的工程師,以上問題都無法給你流利解答,哪我建議你直接聯絡我們,我們給你一個靠譜的PCBA配套供應商都比你自己請工程師划算.

首先,多少合一的hub取決於接口數有幾個,多的有到八合一等等,低的也有二合一,一對一,取決於消費者需求而定,舉個簡單例子像是有的只有type C in 然後接出三個USB type A 3.0接口,這種就屬於三合一了,建議和客戶溝通的時候,先看客戶想推的產品應用產品和價格,大概有需要多少的裝置要用,例如有外接螢幕要用,還有無線滑鼠接收器,要接有線滑鼠,或是要用到USB隨身碟,USB硬碟,或是需要接電源充電,還是要商務需求必須要RJ45,或是要不要同時使用到全部的這些接口,都是需要衡量的.

針對筆記本供電能力部分,有的Type C會有一個USB Type C in的接口,並且提供電源供應給Macbook Pro的功能,但是由於要看MacBook的類型,最高的為87W,所以100W的供電來說最適合,畢竟只有一個type C接口,如果不能同時提供Macbook電源,就無法同時用hub又充電,此情境個人覺得並不方便,較不推薦.

對於顯示輸出的部分,只要沒有強調4K輸出,基本上就是沒有支援4K了,但大多數有牌的USB type C hub如果只有USB 接口,沒有HDMI的接口的話,就不可能可以支援顯示輸出,而顯示輸出的功能,大多用於外接屏幕上,而還有一些少量的商務需求用於投影機輸出,而對於支援4K輸出與否,就要看HDMI是否為1.4版本以上,基本上只要是1.4版本就可以支援4K 30Hz,而HDMI 2.0則可支援到4k 60Hz輸出,只是大多數使用者目前還未有多數使用4k 60Hz的屏幕而已,也因此目前大多數品牌之hub都是支援HDMI 4K 30Hz為主,這兩個價格可是差啦一大截!

如果賣海外市場,就要關注下讀卡的部分,由於MacBook Pro沒有SD card reader,因此只要是有使用相機單眼等等玩家,SD card reader就顯得特別重要,一般來說 SD card reader是有分版本,目前最普遍的就是 4.0版本了,不過大多數廠商不會特別標記SD card reader版本,大多消費者也沒有那麼重視.

RJ45的接口則是有的商務客有所需求,涉外出差,很多酒店或者客戶辦公室只提供RJ45線來連接網路,那麼就必須要找有RJ45 接口的USB hub,或是因為覺得Wifi的訊號不夠穩,而特別需要有線網路的,也建議推薦有RJ45接口的USB hub,看客戶群體我們的賣點可能需要增加下.

有的消費者買到的hub會有WiFi幹擾問題,但其實主要是來自於插上hub之後,USB 3.0會干擾2.4GHz的Wi-Fi網路,如果廠商沒有將遮蔽做好就會造成Wi-Fi無線網路的幹擾,通常如果做得好一點的品牌,利用鋁製的外殼就會降低Wi-Fi的幹擾,因此設計上必須要很小心,不過隨著Wi-Fi的普及下,5.0 GHz Wi-Fi以後勢必成為趨勢,長遠來看Wi-Fi分享器現在都支援5.0 GHz分享網路,比較不是大問題.

附著式(沒有一條線連接到筆記本電腦)或是有線式(有線連接到筆記本電腦),附著式以及有線式則是跟功能上沒有直接關係,而是使用者各自喜好決定,附著式的好處是當你攜帶的時候可以不用拔下hub,或是擔心有線式的hub那樣會往下垂,但當然附著式的一定要買那種雙Type-C接孔的,單口的完全不牢靠,而且會擋住另外一個接孔,但壞處則是要是做工不好,則連接處會感覺松松的,連接不緊密,附著式的另外好處是不會有Wifi 2.4G的幹擾問題,而有線式的好處則是較不容易有過熱問題。

