Type C - 多口支持USB PD的应用如何设计？

这应该是今天的最后一部分

然后这部分实际讲的是多口的 PD 的方式怎么去设计

实际上里面好多 slice 在之前已经 cover 过了

所以可能会讲的速度稍微会快一点

这样的话能留下更多时间

可以聊一下大家更感兴趣的问题

那这一章我们刚才讲了这种多口设计的话

实际上我们还是用是 TCPC 这种协议去做的话

整个系统方面的成本会更低一点

如果芯片的话就用 25725

这种做完了之后

实际上前面我可能稍微会快一点过了

725 前面已经讲过

具体到后面的电路

实际上是这样一个方向

比方说两个 25725

你要做这样一个

比方说这个应该是以笔记本的参考设计

为典型的案例来做的

做两个 Type-C 的口

两个 Type-C 都有做到 PD 的功能

所以要做的话就是两个 25725 这样做

图中会画更仔细一点

我们一个一个的看

因为这个的话

第一个 725 本身带有 NMOS driver

这样的话可以会为你省掉一个 PMOS 的应用

因为从成本上来讲

同样的 Rdson 同样的电压

你的 NMOS 肯定要比 PMOS 便宜一些

另外一个来讲的话就得你的供货

当你半导体周期性

一般两三年周期性缺货的时候

发现 NMOS 的采购还是会相对好一些

所以说 725 里面做了 NMOS 这个驱动

可以在这个成本和供货上帮你省掉一些

也同样通过这个电阻来检测这个电流的大小

然后灵活地设定 OCP 的限

你可以设定过流保护的限

另外 725 的芯片

输入里面电压是宽泛与耐压的

因为它要考虑到 PD

所以都是在这四点几伏到二十伏耐压范围都是没问题的

所以说你不需要为它额外找一个

或做一个线性稳压源来供电

给这个低电压供电

因为它本身是支持高电压供电

刚才 Tina 也讲过这边 GPL 和 MODE 这个 Pin

可以联合起来做一个 Data Battray

就是你电池没电的时候一个硬件的管理

实际上这种问题是在这种 Tpye-C 的 PD 上才会遇到的

在以前的那个上面

实际上笔记本在过去时期开始是没有的

因为以前的话

即使从 adapter 进来就是给到 charger

即使是你的电池没电了

charger 一样地工作

charger 里面有一个 MOS 给电池充电

那时候 MOS 比方说电池没电了

假如说过放了

这个时候 MOS 会工作在一个线性区

像一个 LDO 一样给你的电池去这种小电流充电

但同时那个 charger 的 Buck 的输出

可以稳成一个固定的电压

这样的话保证你的芯片在那个时候 EC 就能起来了

因为插进来的话你的单片机能起来

这样的话就能通过 gauge

电池的电量计去读各种各样的参数

可以去让你的系统把这个最基本的工作先起来

所以说以前的那种架构不会遇到这种问题

但是到了 Tpye-C 之后

因为前面加了 PD 的控制器

加了好多 MOS 的逻辑

你首先插上电之后

你先得要让你的 25725 起来

而且起来是没问题

25725 本身是可以连到输入

问题是 25725 起来之后

要有东西来告诉它我来怎么做

我到底是开哪个 Power Path

我是充电还是放电

这个时候需要 EC 能够起来

所以说你需要找

但这个时候 EC 在这个 725 的逻辑的这些东西后面

在这种情况下如果 725 没有人告诉它

到底看哪个 Path

你的 EC 实际也起不来

这个里面 GPL 和这个 MODE 这个 Pin

来做这个组合的逻辑来控制

目的是说当你电池电量低的时候

你插进了 adapter

我好歹有一条通路能把你的 EC Power Up 起来

总要能告诉我你到底是想要我开哪条路

具体的在 25725 的手册的发布时候

你会看到比较详细的控制方式怎么样让它起来

只是在这里讲的时候

我们在这边也不用担心

就是即使在电池过放没有电的时候

我们也考虑到了

怎么样去让这个系统能够正常的这个工作

那然后这个另外这一部分是 VBUS discharger

等于放电的 VBUS

这个是 reduce cost 的一个原因

那实际上这个里边想提的就是说

跟 VBUS discharge 相关的东西

实际上 Type-C 也是有一些

