Type-C DP技術綜述

鐘勇汪 福州瑞芯微電子股份有限公司

Type-C DP技術綜述

鐘勇汪 福州瑞芯微電子股份有限公司

Type-C接口是近年興起的一種新型USB接口，它支持從正反兩面均可插入的“正反插”功能，支持USB3.1的10Gbps傳輸速度，兼容USB 2.0，提供最高100W的快充，通過交替模式實現最高4K甚至8K的視頻輸出。本文從原理上介紹了Type-C DisplayPort交替模式的實現方法。

Type-C DisplayPort Power Delivery

1 概述

Type-C的全稱是USB Type-C，它是一種全新的USB接口形式（在此之前的USB接口有Type-A和Type-B），它伴隨最新的USB3．1標準橫空出世。由USB-IF組織于2014年8月份發布，是USB標準化組織為了解決USB接口長期以來物理接口規范不統一，電能只能單向傳輸等弊端而制定的全新接口，它集充電，顯示，數據傳輸等功能于一身。Type-C接口最大的特點是支持正反2個方向插入，正式解決了“USB永遠插不準”的世界性難題，正反面隨便插。

DisplayPort（下簡稱DP）是目前流行的高清顯示接口標準，視頻電子標準協會（VESA）在2006年5月發布1．0版本，盡管DP標準比HDMI問世晚了三年半，但因為其高性能且免費授權，受到了廣大計算機廠商的支持，從2007年開始在普遍部署在顯示器和PC上。傳統DP接口連接器有2種尺寸：標準DP和mini-DP，直到2014年VESA公布了基于USB Type-C接口標準的displayPort交替模式，Display Port有了第三種連接器，這就是本文將要介紹的Type-C DP。

2 Typec-C的PIN腳定義

要理解Type-C的原理，首先需要了解他的PIN腳定義。如圖1所示，Type-C口有4對TX/RX差分線，2對USB D+/D-，一對SBU，2個CC，另外還有4個VBUS和4個地線。

圖1 Type-C接口PIN腳定義

正常情況下，USB 3．1只用到2對TX/RX差分線作為數據線，正插時連接TX1/RX1，反插時連接TX2/RX2。可以看到任意情況下，都會有2對差分線是沒有被使用的，DP交替模式就是把DP信號加載到這2對“多余”的差分線上，從而實現USB 3．1+DP同時工作。

當然，如果接收端只需要DP信號，不需要USB 3．1信號，那DP可以利用全部4對TX/RX差分線做輸出，從而實現最多4 lanes的DP輸出，提供高達32．4Gbps的總輸出帶寬（每條lane可以輸出8．1Gbps），輕松實現5K x 3K 60幀視頻，甚至最高可達8K x 4K 60幀視頻（4：2：0數據），這種模式就是DP only模式。

另外為了兼容USB 2．0，Type-C還保留了USB D+/D-信號供USB 2．0設備使用，所以只需改用Type-C的接口，USB 2．0甚至USB 1．0設備也可以支持正反面盲插。值得一提的是，使用USB D+/D-跟上面的DP only模式配合，可以實現DP+USB 2．0模式。DP占用4對TX/RX差分線，USB僅使用D+/D-。

圖1看到Type-C還提供了2條CC線和2條SBU線。CC線主要用于Power Delivery模塊（下簡稱PD）的通訊，CC線首先是用來判斷設備插入的方向：正插或反插。如果是正插，主機使用CC1來和設備通訊，反插使用CC2，可以看到CC使用的是單線協議。SBU線在DP功能開啟時，化身為DP協議中的AUX_P/AUX_N差分線（它的極性是可以根據正反插方向修改的），負責傳輸設備的DPCD，EDID等關鍵信息。

3 Type-C DP的幾種連接方式

3.1 Type-C對Type-C

這種接法要求：發送端和接收端都采用Type-C接口，使用一條標準的Type-C to Type-C連接線。這樣的好處之一是連接線可以盲插，也就是無論接收還是發送，正面反面都能插。另一個好處是接收端保留了完整的Type-C功能，它可以支持USB3．1，DP同時工作。

3.2 Type-C轉DP/HDMI/DVI/VGA

在這種接法中，接收端（顯示器）使用的是DP或者mini-DP的座子，它只選擇接收Type-C的DP信號，這時發送端只需要輸出DP，而把USB功能關閉。另外，接收端可以是一個DP轉HDMI/DVI/VGA的轉換器，轉換器再連接顯示器的HDMI/DVI/VGA接口，這就是我們常見的Type-C to HDMI，Type-C to DVI，Type-C to VGA線。Type-C接口本身不能搭載這些視頻信號（HDMI/DVI/VGA），所以Type-C要實現這些信號的輸出，都必須仰仗著DP轉HDMI/DVI/VGA芯片。

3.3 Type-C轉多功能Dock

Multifunction Dock中文翻譯成擴展塢，顧名思義是把Type-C擴展成多個功能的一種設備，包括USB，DP（或轉HDMI）。目前市面上的幾乎沒有直接把Type-C轉成USB Type-C和DP的Dock，一般都會把輸出接口換成USB Type-A+HDMI（內置DP轉HDMI芯片），另外通常還會加入充電功能。這種擴展塢解決了一大批老接口設備的“再就業”難題，因此在目前這種新老接口交替時期，深得消費者喜愛。如蘋果MacBook推出的同時，消費者可以選購一款名為“USB-C數字影音多端口轉換器”的配件。

4 Type-C DP開啟流程

設備插入到Type-C接口，最先得到通知的是PD模塊，因為CC線是接到PD上的，它會產生一個中斷，通過CC的上下拉電阻，PD可以判斷連接線插入方向。知道方向后，選擇一條CC線用來與設備端通訊。

①詢問對方設備的類型，如果設備端支持DP，發送端會要求設備端把SBU切換到AUX功能。

②PD模塊通知DP控制器，DP控制器再根據正反插方向完成DP主數據線和AUX在Type-C接口上的映射；

③DP控制器通過AUX線讀取設備端的EDID，DPCD等信息，決定lane數量，最高輸出頻率，電壓等信息；

④通過AUX的協助，完成對DP主線的training，確定最終使用的波形參數：頻率，電壓，預加重；

⑤開啟視頻和音頻信號輸出。

這里說的5個步驟是假定設備端是一臺連接正常的DP設備。實際上，設備端那頭也是支持熱插拔的，熱插拔通常會產生一個HPD信號，但這個信號腳在Type-C接口中并不存在，它是通過把HPD信號轉換成CC信號來實現的。如：在Type-C to DP的連接類型中，Type-C口插入到發送端，而DP口還未連接顯示器時，上述步驟的第3步會出錯并退出。直到DP插入到顯示器中，PD模塊接到一個中斷，通過查詢狀態寄存器確認是HPD信號引起的中斷，這時再通知DP控制器重新開始第3步。當DP接口從顯示器上拔出時，PD模塊也會收到中斷，最終通知DP控制器完成關閉音視頻輸出的動作。

[1]VESA DisplayPort Alt Mode on USB Type-C Standard Version 1.0