過熱與否的問題就接著詳述了,此問題特別容易發生於」附著式」的hub,附著式的由於直接接在電腦旁,當電腦的熱排出時,也直接升高了hub的溫度,如果本身做的散熱不夠好,就會讓整個hub熱上加熱,但也有特例,附著式的hyperdrive沒有此問題,而像是有線式的就有消費者就有反應innerxile SOLO以及亞果的hub都有這問題,過熱到會影響功能運作,而Hootoo UC001/007, MINIX NEO C的話則是接上電源時候較熱但不影響功能,這個問題還是主要方案和晶片選擇的問題,一般好的晶片方案可以控制在48°C以內.

最後,要注意到是否hub有隨插即用,隨插即用的意思就是當你買來,直接插上去就可以用,不需要額外安裝軟體或是看任何說明,早期很多產品還是需要安裝軟體才行,這種設計會降低使用者意願,畢竟設計越簡單,越能降低使用者使用上的摩擦與困難,當然兼容性的問題就是產品方案的問題啦,畢竟客戶用的主體設備太過眾多,很多時候無法兼容,需要方案商來保證!

部分客戶為了省成本,不做阻抗板,但是功能也是OK,這是因為我們IC在輸入端有增加EQ調整功能,只要信號不是太差,也可正確解析出數據,但是,部分設備輸出信號較差或者說驅動能力較小時,這時候就容易出問題了,比如閃屏、不出圖像等問題;另外不做阻抗控制,我們去做EMC認證時,是沒法通過的(這個是比較肯定的說法,當然包銅箔另當別論)

為什麼我的產品連接HDMI顯示器會出現閃屏、雪花點現象?

HDMI顯示出現閃屏、噪點現象,是由於信號失真、接收端無法解析數據造成,出現這種情況,可嘗試更換HDMI Cable,如果更換後仍然存在這種現象,可以嘗試更換USB Type-C端的線纜(PCBA階段,成品無法更換)

空焊——零件腳或引線腳與錫墊間沒有錫或其它因素造成沒有接合。

假焊——假焊之現象與空焊類似,但其錫墊之錫量太少,低於接合面標準。

錯件——零件放置之規格或種類與作業規定或BOM、ECN不符者,即為錯件。

缺件——應放置零件之位址,因不正常之緣故而產生空缺。

極性反向——極性方位正確性與加工工程樣品裝配不一樣,即為極性錯誤。

汙染不潔——SMT加工作業不良,造成板面不潔或CHIPS腳與腳之間附有異物

SMT爆板——PC板子離層起泡或白斑現象屬不良品。

包焊——焊點焊錫過多,看不到零件腳或其輪廓者。

錫球、錫渣——PCB板表面附著多餘的焊錫球、錫渣,一律拒收。

板彎變形——板子彎曲變形超過板子對角長度0.5%以上者,則判定拒收。

撞角、板傷——不正常緣故產生之板子損傷。

浮件——零件依規定須插到底(平貼)或定位孔,浮高不得超過0.5mm。

刮傷——注意PC板堆積防護不當或重工防護不當產生刮傷問題。

PC板異色——因回流焊造成板子顏色變暗或因烘烤不當變黃、變黑。

焊接不均——焊線去皮長短不齊,焊點錫膏大小不均。

疫情當下未來十年全球必定不斷湧現出新的分享經濟體,形成新的行業 巨頭。目前,由於沒有完善的信用體系;政府滯後信息不透明,受眾群體 不精確導致信息不能共享,無法支撐分享經濟的發展。所以,要想在商業世界降低社會契約與信用成本,就必須建立完善的信用體系。首先這不僅是一條艱辛而長久的路程,而且也離不開強大的軟硬體支撐。

雲教主說:讓天下沒有難做的生意,那只是一桿義旗!現實正好相反,生意很難做,供給側結構性調整,大家都不好過,多播一些種子吧,多交一些正能量的老闆,機會青睞有準備的人!

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