跟传统的那个 Type-A 方式不一样

因为第一我们讲到就是说

像刚才讲如果传统 Type-A 的话

实际上你的 5V 是一直在的

这个时候实际上你放电的这个需求变得没有那么强烈

只要这个电开了就在

但是 Type-C 的话这个 5V 到底是出不出来

跟你的这个后面插没插 device 息息相关

所以这个时候当你的 device 拔掉的时候

它是会需要一个放电的这个过程

要尽快的话把这个电放掉

能够让这个输出的 5V 尽快降到零

另外的话就是说我们有 PD

我们有 PD 握手

这个时候放电也会变得很重要

比方说我现在那个苹果笔记本

这个插进来的一个 adapter 对吧

我已经握手到 15V 了

那这个时候可能这条线上的电容

这些东西都已经充到了 15V

突然间我把这个 adapter 拔掉了

但是很快我迅速的插进来了一个手机

那手机可能只能支持 5V

那这个时候实际上你需要的问题就是说

我要在手机插进来之前

尽快的把我的 VBUS 上那个电

十几伏或者二十伏也好

你要能尽快地放到一个 5V 的这个 level

所以说这个放电这个过程在 Type-C 的应用里面

也变得比以前重要的多

而且这个你要如果没有这种 25725

这种内置的放电的逻辑

所以说你用起来会非常方便

只要有电阻就可以了

否则的话

你需要判断非常多的这种不同的这种应用的 case

逻辑的 case

然后和这个时序上的这种判断

来做这种放电的处理

所以说 725 本身

给你做了一张放电的电阻在里面

这样的话你设计起来

外围电路和你的这个各种逻辑的可靠性会好很多

这是这个 25725 的这一部分

另外的话实际上还有一个

就是刚才也有人问到

就说包括这个上面为什么有两个背靠背的 MOS

那实际跟 PD 有一定的关系

另外的话实际上 Type-C 也有自己的要求

Type-C 要求是说当你的这个 Port

然后 Type-C 输出口

没有 device 插进来的时候

5V 应该是不开，对吧？

但是这个时候它要求的另外一个

就是说它要求从外面看起来的话

这个地方的导向的电容

这点不应该超过十个微法

就是你可能只能看到一个十微法以下的电容

这才是 Type-C 所允许的

主要是因为比方说它会防止

比方说 Type-C 插进来了一个

比方说 A 的这个 device 进来

A 的 5V 是一直在的

你如果电容很大的话

你会把 A 的那个 device 拉垮

所以说这个它会有一个对输出电容

比较严格的这种规范的要求

实际在几周之前的话

这个十微法的电容

只是在 Type-C 的这个内容上有这个要求

但是当你如果拿这个设备去做 Type-C 认证的时候

它实际是没有测这项的

就是哪怕你不是十个微法你也能过

但实际上我们了解到的是在就两三个星期之前

Type-C 内部又更新了一版

它把这个十微法电容加到了这个测试项里面

真的要测了

所以说这个时候可能各位要做 Type-C 设计的时候

就要考虑的可能更多一点

那举一个很现实的应用的例子

假设你要做一个 Car Charger

就是这个车充

然后那个架构很简单

就是一个电池电源进来

然后一个 Buck 出去

再加 Type-C 这些握手的这些东西

传统的话实际上以前的有一些设计很多的人

是不加这个背靠背的 MOSFET

那之前是没问题的

因为之前 Type-C 只是考虑就是说

你没有 device 插进来,对吧

那我的 5V 就没有

这就 OK 了

但是你让 5V 没有的话你有很多种办法

你不见得非得加这么多东西

把这个关了 5V 才没有

你可以直接把那个前面那 Buck DC/DC 关了

那我直接关了 DC/DC 我就没输出了嘛

那我也没有 5V

但问题是你这么做的话

你的电容就不满足要求

因为你前面 DC/DC 一般来说肯定不止十个微法

你可能来是 22 甚至 47 微法这样电容的水平

所以这种情况下在以前的话你可能是没问题的

你要去做 Type-C 测试的话可能没有问题

因为不测这个项目

但是如果按照这种方式来测的话

你实际就有可能过不去这一项的测试

因为你从输出看见的时候你只是把 DC/DC 关了

但是 DC/DC 的输出电容和你最后这个十微法电容并到一起了

