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 usb type c接口有可能成為未來很多筆記本電腦、智能手機的唯一數(shù)據(jù)接口，但是這些僅有usb接口的設(shè)備仍必須那些沒有usb接口的設(shè)備進行交互，比如顯示器、電視機等。但單個連接器中實現(xiàn)usb和其他高速接口格式的轉(zhuǎn)換給設(shè)計人員提出了挑戰(zhàn)，包括管腳功能間的切換，提供電磁保護比如ESD，維護信號質(zhì)量。usb type c通過定義備選模式（Alt Mode）來滿足這些需求，這種方法能夠動態(tài)的更改管腳的功能，從而支持非usb的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。

本文探討了各種不同標準，這些標準能夠讓usb type c連接到HDMI或其他非usb形式的數(shù)據(jù)接口，并提供了將HDMI可選模式增加到usb type c接口時需要考慮的關(guān)鍵問題。

usb接口規(guī)范介紹

HDMI管理著usb type c可選模式的操作，最新版本的usb標準是2016年底發(fā)布的，總共包括以下三部分：

usb type c連接器規(guī)范

usb type c連接器規(guī)格介紹了相比Type-A和Type-B版本一些重大的改變，就我們一般人看來有兩個特點很突出：

type c接口尺寸為8.3mm x2.5mm，相比usb type A和Type-B要小很多，但是它包含24個管腳，而之前的版本只有4個管腳

type c接口是可逆的，不分正反方向的，為了實現(xiàn)這一點，type c接口管腳的是對稱的，無論那一面在上，所有的信號管腳都處在相同的相對位置上。

usb type c接口可以通過切換D+/D-和VBUS/GND管腳排列與usb2.0系統(tǒng)實現(xiàn)交互，這些管腳還涉及到規(guī)范中定義的新功能（包括可選模式）的管腳，圖1展示的是type c連接器標準和可選模式管腳映射。

圖1：usb type c管腳圖顯示了可選模式設(shè)計（來源：TI）

usb type 3.1規(guī)范

usb type 3.1規(guī)范更新了USB的電氣性能，將數(shù)據(jù)傳輸速率提升到了10Gbps（規(guī)范中稱為SuperSpedd+），這需要兩個專用的高數(shù)數(shù)據(jù)差分管腳TX和RX，該規(guī)范還將基準功率提升到了5V150mA。

USB功率傳輸規(guī)范

USB功率傳輸規(guī)范（USB PD）定義了可選模式，同時也將可傳輸功率提升到100W，并極大的擴展了設(shè)計人員可用的功率傳輸范圍，當與usb type c線纜一起使用時，USB PD增加了兩個設(shè)備間的雙向功率，由于type c配置通道（CC）管腳上的通信通道，這個雙向功率甚至可以實時發(fā)生逆轉(zhuǎn)。

盡管這三個規(guī)范是相互獨立的，但支持HDMI協(xié)議的USB系統(tǒng)必須能夠同時支持type c和USB PD規(guī)范。此外每個重新映射的管腳必須能夠支持其對應(yīng)的HDMI 1.4協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸速率。

HDMI 1.4數(shù)據(jù)傳輸速率

HDMI 1.4總共有六個數(shù)據(jù)通道，分為四種不同的數(shù)據(jù)速率：

• HDMI以太網(wǎng)和音頻通道（HEAC）：高速雙向的數(shù)據(jù)通信通道，支持100Base-TX（100Mbps），HEAC包括符合IEC 60958-1規(guī)范的流媒體音頻組件

• TMDS（轉(zhuǎn)換最小化差分信號）：三個差分數(shù)據(jù)通道，用于高速視頻和數(shù)據(jù)傳輸，HDMI 1.4的最大吞吐量為10.2Gbps或者單通道3.4Gbps

• DDC（顯示數(shù)據(jù)通道）：它是基于行業(yè)標準I2C協(xié)議的通信通道，標準速率為100Kbps，數(shù)據(jù)源設(shè)備能夠識別支持的音頻/視頻格式

• CEC（消費端電子控制）：屬于低速數(shù)據(jù)通道，允許用戶控制多大15個兼容的設(shè)備，此數(shù)據(jù)通道符合CENELEC EN 50157-1規(guī)范

HDMI接口管腳映射

標準的HDMI Type-A接口如圖2所示，圖3顯示的是支持HDMI可選模式usb type c接口新的管腳定義。它包括的三個TMDS差分通道和時鐘信號映射到八個USB TX/RX管腳上，兩個SBU管腳屬于HEAC通道，CC管腳承擔低速CEC信號，注意D+/D-管腳并不會受此影響，因此USB2.0數(shù)據(jù)通道可以和HDMI并行工作。

圖2：HDMI Type-A接口一共有19個管腳，包括三個高速數(shù)據(jù)通道而且有屏蔽雙絞線設(shè)計（來源：How Stuff Works.COM）

圖3：usb type c可選模式接口中HDMI通道的管腳映射（來源：HDMI.org）

初始化HDMI可選模式

USB PD規(guī)范定義了進入可選模式所需的操作順序，當用戶在兩個USB PD端口之間連接一個活動的type c線纜時，會在CC通道上發(fā)生一系列的判斷操作（如圖4），協(xié)商確定采用USB模式還是可選模式以及采用哪一種可選模式標準，一組特定的供應(yīng)商定義的消息（VDMs）會用來確定要使用的標準。

圖4：當USB PD端口首次識別出另一個USB PD端口的存在時就會進行協(xié)商，從而確定采用哪種傳輸協(xié)議以及數(shù)據(jù)格式（來源：TI）

雖然有些是HDMI操作不需要的，但是協(xié)商判斷還包括其他USB PD功能，比如確定所需的功率大小以及傳輸方向。一旦初始化完成確定了HDMI所需的協(xié)議要求，兩個端口根據(jù)需要對管腳進行映射，HDMI可選模式才開始正常工作。

HDMI可選模式架構(gòu)

usb type c接口要想集成HDMI還需要增加哪些硬件組件呢？圖5顯示的是USB PD接口的結(jié)構(gòu)圖，其中可選模式必備組件已經(jīng)高亮顯示了，注意盡管沒有指定USB PD接口的功率級別，啟用可選模式也需要同CC信號進行協(xié)商，因此USB PD PHY和PD管理仍然是必須包含的：

• 可選模式物理層設(shè)備（PHY）從高級圖形處理單元（GPU）中獲取視頻信息，并將其進行編碼通過三個TMDs差分數(shù)據(jù)線傳輸

• 可選模式復用器（MUX）支持在HDMI AM和USB兩種模式之間進行切換，對于HDMI應(yīng)用它連接HDMI信號給符合標準的type c接口管腳，對于USB 3.1應(yīng)用它連接的是RX/TX信號，并根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸方向進行切換。

圖5：在usb type c接口上集成可選模式需要額外兩個模塊，如圖中綠色顯示（來源：Ti）