كل شيء عن USB-C: أمثلة على الدوائر

كل شيء عن USB-C: أمثلة على الدوائر

الطابع الزمني: 7 أغسطس 2023 الساعة 1:00 مساءً
عقدة المصدر: 2808350

في الأشهر الستة التي مرت بعد إصدار آخر مقالة عن USB-C، فكرت في مجموعة من الطرق التي يمكن من خلالها تحسين هذه المقالات. من الطبيعي بالطبع أن يكون لديك مثل هذا الشعور، بل وحتى أنه متوقع. أعتقد الآن أن هناك بعض الفجوات التي يمكنني سدها. على سبيل المثال، لم أقدم ما يكفي من الأمثلة على الدوائر، وفي بعض الأحيان يمكن لمخطط واحد أن ينقل الأشياء بشكل أفضل من ألف كلمة.

دعونا نصلح ذلك! سأقدم لك مخططات لأنواع أجهزة USB-C التي من المحتمل أن ترغب في بنائها. سأشارك أيضًا مجموعة من أرقام أجزاء IC في هذه المقالة، لكن ليس لدي مجموعة شاملة بالطبع - إذا وجدت المزيد من الدوائر المتكاملة الرائعة التي تعمل لأغراض USB-C ولم يتم ذكرها هنا، فيرجى القيام بذلك اسمحوا لنا جميعا أن نعرف في التعليقات!

لقد رأينا المثال الأول للدائرة في المادة الأولى - منفذ USB-C على جانب الجهاز ("مواجه للتيار") يدعم USB 2.0 و5 فولت من الطاقة. يجب أن يكون لديك مقاومات 5.1 K، مقاومة واحدة لكل طرف، وتذكر توصيل كلا طرفي البيانات - استخدم طرق التوصيل إذا لزم الأمر. إذا كنت تريد تحديد مقدار التيار المتاح لك، فيمكنك أيضًا توصيل ADC أو مقارنات بكلا طرفي CC معًا، على الرغم من أنه في أغلب الأحيان، يكون جهازك منخفض الطاقة بدرجة كافية بحيث لا يوجد سبب للإزعاج.

الآن، إذا كنت تريد إنشاء جهاز مزود بمقبس USB-C، فإن الأسلاك هي نفسها. والفرق الوحيد هو أنك تحتاج فقط إلى ملء إحدى قوائم CC المنسدلة، وتوصيل زوج واحد من دبابيس D+/D بدلاً من كلا الزوجين. من غير المحتمل أن يحدث أي شيء سيئ في الممارسة العملية إذا قمت بتوصيل الزوج الثاني من دبابيس USB 2.0، فهذا أمر غير مألوف وفقًا للمعايير؛ كان يتعارض مع نوع معين من المنافذ والكابلات (منافذ VirtualLink) التي لم تعد تُباع.

ومع ذلك، إذا قمت بتوصيل 5.1 كيلو بايت منسدلة إلى كلا طرفي CC، فسوف تصنع عن طريق الخطأ ملحقًا للقرصنة: محول وضع التصحيح، وهو شيء سيساعدك على الحصول على إشارات إضافية من بعض منافذ USB-C. على سبيل المثال، على الكمبيوتر المحمول Framework، ستعمل اللوحة المجهزة بمقبس USB-C مع كلتا القائمتين المنسدلتين على تحويل منفذ USB-C إلى وضع التصحيح، وكشف اتصال EC UART على دبابيس SBU. ما لم تكن تقوم بإنشاء ملحق تصحيح الأخطاء هذا، يجب عليك فقط ملء إحدى القوائم المنسدلة، وتوصيل منافذ بيانات USB 2.0 وفقًا لذلك.

الجانب الآخر بنفس السهولة

ماذا لو كنت تريد إنشاء منفذ مضيف؟ من ناحية، الأمر أسهل، لأنه ليس عليك بالضرورة إجراء أي قياسات ADC. بدلا من ذلك، يمكنك إضافة عمليات سحب، وقيمة مختلفة لكميات مختلفة من التيار المتاح. لا تتحقق جميع الأجهزة من وجود السحب، ولكن الهواتف تفعل ذلك، لذلك إذا كنت تصنع شاحن USB-C مؤقتًا، فقد لا يتعرف عليه الهاتف أو الكمبيوتر المحمول كطريقة صالحة للشحن إذا لم يكن لديك السحب -يو بي إس. ولا تكلف الكثير لإضافتها أيضًا!