你可能会超出那个指标值

所以说那个时候新的话

还要加一些这样类似于背靠背的 MOS

或者是加类似于像什么 25810 这样的这种芯片

它里面的 Power Switch 直接就关掉了

那这样的话它里边都是 Back to Back 这种 MOS

可以去保证你的这个设计

能在 Type-C 的标准上

能够更符合 Type-C 的标准

这是这部分的东西

所以你们看到这边为什么好多 Back to Back 的 MOS

然后如果说讨论到这个 Power Path

大概就是这个样子的

所以说就是这样子的

这是两个 Type-C 的 Port

然后这边这实际上

一般像笔记本里面我们都有系统的 5V

给普通 USB 口也好

一些其他的外设也好

这是 5V 的这个 path

那如果比方说正常插进来一个

假设一个手机

它就自己认为自己是个

比方说 UFP

那就很简单

实际上我笔记本

笔记本就把这个系统的 5V 直接给到

你的外面就好的就没问题

那如果说你插进来的是一个 DFP 的 adapter

就是一个这样的 adapter

那也很简单

那就是通过这条路径

然后到这条路到这边

然后你就可以给你的电池去充电

那这个也是没问题的

那么实际就像刚才应该 Tina 也讲过

就是实际上你们外部的设备可能越来越多样化

而随着你的这个 charger 来不断的升级的话

让你 Buck-Boost 的 charger

实际上我们就可以由这个地方

输出来一个 9V、12V 都有可能

有可能就是说你当握手和这个主级握手结束之后

发现你这边是一个受电的这个 device

你这边要做 Source 这边做 Sink

但是这里 device 来支持 PD 的功能

当时就是你就有机会在电池这边

然后用 Baterry charger 反过来把 Buck-Boost 出来

引入说就是 9V、15V 或者 12V

这样给你一个输出的设备去用

所以说这样的话用 25725 之后

就会让你公共的整个架构控制的会非常的灵活

像刚才那个也问过

就是说你可能要多级的电压，对吧

那实际上如果你只靠 GPL 去控制的话

你可能好多个 GPL Pin

但实际上这个现在也有很多这种比较灵活的 DC/DC 出来

首先都是 charger

charger 这个刚才 Tina 提到

前面的一节 charger bq25700

25700 的那个是 TI 的 Buck-Boost charger

它可以反向 Boost 出来好多种电压

去安放适配器

这是一方面

你在做一个类似于像那个电池的

那个其实应该还不对

没有正式对外发布的

而且也比较快

如果你做一个电池的设计的话

那可能会有一个比较好的选择

这样的话我们不需要那么多 GPL Pin

我们一块写就行了

那如果你不是电池的设计

就是你看到那个地方那个 25740 那个 demo

就是现在要插比如说充电器充笔记本那个 PD

那个里面配的一个 Buck-Boost 的芯片叫 LM5175

最早原来那个国半那边在做

LM 开头了

然后他们现在在做一个 LM5176

同样的 Buck-Boost

就是做 Buck-Boost 但是 I2C 控制

那这样的话你就变得就更简洁一点

就是如果你假设想输出更多的电压的 level

你就 I2C 告诉它就好

还是就是这一块出来

9.1、9.2、9.3 都可以去做

这样的话你的这个整个的这个输出的等级会更多

我们也不需要那么多的 GPLP 的控制

其实这可能是给各位

也是在提供一些更多的这种设计的思路和方法

Charger 一般会比较好办

然后那个 DC/DC 实际是 I2C 控制的 Buck-Boost

但是我们也看到就是有这种需求

Type-C 出来以后

这个需求肯定是很现实的问题

你可能不同的电压等级

现在有四个档

那么将来更多的档

那这样的话你怎么去做那种搞那么多 GPL Pin 出来

所以现在就开始在 DC/DC 来做一些类似于 I2C 控制的一些芯片

也是 Buck-Boost 的这个拓扑

然后针对于这样拓扑的话

我们做了一些这种控制上的优化来做这个事情

这部分实际上很快

就这些

没有什么太多的东西

不是刚才有没有一些提问题还没有提完的

