前言

目前USB4接口已經(jīng)在PC主機(jī)、筆記本電腦、一體機(jī)、迷你主機(jī)、VR頭顯等終端上得以普及，周邊生態(tài)如全功能線纜、硬盤盒、擴(kuò)展塢種類豐富，伴隨iPhone15旗艦手機(jī)的加入，未來有望一條USB4全功能線纜完成端到端數(shù)據(jù)、視頻、充電、音頻全搞定，縮短等待時(shí)間，大幅提升生產(chǎn)效率。USB4的應(yīng)用從20Gbps起跳，目前40Gbps已經(jīng)普及，未來80Gbps和120Gbps也將迎來商用，可見USB-C高速接口生態(tài)一直在挑戰(zhàn)數(shù)據(jù)傳輸極限，將極速進(jìn)行到底。

由充電頭網(wǎng)舉辦的2023 USB4高速傳輸技術(shù)研討會(huì)已經(jīng)于10月17日在充電頭網(wǎng)公眾號(hào)以及嗶哩嗶哩平臺(tái)進(jìn)行直播。本次直播邀請(qǐng)了USB-IF授權(quán)實(shí)驗(yàn)室、頭部芯片企業(yè)、連接器企業(yè)、精密制造企業(yè)專業(yè)人士等領(lǐng)域的數(shù)十位各個(gè)領(lǐng)域的大咖為大家答疑解惑，并進(jìn)行深入的交流與討論，分享市場最新動(dòng)態(tài)與干貨。這些討論有助于推動(dòng)高速傳輸技術(shù)的發(fā)展，提高用戶體驗(yàn)，促進(jìn)行業(yè)的進(jìn)步。

在本次大會(huì)上，英飛凌科技（中國）有限公司（簡稱：英飛凌）給大家?guī)砹恕队w凌USB4端到端完整解決方案》的精彩演講，演講嘉賓是英飛凌大中華區(qū)域市場經(jīng)理袁強(qiáng)先生。本次演講為大家分享了USB4的演變過程和與以前版本的對(duì)比，引出E-Marker芯片對(duì)于USB4產(chǎn)品的重要性，然后再推出英飛凌的E-Marker芯片CMG2，為USB-C擴(kuò)展塢的應(yīng)用提供整體解決方案，幫助客戶節(jié)省成本，并縮短上市時(shí)間。

袁強(qiáng)先生負(fù)責(zé)英飛凌USB數(shù)據(jù)和PD產(chǎn)品市場管理，熟悉筆記本，dock，hub，PD充電器等應(yīng)用方案與市場。超過16年半導(dǎo)體技術(shù)支持，銷售，市場等經(jīng)驗(yàn)，超過七年USB-PD行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，中國最早從事PD應(yīng)用行業(yè)的一批人。

USB4的演變過程，從1996年發(fā)布的USB1.1版本開始，傳輸速率只有12Mbps，到目前最新的USB4 V2版本，傳輸速率上升到了80Gbps。充電功率也從原本的2.5W（5V/0.5A）上升到了240W（48V/5A）。隨著AlternateMode的引進(jìn)，DisplayPort是從2014年左右加入到USB的兼容協(xié)議中，DisplayPort的傳輸速率也從21.6Gbps（4K@60）到現(xiàn)在最高80Gbps（8K@60）。Thunderbolt是2015年左右加入到USB中的，傳輸速率也從開始的40Gbps提升到80Gbps。

以上2個(gè)圖是USB4與以前方案的對(duì)比。USB3.2版本時(shí)候傳輸?shù)氖羌僓SB數(shù)據(jù)，與PCle、DP等與USB沒有關(guān)聯(lián)的，從USB4開始兼容了以前傳統(tǒng)的PCle、DP等協(xié)議，所以某個(gè)層面上來說，USB4是集協(xié)議之大成者。

USB4的傳輸方式如上圖所示，USB4的數(shù)據(jù)包含了USB 3.2、DisplayPort和PCIe，把與USB不太相關(guān)的協(xié)議也放進(jìn)來了，形成以一個(gè)隧道協(xié)議，即一種將不同協(xié)議的數(shù)據(jù)包重新封裝在一起傳輸?shù)姆绞剑瑪?shù)據(jù)包傳遞經(jīng)過的路徑叫做隧道。通過隧道協(xié)議將USB 3.2、DisplayPort和PCIe數(shù)據(jù)封裝成一個(gè)數(shù)據(jù)包，然后選擇隧道協(xié)議發(fā)送路徑，通過USB4結(jié)構(gòu)來發(fā)送，再通過USB4結(jié)構(gòu)接收，解碼隧道協(xié)議的數(shù)據(jù)包，分離出USB 3.2、DisplayPort和PCIe數(shù)據(jù)，形成一個(gè)完整的隧道傳輸方式。