12 فولت 4 أمبير الحد الأقصى للمستوى المنطقي P-FET – IRLML6401/CJ2305/إلخ، كرر هذه الدائرة مرتين

والأهم من ذلك، أنك قد ترغب في التحكم في VBUS، ولا تقم بتشغيله إلا بعد اكتشاف قائمة منسدلة على أحد دبابيس CC. لن تواجه بالضرورة مشكلة إذا لم تقم بذلك، ولكنها تغطي بعض حالات الحافة المهمة، مثل قيام شخص ما بتوصيل كابل USB-A إلى USB-C بالمنفذ الخاص بك!

لم أقم بهذه الدائرة من قبل، لكن من وجهة نظري، يجب أن يكون كافيًا استخدام اثنين من FETs، واحد لكل طرف CC، وكلاهما موضوعان على التوازي. قد تحتوي هذه الدائرة على حالات حافة - نرحب بالتحسينات! على الجانب الآخر، لقد استخدمت منافذ USB-C المجهزة بالسحب للأسفل كمنافذ مضيفة عدة مرات، لذا فهو بالتأكيد ليس مطلبًا صعبًا، ولا تحتاج دائمًا إلى تقسيم مجموعة FET الخاصة بك.

في المجمل، هناك شيئان تريد القيام بهما إذا كنت تقوم ببناء منفذ مضيف، وليس هناك حاجة إلى أي منهما. أيضًا، إذا كنت ترغب في الحصول على المزيد من التعقيد في الدوائر، أو ربما حتى إنشاء منفذ مزدوج الدور، فهناك دوائر متكاملة تساعدك في هذا الجزء من USB-C!

على سبيل المثال ، خذ WUSB3801. إنه يعتني بالكشف عن المصدر والمغسلة، ويحتوي على كل ما يلزم من عمليات السحب والسحب بالداخل، ويمكنه أيضًا إنشاء منافذ مزدوجة الدور، مما يتيح لك إنشاء أي نوع من منافذ الطاقة 5 فولت. يمكنه إخراج حالة المنفذ باستخدام عدد قليل من وحدات GPIO، أو يمكنك توصيله بوحدة التحكم الدقيقة الخاصة بك عبر I2C، كما أنه يحتوي على دبوس معرف بحيث يمكنك استخدامه لاستبدال منفذ MicroUSB بالكامل بمنفذ USB-C! WUSB3801 صغير بما فيه الكفاية، وقابل للحام بما فيه الكفاية، ومتعدد الاستخدامات بما فيه الكفاية أيضًا. على سبيل المثال، على خادم Hackaday Discord، قام شخص ما ببناء دائرة WUSB3801 التي تحد من تيار شاحن Li-ion بناءً على ما إذا كان منفذ USB-C المتصل يمكنه توفير 3 أمبير أم لا.

سواء كنت ترغب في إنشاء منفذ مصدر، أو منفذ حوض، أو حتى منفذ يمكنه القيام بالأمرين معًا، فإن WUSB301 (أو أي من الدوائر المتكاملة العديدة المشابهة مثل TUSB320)، سيكون الحل المناسب لك اليوم. إحدى الشكاوى التي لدي تجاه WUSB3801 هي أنها لا توفر GPIO لتحديد قطبية المنفذ المتصل حاليًا - يجب عليك استخدام واجهة I2C لذلك. الآن، لماذا تحتاج إلى معرفة قطبية المنفذ؟ الواجهات عالية السرعة هي السبب، وواجهة USB 3.0 هي بالتأكيد دعامة أساسية لـ USB-C، وذلك فقط بسبب سهولة تنفيذها.

سرعة عالية، وسعر منخفض

يعد إنشاء جهاز USB 3.0 بمقبس USB-C أمرًا سهلاً مثل إنشاء جهاز USB 2.0 بمقبس USB-C. يحتوي USB 3.0 على اثنين من وحدات الاختلاف عالية السرعة مضافة إليه، ويحتوي موصل USB-C على نقاط لأربعة فرق. باستخدام القابس، يمكنك توصيل USB 3.0 SSRX إلى USB-C RX1، ومن USB 3.0 SSTX إلى USB-C TX1، ثم قم بفتح القائمة المنسدلة على CC1، وبذلك تكون قد انتهيت. لا توجد مكونات إضافية بخلاف أي مكثفات متسلسلة قد يحتاجها وصلة USB 3.0 الخاصة بك، ولن تختلف هذه عن التنفيذ العادي.