或者针对这个还有一些什么问题的

这应该是今天的最后一部分

然后这部分实际讲的是多口的 PD 的方式怎么去设计

实际上里面好多 slice 在之前已经 cover 过了

所以可能会讲的速度稍微会快一点

这样的话能留下更多时间

可以聊一下大家更感兴趣的问题

那这一章我们刚才讲了这种多口设计的话

实际上我们还是用是 TCPC 这种协议去做的话

整个系统方面的成本会更低一点

如果芯片的话就用 25725

这种做完了之后

实际上前面我可能稍微会快一点过了

725 前面已经讲过

具体到后面的电路

实际上是这样一个方向

比方说两个 25725

你要做这样一个

比方说这个应该是以笔记本的参考设计

为典型的案例来做的

做两个 Type-C 的口

两个 Type-C 都有做到 PD 的功能

所以要做的话就是两个 25725 这样做

图中会画更仔细一点

我们一个一个的看

因为这个的话

第一个 725 本身带有 NMOS driver

这样的话可以会为你省掉一个 PMOS 的应用

因为从成本上来讲

同样的 Rdson 同样的电压

你的 NMOS 肯定要比 PMOS 便宜一些

另外一个来讲的话就得你的供货

当你半导体周期性

一般两三年周期性缺货的时候

发现 NMOS 的采购还是会相对好一些

所以说 725 里面做了 NMOS 这个驱动

可以在这个成本和供货上帮你省掉一些

也同样通过这个电阻来检测这个电流的大小

然后灵活地设定 OCP 的限

你可以设定过流保护的限

另外 725 的芯片

输入里面电压是宽泛与耐压的

因为它要考虑到 PD

所以都是在这四点几伏到二十伏耐压范围都是没问题的

所以说你不需要为它额外找一个

或做一个线性稳压源来供电

给这个低电压供电

因为它本身是支持高电压供电

刚才 Tina 也讲过这边 GPL 和 MODE 这个 Pin

可以联合起来做一个 Data Battray

就是你电池没电的时候一个硬件的管理

实际上这种问题是在这种 Tpye-C 的 PD 上才会遇到的

在以前的那个上面

实际上笔记本在过去时期开始是没有的

因为以前的话

即使从 adapter 进来就是给到 charger

即使是你的电池没电了

charger 一样地工作

charger 里面有一个 MOS 给电池充电

那时候 MOS 比方说电池没电了

假如说过放了

这个时候 MOS 会工作在一个线性区

像一个 LDO 一样给你的电池去这种小电流充电

但同时那个 charger 的 Buck 的输出

可以稳成一个固定的电压

这样的话保证你的芯片在那个时候 EC 就能起来了

因为插进来的话你的单片机能起来

这样的话就能通过 gauge

电池的电量计去读各种各样的参数

可以去让你的系统把这个最基本的工作先起来

所以说以前的那种架构不会遇到这种问题

但是到了 Tpye-C 之后

因为前面加了 PD 的控制器

加了好多 MOS 的逻辑

你首先插上电之后

你先得要让你的 25725 起来

而且起来是没问题

25725 本身是可以连到输入

问题是 25725 起来之后

要有东西来告诉它我来怎么做

我到底是开哪个 Power Path

我是充电还是放电

这个时候需要 EC 能够起来

所以说你需要找

但这个时候 EC 在这个 725 的逻辑的这些东西后面

在这种情况下如果 725 没有人告诉它

到底看哪个 Path

你的 EC 实际也起不来

这个里面 GPL 和这个 MODE 这个 Pin

来做这个组合的逻辑来控制

目的是说当你电池电量低的时候

你插进了 adapter

我好歹有一条通路能把你的 EC Power Up 起来

总要能告诉我你到底是想要我开哪条路

具体的在 25725 的手册的发布时候

你会看到比较详细的控制方式怎么样让它起来

只是在这里讲的时候

我们在这边也不用担心

就是即使在电池过放没有电的时候

我们也考虑到了

怎么样去让这个系统能够正常的这个工作

那然后这个另外这一部分是 VBUS discharger

等于放电的 VBUS

这个是 reduce cost 的一个原因

那实际上这个里边想提的就是说

跟 VBUS discharge 相关的东西

实际上 Type-C 也是有一些

跟传统的那个 Type-A 方式不一样