但要實(shí)現(xiàn)以上功能，都需要用到PD芯片完成的，或者把PD芯片作為USB4的鑰匙，需要USB4在打開之前，通過PD芯片與設(shè)備進(jìn)行溝通，識(shí)別USB4身份，進(jìn)入U(xiǎn)SB4的工作模式。USB4支持的另一個(gè)快充功能，也是需要PD芯片完成的。

以上是Thunderbolt4、Thunderbolt3、USB4、USB3/DP的對(duì)比表。目前來說Thunderbolt4是最高端的協(xié)議，但Thunderbolt5的方案也準(zhǔn)備公布了，預(yù)計(jì)明年年初推出。USB4與Thunderbolt4的主要區(qū)別是最小傳輸速度的區(qū)別，因?yàn)閁SB4的最小支持速度是20Gbps，而Thunderbolt的最小傳輸速度為40Gbps，所以在這里，USB4類似是Thunderbolt的子級(jí)，Thunderbolt是一個(gè)超級(jí)。USB4是沒有強(qiáng)制要求支持PCle的，但是一定要支持DP顯示，另外Thunderbolt一定會(huì)支持PCle。USB4與Thunderbolt充電功率的區(qū)別，因?yàn)楣P記本電腦、PC電腦在輸出功率時(shí)候，一般在輸出時(shí)候，最低也會(huì)進(jìn)行5V的電壓輸出，但Thunderbolt需要支持功率15W（5V/3A），USB4需要支持7.5W（5V/1.5A）的功率，USB3/DP僅需支持4.5W（5V/0.9A）的功率。

以上是英飛凌的產(chǎn)品線，涉及電源、USB線纜、電腦、電動(dòng)工具、汽車等領(lǐng)域的應(yīng)用。提供完整的端到端USB-PD解決方案，例如EZ-PD CCG3系列，是一款高度集成的USB-C型控制器，符合最新的USB-C和PD標(biāo)準(zhǔn)，是一個(gè)完整的USB-C和USB電源端口控制解決方案，可用于筆記本電腦、顯視器、拓展塢以及電源適配器等設(shè)備。英飛凌服務(wù)的客戶非常多，在PC市場有全球最大的客戶群，握手許多知名PC廠商，幫助廠商縮短開發(fā)產(chǎn)品的時(shí)間。

以上是英飛凌USB4 host的簡要框圖，使用英飛凌的PD芯片，需要與其他芯片進(jìn)行溝通，需要在什么時(shí)間輸出什么信號(hào)，功率、輸出協(xié)議的控制等。例如筆記本在進(jìn)行充電或者對(duì)外放電時(shí)候，都需要PD芯片的參與，供電協(xié)議都集成在PD芯片上，所以PD芯片既能對(duì)筆記本進(jìn)行高達(dá)240W的供電，也能支持15w(5V/3A)的對(duì)外放電。

PMG1-S3 USB-C 擴(kuò)展塢框圖 - 數(shù)據(jù)路徑和端口的應(yīng)用原理圖與PMG1-S3與以前方案的對(duì)比圖。PMG1-S3是一款支持USB PD3.1的協(xié)議芯片，支持28V 5A（140W）輸出和取電。PMG1協(xié)議芯片均內(nèi)置MCU微處理器，支持一到兩個(gè)接口輸入與輸出。可提供額外的控制功能，適合智能揚(yáng)聲器、筆記本電腦、電動(dòng)工具和存儲(chǔ)設(shè)備等。

英飛凌PMG1系列協(xié)議芯片內(nèi)部集成可編程模擬和數(shù)字模塊，可使用智能模擬傳感器集成在應(yīng)用內(nèi)部。可使用ModusToolbox集成開發(fā)環(huán)境開發(fā)，其內(nèi)部集成了PMG1的軟件開發(fā)套件、設(shè)計(jì)套件和快速啟動(dòng)指南，縮短總體開發(fā)時(shí)間和產(chǎn)品上市時(shí)間。PMG1還支持現(xiàn)場編程，支持簽名固件更新。

EZ-PD CCG7SC是一款高度集成的單端口USB Type-C供電（PD?）解決方案，帶有DC-DC控制器，符合最新的USB-C和PD規(guī)范，面向單端口和多端口消費(fèi)類PD充電應(yīng)用。

支持 USB PD 3.1 SPR、BC1.2、蘋果充電、三星 AFC、QC5.0 快速充電標(biāo)準(zhǔn)，即支持 USB PD 3.1 SPR的100W以內(nèi)的充電功率，支持DC-DC 支持強(qiáng)制降壓和降壓-升壓配置。支持動(dòng)態(tài)負(fù)載共享、電纜補(bǔ)償、黑匣子和固件升級(jí)等功能。配備了ARM Cortex-M0 CPU，這是一款32位MCU，已針對(duì)低功耗操作進(jìn)行了優(yōu)化，具有廣泛的時(shí)鐘門控功能。擁有完善的保護(hù)功能，包括 OVP、UVP、SCP、OTP、VCONN OCP 和 VBUS-CC 短路。