الآن، هذا هو السبب في أنك ستشاهد الكثير من محركات الأقراص المحمولة USB تستخدم قابس USB-C - من السهل إضافة واحد، ولا تحتاج إلى معرفة منافذ CC، أو إضافة أي مكونات إضافية أو ما شابه. أنت do تحتاج إلى إضافة مكونات إضافية إذا كنت تهدف إلى إضافة مقبس USB-C مع دعم USB 3.0. تخيل توصيل محرك الأقراص المحمول USB 3.0 USB-C بمقبس USB-C، اعتمادًا على طريقة تدويره، ستنتهي المسامير في أحد الموضعين. لا ترغب في ربط منافذ TX/RX للمقبس معًا، حيث سيكون ذلك مشكلة كبيرة في سلامة الإشارة، لذلك إذا كنت تضيف مقبس USB-C مع دعم USB 3.0، فستحتاج إلى mux للتعامل مع السرعة العالية دوران الإشارة.

هذه، حتى الآن، نوع مجرب وحقيقي من شرائح USB-C - ستجدها من ما لا يقل عن اثنتي عشرة شركة مصنعة مختلفة؛ إذا عثرت على عدد قليل من الدوائر المتكاملة التي لها نفس المنفذ، فسيكون من الصعب عليك أن تعاني من نقص الرقائق. ستحتوي بعض أجهزة muxes على مدخل POL، لتحويل إشارة USB 3.0 يدويًا إلى موضعين محتملين - والمقصود منهما أن يتم استخدامهما مع وحدة تحكم PD الخاصة بك، أي شريحة تتعامل مع دبابيس CC. ستجد أن العديد من أجهزة muxes تحتوي أيضًا على منطق CC، وستمنحك بشكل أساسي حلاً كاملاً لـ USB-C بقدرة 5 فولت وUSB 3.0. إذا كنت تقوم بإنشاء مضيف، فقد تحتاج فقط إلى إضافة معالجة VBUS، وإذا كنت تقوم بإنشاء جهاز بمقبس USB-C، فلن تحتاج إلى أي شيء آخر!

مثل هذا النوع من المنافذ هو كيفية عمل الكثير من منافذ USB-C الرخيصة على أجهزة الكمبيوتر المحمولة - فهي توفر فقط USB 2.0، ولا شيء آخر، وبالنظر إلى مدى سهولة تنفيذها، فمن المنطقي أن الكثير من الشركات المصنعة لأجهزة الكمبيوتر المحمول الرخيصة قد تمسكت بهذا. علاوة على ذلك، يمكنك حذف mux إذا أردت ذلك إذا كان لديك منفذ USB 3.0 احتياطيًا. لقد رأينا هذا يتم على اللوحات الأم لسطح المكتب، ومن المضحك أن هذا هو الحال كيفية توصيل منفذي USB-C في MNT Pocket Reform، أيضاً! من المنطقي أن يحتوي محور USB 3.0 المدمج في لوحة Pocket Reform على أربعة منافذ مجانية، ولكن لا يوجد سوى منفذي USB-C يمكنك عرض USB 3.0 عليهما. إنه يعمل بشكل جيد بما فيه الكفاية، وإذا أراد شخص ما الحصول على منفذي USB 3.0 الإضافيين، فأنت تحتاج فقط إلى تصميم محول سلبي!

يعد أحد منفذي USB-C هذين الموجودين في Pocket Reform خاصًا، فهو لا يقوم فقط بتوصيل سلك 5 فولت إلى VBUS كما يفعل المنفذ الأول. بدلاً من ذلك، فهو يحتوي على مفتاح طاقة IC موصول بـ VBUS، وFUSB302B موصول بمنافذ CC. هذا هو منفذ الشاحن الخاص بـ Pocket Reform، وهذه بالفعل إحدى الطرق التي يمكنك من خلالها تشغيل توصيل الطاقة.

احصل على فولت وبكسل الخاص بك

جميع الخيارات التي تحدثنا عنها تدعم بالفعل ما يصل إلى 15 واط من الطاقة، على وجه التحديد، 5 فولت عند 3 أمبير. كما يتم دعم الفولتية العالية أيضًا بالطبع. كل ما عليك فعله هو التحدث عن PD، أو ربما السماح لشريحة صديقة بالتحدث نيابةً عنك.