因为第一我们讲到就是说

像刚才讲如果传统 Type-A 的话

实际上你的 5V 是一直在的

这个时候实际上你放电的这个需求变得没有那么强烈

只要这个电开了就在

但是 Type-C 的话这个 5V 到底是出不出来

跟你的这个后面插没插 device 息息相关

所以这个时候当你的 device 拔掉的时候

它是会需要一个放电的这个过程

要尽快的话把这个电放掉

能够让这个输出的 5V 尽快降到零

另外的话就是说我们有 PD

我们有 PD 握手

这个时候放电也会变得很重要

比方说我现在那个苹果笔记本

这个插进来的一个 adapter 对吧

我已经握手到 15V 了

那这个时候可能这条线上的电容

这些东西都已经充到了 15V

突然间我把这个 adapter 拔掉了

但是很快我迅速的插进来了一个手机

那手机可能只能支持 5V

那这个时候实际上你需要的问题就是说

我要在手机插进来之前

尽快的把我的 VBUS 上那个电

十几伏或者二十伏也好

你要能尽快地放到一个 5V 的这个 level

所以说这个放电这个过程在 Type-C 的应用里面

也变得比以前重要的多

而且这个你要如果没有这种 25725

这种内置的放电的逻辑

所以说你用起来会非常方便

只要有电阻就可以了

否则的话

你需要判断非常多的这种不同的这种应用的 case

逻辑的 case

然后和这个时序上的这种判断

来做这种放电的处理

所以说 725 本身

给你做了一张放电的电阻在里面

这样的话你设计起来

外围电路和你的这个各种逻辑的可靠性会好很多

这是这个 25725 的这一部分

另外的话实际上还有一个

就是刚才也有人问到

就说包括这个上面为什么有两个背靠背的 MOS

那实际跟 PD 有一定的关系

另外的话实际上 Type-C 也有自己的要求

Type-C 要求是说当你的这个 Port

然后 Type-C 输出口

没有 device 插进来的时候

5V 应该是不开，对吧？

但是这个时候它要求的另外一个

就是说它要求从外面看起来的话

这个地方的导向的电容

这点不应该超过十个微法

就是你可能只能看到一个十微法以下的电容

这才是 Type-C 所允许的

主要是因为比方说它会防止

比方说 Type-C 插进来了一个

比方说 A 的这个 device 进来

A 的 5V 是一直在的

你如果电容很大的话

你会把 A 的那个 device 拉垮

所以说这个它会有一个对输出电容

比较严格的这种规范的要求

实际在几周之前的话

这个十微法的电容

只是在 Type-C 的这个内容上有这个要求

但是当你如果拿这个设备去做 Type-C 认证的时候

它实际是没有测这项的

就是哪怕你不是十个微法你也能过

但实际上我们了解到的是在就两三个星期之前

Type-C 内部又更新了一版

它把这个十微法电容加到了这个测试项里面

真的要测了

所以说这个时候可能各位要做 Type-C 设计的时候

就要考虑的可能更多一点

那举一个很现实的应用的例子

假设你要做一个 Car Charger

就是这个车充

然后那个架构很简单

就是一个电池电源进来

然后一个 Buck 出去

再加 Type-C 这些握手的这些东西

传统的话实际上以前的有一些设计很多的人

是不加这个背靠背的 MOSFET

那之前是没问题的

因为之前 Type-C 只是考虑就是说

你没有 device 插进来,对吧

那我的 5V 就没有

这就 OK 了

但是你让 5V 没有的话你有很多种办法

你不见得非得加这么多东西

把这个关了 5V 才没有

你可以直接把那个前面那 Buck DC/DC 关了

那我直接关了 DC/DC 我就没输出了嘛

那我也没有 5V

但问题是你这么做的话

你的电容就不满足要求

因为你前面 DC/DC 一般来说肯定不止十个微法

你可能来是 22 甚至 47 微法这样电容的水平

所以这种情况下在以前的话你可能是没问题的

你要去做 Type-C 测试的话可能没有问题

因为不测这个项目

但是如果按照这种方式来测的话

你实际就有可能过不去这一项的测试

因为你从输出看见的时候你只是把 DC/DC 关了

但是 DC/DC 的输出电容和你最后这个十微法电容并到一起了

你可能会超出那个指标值