以上是USB-C 擴(kuò)展塢解決方案的一個(gè)參考設(shè)計(jì)板，采用PMG1S3和CCG7SC打造而成。目前，英飛凌已經(jīng)開放這個(gè)參考版的申請(qǐng)。該參考板的更多參數(shù)可前往英飛凌官網(wǎng)下載相關(guān)的文件進(jìn)行查閱，包括原理圖、PCBA圖，還開放了部分底層代碼，通過簡單的調(diào)試軟件，可以方便客戶進(jìn)行一定程度的客制化，滿足客戶定制化需求。英飛凌為這些USB-C擴(kuò)展塢應(yīng)用提供整體解決方案，幫助客戶節(jié)省成本，并縮短上市時(shí)間。

接下來介紹的是英飛凌新推出的E-Marker芯片CMG2。以上是CMG2的命名規(guī)則。

CMG2意思是相對(duì)于CMG1是第二代E-Marker芯片，或者是專門開發(fā)的第二代E-Marker芯片。該芯片支持USB4、TBT4、PD3.1 EPR，還支持VCONN和CC引腳上的短路保護(hù)，避免元器件老化或意外短路導(dǎo)致的引腳短路，VBUS的意外短路保護(hù)耐壓達(dá)54V，英飛凌的E-Marker芯片非常重視產(chǎn)品短路保護(hù)方面的功能，通過以上保護(hù)功能，可以有效避免產(chǎn)品發(fā)生意外短路。

以上是英飛凌CMG2和CMG1的對(duì)比圖。CMG2相較于CMG1，主要是支持更新的USB4、TBT4、PD3.1 EPR（48V），VCONN和CC引腳耐壓也從24V提升到54V。均采用了9-CSP封裝工藝，封裝和走線都非常簡單，如果采用DFN的封裝，在PCB的布板上，會(huì)比較困難一些。

以上是E-Marker芯片CMG2的詳細(xì)信息。支持USB4、TBT4、PD3.1 EPR（48V），VCONN和CC引腳54V的耐壓。待機(jī)功耗低至1.7mA。封裝工藝采用9-CSP，是非常小的封裝工藝，可以適配更多的產(chǎn)品應(yīng)用，例如USB4的E-Marker芯片。

以上是CMG2的產(chǎn)品選擇指南。CMG2編號(hào)為CYPD2803A1-9FNXIT，目前該芯片已經(jīng)量產(chǎn)出貨中。

目前，英飛凌官網(wǎng)已經(jīng)開放CMG2英文的文檔資料，對(duì)CMG2感興趣的可前往官網(wǎng)下載相關(guān)資料。同時(shí)也可以下載 EZ-PD Configuration Utility進(jìn)行參數(shù)的調(diào)試等。

通過 EZ-PD Configuration Utility1.4.0版（或更高版本）可以對(duì)CMG2芯片進(jìn)行參數(shù)調(diào)試。比如可以通過線的長度，相關(guān)的協(xié)議輸入來進(jìn)行配備產(chǎn)品，以及燒錄、讀取文件等。

以上是英飛凌USB4端到端完整解決方案的精彩演講，更多資訊可以前往英飛凌官網(wǎng)了解。

充電頭網(wǎng)總結(jié)

英飛凌作為全球知名的半導(dǎo)體公司，其發(fā)布的USB4端到端完整解決方案備受關(guān)注。本次演講詳細(xì)的介紹了英飛凌USB4端到端完整解決方案的各個(gè)方面，并提供了采用PMG1-S3和CCG7-SC打造而成的USB-C 擴(kuò)展塢參考板。以及一款新推出的第二代E-Marker芯片CMG2，采用9-CSP封裝工藝，待機(jī)功耗低至1.7mA，支持USB4、TBT4、PD3.1 EPR（48V），VCONN和CC引腳54V的耐壓。隨著USB4接口的普及，該方案可以在多個(gè)領(lǐng)域中的產(chǎn)品上應(yīng)用。

英飛凌的端到端解決方案可以實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸和大容量存儲(chǔ)設(shè)備的無縫連接，支持多通道數(shù)據(jù)傳輸，可以同時(shí)傳輸多個(gè)數(shù)據(jù)流，適用于需要多路數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用場景。其E-Marker芯片CMG2芯片擁有可靠性高，兼容性強(qiáng)等特點(diǎn)，適合廣大廠商的應(yīng)用，幫助客戶節(jié)省成本，并縮短上市時(shí)間。未來，隨著USB4技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用場景的不斷擴(kuò)大，英飛凌USB4端到端的解決方案將會(huì)受到更多的廠商關(guān)注。

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