هذه الرقائق الصديقة، كما قد تتخيل، هي عبارة عن وحدات تشغيل PD. تقوم بتوصيلهم إلى دبابيس CC، ويقومون بالتفاوض بشأن ملف تعريف الطاقة نيابةً عنك. تحتوي على عدد قليل من المدخلات التي تتيح لك ضبط الجهد المطلوب، واختياريًا مخرج محرك FET لفصل VBUS إذا لم تتمكن وحدة PSU من توفير الجهد الذي تحتاجه، مع التأكد من عدم حصولك على الجهد الافتراضي 5 فولت على سكة الطاقة حيث تحتاج إلى 20 فولت.

يمكننا أن نتحدث كثيرًا عن رقائق الزناد، كثير من الناس يفعلون ذلك, وأنا متأكد من ذلك أيضًا. في الواقع، هذا هو الخيار الذي يختاره الأشخاص بأغلبية ساحقة عندما يحتاجون إلى جهد عالي من منفذ USB-C. إنها مثالية لغالبية حالات الاستخدام، ومن المحتمل أنك تريد الوصول إلى واحدة منها. ومع ذلك، ضع في اعتبارك أن سلوكهم غير مرن: لن يسمحوا لك بإنشاء منفذ مزدوج الدور، ولن يسمحوا لك بالتمييز بين وحدة PSU USB-C بقوة 30 وات ووحدة إمداد بقوة 100 وات، مما يساعدك عندما إعادة قيادة حمولة مقاومة. لا يمكنك أيضًا دمجها مع USB 3.0 أو DisplayPort لأنها لا تحتوي على مخرج قطبي، ولا تسمح لك بإرسال رسائل مخصصة.

ستتيح لك وحدة التحكم PD القيام بالمزيد! سواء كنت تستخدم وحدة تحكم PD خارجية مثل FUSB302B أو ربما وحدة تحكم PD مدمجة في وحدة MCU الخاصة بك، فسوف تتيح لك اتخاذ قرارات اتصال PD الخاصة بك. إنه يحتوي على جميع المقاومات التي قد تحتاجها، ومن المحتمل أن تجد رمزًا نموذجيًا لأي مهمة تحتاج إلى إنجازها. لقد مررنا بالفعل ببناء رسائل PD مخصصة، سواء بالنسبة للطاقة أو تشغيل حوض DisplayPort. وفي مرحلة ما، سنقوم أيضًا ببناء وحدة تزويد الطاقة USB-C الخاصة بنا باستخدام FUSB302B، لذا ترقبوا ذلك! عندما يتعلق الأمر بوحدات MCU، هناك بعض المتحكمات الدقيقة المعروفة STM32 وCypress مع الأجهزة الطرفية PD، ومؤخرًا، CH32X035 دخلت المشهد.

ستتيح لك وحدة تحكم PD الخاصة بك أيضًا إرسال رسائل DisplayPort - واستخراج مخرجات DisplayPort من أي منافذ متوافقة، أو ربما تقديم DisplayPort بنفسك. استخدم قابس USB-C ولن تحتاج إلى mux، أو استخدم مقبسًا وأضف mux متوافق مع DisplayPort - سيسمح لك باستخراج DisplayPort ثنائي المسار وUSB 3.0 في وقت واحد، أو DisplayPort بأربعة حارات، أيهما قد ترغب فيه . أو يمكنك استخدام مقبس DisplayPort، وحذف mux، وجعل المنفذ الخاص بك يعمل في اتجاه واحد فقط - هذا بائع eDP الصيني يمكن تأكيد!

في المرة القادمة، سنستعرض الأعمال الداخلية لوحدة PSU USB-C، ثم نقوم بتحويل وحدة PSU 20 فولت إلى مصدر USB-C بدعم 20 فولت؛ سنحتاج فقط إلى FUSB302، وعدد قليل من FETs، ومنظم احتياطي بجهد 5 فولت. لن يتطلب الأمر الكثير منا، وستكون قادرًا على تحويل مصادر الطاقة القديمة لديك إلى طاقة للكمبيوتر المحمول USB-C، وستحصل على بعض الأفكار حول كيفية عمل وحدة PSU USB-C أيضًا!

الطابع الزمني:

اكثر من هاك يوم