Nowe kontrolery USB-C z wewnętrznymi zabezpieczeniami

Nowe układy pozwalają zaoszczędzić miejsce i zapewniają większe bezpieczeństwo podczas pracy. Firma STMicroelectronics wprowadziła dwa układy kontrolerów z certyfikatem USB typu C oraz wbudowanymi zabezpieczeniami. Układy pozwalają projektantom na implementację tanich interfejsów  w celu wykorzystania wszystkich możliwości USB. Należą do nich negocjacja poboru mocy, zarządzanie aktywnymi kablami i obsługa innych protokołów (guest).
Specyfikacja USB typu C obejmuje dowolną orientację wtyczki i kabla, co upraszcza podłączanie i zasilanie rozmaitych urządzeń. Złącze typu C pozwala też wykorzystać wszystkie funkcje USB, w tym transmisję z szybkością 480 Mbps zgodnie ze standardem USB 2.0 lub z szybkością 10 Gbps zgodnie ze standardem USB 3.1. Możliwa jest również transmisja mocy od 5 V / 5,0 A do 20 V / 5,0 A. Inne funkcje obejmują zarządzanie aktywnymi kablami, które wydłużają zasięg połączenia, oraz tryb naprzemienny, który pozwala na obsługę w tym samym kablu innych protokołów, takich jak HDMI lub DisplayPort.
Uproszczenie działania z punktu widzenia użytkownika wymaga zastosowania bardziej zaawansowanych układów elektronicznych obsługujących te połączenia. Ponadto maksymalne napięcie 20 V na linii (VBUS) wymaga dodatkowej ochrony niskonapięciowych układów scalonych.
Nowe kontrolery upraszczają wybór opcji dostępnych dla projektantów – jeden układ jest przeznaczony do kontroli portów urządzeń podrzędnych (downstream, DFP), a drugi może obsłużyć zarówno urządzenia podrzędne (DFP), nadrzędne (UFP), jak i urządzenia pełniące obie te role (DRP). Oba układy obsługują możliwość podłączenia wtyczki oraz kabla w dwóch orientacjach. Mogą pracować w szerokim zakresie napięć zasilania od 3 do 22 V bez potrzeby stosowania zewnętrznego regulatora napięcia, co oznacza zmniejszenie liczby komponentów i oszczędność miejsca na płytce.
Kontrolery zostały wykonane z użyciem opracowanego przez STMicroelectronics procesu produkcji CMOS dla układów analogowych. Dzięki temu uzyskują one niski pobór mocy przy stabilnej pracy przy wysokich napięciach. Wbudowane zabezpieczenia sprawiają, że układy są w stanie wytrzymać napięcia do 22 V na liniach CC i skoki napięcia do 28 V na pinach wysokiego napięcia. Pozwala to na ochronę w przypadku zwarcia do linii VBUS. W układach znajduje się również wbudowany obwód, który zapewnia bezpieczne rozładowanie napięć VBUS oraz VCONN podczas odłączania kabli.
Kontroler DFP STUSB4710 (schemat blokowy powyżej) jest przeznaczony dla źródeł zasilania, takich jak adaptery prądu zmiennego i zasilacze, stacje dokujące, konwertery, ale też wyświetlacze. Układ zawiera wszelkie elementy potrzebne do negocjacji dostarczenia zasilania do podłączonych urządzeń i może obsłużyć do 5 profilów Power Delivery (PDO). Dzięki wbudowanej pamięci nieulotnej jest on w pełni konfigurowalny i może obsłużyć cały system bez pomocy zewnętrznego procesora CPU. Można go zatem wykorzystać bezpośrednio bez dodatkowego oprogramowania. W przypadku systemów z wieloma wyjściami (na przykład 4-wyjściowy rozdzielacz) interfejs I2C umożliwia równoległe połączenie kilku układów STUSB4710 do mikrokontrolera w celu implementacji algorytmów zarządzających zasilaniem.
Układ STUSB1602 może zarządzać portami USB typu C zarówno w źródłach zasilania, jak i urządzeniach odbiorczych. Wbudowany układ Configuration-Channel (CC) obsługuje całą konfigurację połączenia, w tym wybór domyślnego napięcia linii VBUS i wybór trybu średniego lub wysokiego prądu. Ponadto układ zawiera zintegrowany przełącznik mocy VCONN o wydajności 600 mA w celu obsługi akcesoriów i aktywnych kabli. Model STUSB1602 implementuje także warstwę fizyczną USB PD (w tym układ IP realizujący kodowanie bifazowe Manchester), co pozwala na obsługę stosu oprogramowania PD (Power Delivery) za pomocą zewnętrznego mikrokontrolera. Zarówno warstwa sprzętowa, jak i oprogramowanie otrzymały certyfikat zgodności z USB PD 2.0 – układ może pracować jako źródło oraz jako urządzenie odbiorcze. Układ jest również kompatybilny z podstawowymi możliwościami USB 3.0 i większością dostępnych opcji. Model STUSB1602 obsługuje tryby dla akcesoriów i tryb wyczerpanej baterii.
Układy mieszczą się w obudowach QFN24 o wymiarach 4 x 4 mm. Płytka ewaluacyjna STUSB1602 (P-NUCLOI-USB002) zawiera w zestawie mikrokontroler STM32F0 oraz kabel typu C, płytka ewaluacyjna STUSN4710 (STEVAL-ISC003V1) zawiera przetwornicę DC/DC.
Dodatkowe informacje są dostępne na stronie www.st.com/usbtypeC-pr.