所以说那个时候新的话

还要加一些这样类似于背靠背的 MOS

或者是加类似于像什么 25810 这样的这种芯片

它里面的 Power Switch 直接就关掉了

那这样的话它里边都是 Back to Back 这种 MOS

可以去保证你的这个设计

能在 Type-C 的标准上

能够更符合 Type-C 的标准

这是这部分的东西

所以你们看到这边为什么好多 Back to Back 的 MOS

然后如果说讨论到这个 Power Path

大概就是这个样子的

所以说就是这样子的

这是两个 Type-C 的 Port

然后这边这实际上

一般像笔记本里面我们都有系统的 5V

给普通 USB 口也好

一些其他的外设也好

这是 5V 的这个 path

那如果比方说正常插进来一个

假设一个手机

它就自己认为自己是个

比方说 UFP

那就很简单

实际上我笔记本

笔记本就把这个系统的 5V 直接给到

你的外面就好的就没问题

那如果说你插进来的是一个 DFP 的 adapter

就是一个这样的 adapter

那也很简单

那就是通过这条路径

然后到这条路到这边

然后你就可以给你的电池去充电

那这个也是没问题的

那么实际就像刚才应该 Tina 也讲过

就是实际上你们外部的设备可能越来越多样化

而随着你的这个 charger 来不断的升级的话

让你 Buck-Boost 的 charger

实际上我们就可以由这个地方

输出来一个 9V、12V 都有可能

有可能就是说你当握手和这个主级握手结束之后

发现你这边是一个受电的这个 device

你这边要做 Source 这边做 Sink

但是这里 device 来支持 PD 的功能

当时就是你就有机会在电池这边

然后用 Baterry charger 反过来把 Buck-Boost 出来

引入说就是 9V、15V 或者 12V

这样给你一个输出的设备去用

所以说这样的话用 25725 之后

就会让你公共的整个架构控制的会非常的灵活

像刚才那个也问过

就是说你可能要多级的电压，对吧

那实际上如果你只靠 GPL 去控制的话

你可能好多个 GPL Pin

但实际上这个现在也有很多这种比较灵活的 DC/DC 出来

首先都是 charger

charger 这个刚才 Tina 提到

前面的一节 charger bq25700

25700 的那个是 TI 的 Buck-Boost charger

它可以反向 Boost 出来好多种电压

去安放适配器

这是一方面

你在做一个类似于像那个电池的

那个其实应该还不对

没有正式对外发布的

而且也比较快

如果你做一个电池的设计的话

那可能会有一个比较好的选择

这样的话我们不需要那么多 GPL Pin

我们一块写就行了

那如果你不是电池的设计

就是你看到那个地方那个 25740 那个 demo

就是现在要插比如说充电器充笔记本那个 PD

那个里面配的一个 Buck-Boost 的芯片叫 LM5175

最早原来那个国半那边在做

LM 开头了

然后他们现在在做一个 LM5176

同样的 Buck-Boost

就是做 Buck-Boost 但是 I2C 控制

那这样的话你就变得就更简洁一点

就是如果你假设想输出更多的电压的 level

你就 I2C 告诉它就好

还是就是这一块出来

9.1、9.2、9.3 都可以去做

这样的话你的这个整个的这个输出的等级会更多

我们也不需要那么多的 GPLP 的控制

其实这可能是给各位

也是在提供一些更多的这种设计的思路和方法

Charger 一般会比较好办

然后那个 DC/DC 实际是 I2C 控制的 Buck-Boost

但是我们也看到就是有这种需求

Type-C 出来以后

这个需求肯定是很现实的问题

你可能不同的电压等级

现在有四个档

那么将来更多的档

那这样的话你怎么去做那种搞那么多 GPL Pin 出来

所以现在就开始在 DC/DC 来做一些类似于 I2C 控制的一些芯片

也是 Buck-Boost 的这个拓扑

然后针对于这样拓扑的话

我们做了一些这种控制上的优化来做这个事情

这部分实际上很快

就这些

没有什么太多的东西

不是刚才有没有一些提问题还没有提完的

或者针对这个还有一些什么问题的