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专业版 TYPE-C转HDMI+USB3.1+PD

简介:CS5266的TYPE-C 转 HDMI1.4b 4K-30Hz 带PD3.0和USB3.1的控制器,兼容任天堂SWITCH,大多数Win笔记本

开源协议: GPL 3.0

发布时间: 2023-02-06 13:42:57
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描述

1.简介

CS5266是USB TYPE-C 转 HDMI1.4b 4K-30Hz 带PD3.0和USB3.1的控制器。

兼容任天堂SWITCH,大多数Win笔记本。

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2.TYPE-C DP 知识补充

关于TYPE-C头,实际上市面上卖的大多数的TYPE-C带视频输出的扩展坞

要么是像我这样公头直接插的

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要么是带个小尾巴的,说的难听点叫尿袋设计

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而后者是大多数。

为什么他们的设计这么傻,为什么不做个母头的TYPE-C扩展坞,然后用一根公对公的线连接起来,这样线机分离,不仅好收纳还好看

实际上也有这种分体式的扩展坞,但是卖的很贵

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实际上这和TYPE-C的特性有关系。

以下是个人的见解以及个人收集的资料如有错误欢迎指出。

首先我们知道24P的全功能TYPE-C各个信号脚都做什么

2.1各个线的功能[1]

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在USB3.2 Gen1和Gen2 中,TYPE-C使用一组两个差分对四根线分别实现 5Gbps 和 10Gbps 的收发信号,即SSTX差分对和SSRX差分对。

还有一组是USB2的差分传输信号。

2.2对于TYPE-C传输视频[2]

首先请注意区分DP(DisplayPort)和PD(USBPowerDelivery)

USB PD是在CC(Configuration Channel) pin上传输,PD有个VDM (Vendor defined message)功能,定义了装置端ID,读到支持DP或PCIe的装置,DFP就进入替代(alternate)模式。

如果DFP认到device为DP,便切换MUX/Configuration Switch,让Type-C USB3.1信号脚改为传输DP信号。AUX辅助由Type-C的SBU1,SUB2来传。HPD是检测脚,和CC差不多,所以共用。

一个完整的DP接口同样含有4对主要连接差分对,Mian Link Lane 0~3

DP同样可以在仅 ML0,ML1 两条Lane的模式下工作

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对于TYPE-C的DP传输,一共有三种模式

(1)DP Alt Mode 4Lane
DP有lane0-3四组差分信号, Type-C有RX/TX1-2也是四组差分信号,所以完全替代没问题。

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(2)DP Alt Mode 2Lane

DP协议里的替代模式,可以USB信号和DP信号同时传输,RX/TX1传输USB数据,RX/TX2替换为lane0,1两组数据传输,此时可支持到4k

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(3)Virtual Link

Virtual Link,把USB2.0的针脚设定为USB3.2 Gen1或者Gen2 ,是为VR应用所开发的,Nvidia 的2000系 和AMD 的6000系显卡所搭载的Type-C 就支持该模式

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一般所使用的大多为2Lane模式,也是我们CS5266芯片的模式

2.3Alt Mode 要求多路调制器[3][4]

(本文档出自 TI)

基于特定的Alt Mode标准的要求,单个Type-C 接口可以驻留一个或多个协议。

举个栗子,视频电子标准协会(VESA)DisplayPort 在 Type-C 标准上的Alt Mode 可以建立4信道的DisplayPort,也可以同步建立 USB3.1 和 DisplayPort。有了多协议支持和正反插的Type-C,不同协议间的多路调制 用以将数据源和视频源接驳到合适的终端 是有必要的。

在信号源方面,多路调制器(MUX)将USB和DP信道切换到合适的高速信道。在接收端方面,多路调制器将来自Type-C的4条高速信道作为输入,然后将信号相应地分配到USB接收器或者 DP接收器。 Figure 4 (下图)展示了 高级Alt Mode 通信的 信号源——接收器 信号路径,以及多路调制器的放置位置

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DisplayPort 是如今最流行的Alt Mode 类型,它也支持高分辨率视频输出。为了满足不同的应用和Type-C的正反插特性,这4种不同的信号配置案例需要多路调制器来提供支持:

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在Ti此文档中有提及一个Type-C Alt Mode 切换器若内置一个线性中继器(Mux),那么它可以进行频道均衡并且保证信号输出质量。中继器是有方向性的,它只能向特定方向中继信号,因此,在信号收/发端应分别配备 Type-C Alt Mode 中继器/切换器。Figure 7 (上图)展示了收发端的使用例

因此总结一下就是说:实际上在做USB-C DP时,应该是需要一个中继器(Mux),它可以做信号补偿,并且最重要的是可以进行信号的交叉。

 

但是实际上大多数带视频输出的带小尾巴或者直接一个公头的扩展坞都只有PD控制器,没有MUX。

这是因为这种Type-C 定义直接焊死而不是给一个Type-C 口随意插,那么在设计时就不需要 MUX来应对Type-C正反插情况了,在Cypress的指导中也有提及[5]

If you are using type-C receptacle and plug combination you will not need a switch. If you have both USB-C connectors as receptacles, connected via a type-C cable (EMCA) then you will require a switch.
DP source (FPGA) <---->Switch<------> USB-C receptacle <---------------------> USB-C plug <------> DP sink (FPGA)
otherwise,
DP source (FPGA) <-----> Switch <-----> USB-C receptacle <---------- USB-C cable ----------> USB-C receptacle <-----> Switch <-----> DP sink (FPGA)

 

因此总结就是,使用小尾巴或者直接一个公头的形式直连PD控制器,可以省一个MUX芯片

 

另外就是MUX芯片是对于有DP传输来说的,USB传输建议也需要翻转芯片,例如很常用的VL160

具体可以查看这篇文章https://blog.csdn.net/ai126323/article/details/120333537

比较详细的解释了TYPE-C电缆的翻转

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关于MUX的工程可以看看这位大佬的工程

https://oshwhub.com/lemon_wifi/CH543

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参考文献:

[1]^USB-PD3.0(Power Delivery)充电协议 https://blog.csdn.net/ai126323/article/details/120333537

[2]^Type C & DP简介 https://blog.csdn.net/u010538116/article/details/122776717

[3]^USB Type-C 的 Alternative Mode:超越 USB https://zhuanlan.zhihu.com/p/335164290

[4]^Type-C 扩展器 方案指南(DP Alternative Mode 篇) https://zhuanlan.zhihu.com/p/342165494/#ref_8

[5]^Cypress, 提问是否需要在设备端使用MUX https://community.cypress.com/t5/USB-EZ-PD-Type-C/do-we-need-a-switch-like-PS8740B-on-both-the-source-and-sink/td-p/187782?start=0&tstart=0

3.实测

可以兼容任天堂SWITCH(OLED版)

15V快充+HDMI输出

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大多数Windows笔记本

20V快充+HDMI输出+USB3传输

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实测USB3传输,硬盘限制没跑太高

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关于CC脚PD和DP通讯

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充电器 CC提供充电规格选择

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PD控制器选择电源规格

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VDM,进入替代模式

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确定DP

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与上述2中补充的DP通讯过程一致

4.LAYOUT部分

使用1.0板厚,四层板,阻抗结构JLC04101H-7628,可以白嫖

HDMI,DP部分走100欧姆阻抗匹配

TYPE-C的B2、B3、A10、A11,HDMI的D0、D1、D2、CLK信号需要走

 

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USB部分走90欧姆阻抗匹配

TYPE-C的A2、A3、A6、A7、B10、B11信号需要走

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5.实测视频

设计图
原理图
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