作者：Majeed Ahmad，特約編輯

不起眼的 USB 從其作為計算機外圍設備的起源已經走過了漫長的道路，它的演變是一次非凡的技術之旅。但 USB 的空前增長也需要不同的帶寬、連接器類型和功率水平。

現(xiàn)在，USB Type-C 標準的出現(xiàn)將已經很復雜的接口電子設備提升到了一個全新的水平。本文著眼于 USB Type-C 增長的有前景的新領域，并展示其緊湊的外形現(xiàn)在如何擴展到新技術前沿。

讓我們從電力傳輸開始，它成為大多數(shù)頭條新聞，因為它可以將電力消耗提高到 100 W，這樣它甚至可以為筆記本電腦充電。

USB 供電采用 USB 供電 (USB-PD) 功能是交流適配器和電源、電源集線器、擴展塢、智能插頭和顯示器的主要趨勢。它通過專用配置通道 (CC) 獨立執(zhí)行，以確保安全高效的電力輸送。

此外，新的控制器芯片允許 USB 端口通過高度防篡改的安全技術進行身份驗證。這些 USB 控制器還具有內置的過壓保護功能，無需外部穩(wěn)壓器或 CPU 參與即可執(zhí)行此功能。

USB-PD 3.0 規(guī)范為筆記本電腦和其他便攜式設備提供端到端的電力傳輸和充電解決方案。除了供電和智能充電之外，USB Type-C 解決方案還將這種即插即用的連接機制應用于顯示器、鍵盤和鼠標等各種外圍設備。

三星的 DeX Station 就是一個重要的例子。它允許用戶通過 USB Type-C 端口對接他們的 Galaxy S8 和 S8+ 智能手機，并在桌面環(huán)境中使用應用程序、查看文檔和查看通知（圖 1）。

圖 1：賽普拉斯半導體的 USB 芯片為三星 DeX Station 擴展塢設計提供動力，創(chuàng)造智能手機即 PC 體驗。

數(shù)字音頻配件USB 連接現(xiàn)在正在擴展到數(shù)字音頻應用，同時為無數(shù)多媒體設備提供服務，例如耳機、耳機、揚聲器、MP3 配件、導航系統(tǒng)和銷售點 (POS) 終端。

數(shù)字音頻也很重要，因為新的智能手機設計正在用一個支持充電和 USB 連接的 USB 連接器取代模擬耳機插孔。然而，將模擬插孔連接到 USB-C 到微型 USB 適配器的低成本加密狗允許消費者繼續(xù)使用他們現(xiàn)有的耳機。

Silicon Labs 最近推出了一種音頻橋接芯片，用于在 USB 和集成 IC 間聲音 (I 2 S) 接口之間傳輸數(shù)字音頻數(shù)據(jù)（圖 2）。I 2 S 是用于連接數(shù)字音頻設備的串行總線接口。

圖 2：Silicon Lab 的 CP2615 音頻橋接器無需安裝驅動程序，可與任何支持 USB Audio Class 1.0 的 USB 主機配合使用。

除了 I 2 S 音頻接口外，單芯片 CP2615 音頻橋還包括一個 USB 2.0 控制器、USB 收發(fā)器、片上振蕩器、I 2 C 控制接口和用于存儲設備配置的嵌入式閃存。

Silicon Labs 聲稱它是一種插入式連接解決方案，不需要 USB 音頻知識或協(xié)議專業(yè)知識。因此，它使設計人員擺脫了固件開發(fā)的復雜性。

這家總部位于德克薩斯州奧斯汀的芯片制造商將這種單芯片解決方案用于需要 48 kHz 采樣率的低端和中端市場耳機。

處理視頻流量高清內容和 4K 視頻是 USB Type-C 連接器設計的下一個前沿領域。以聲稱可以處理深度神經網絡 (DNN) 應用程序的英特爾 USB 3 加密狗為例。在這里，英特爾將其最近從 Movidius 收購的計算機視覺技術投入使用。

Movidius 神經計算棒需要通過 USB 接口加載數(shù)據(jù)。該棒可用于任何 USB 3.0 平臺，包括 Raspberry PI 和通常帶有附加攝像頭的個人計算機。

圖 3：英特爾將其 USB 3 加密狗稱為獨立的人工智能加速器。

加密狗通過 USB 接口加載數(shù)據(jù)，以幫助諸如飛行控制和無人機等設備中的對象識別和 3D 映射等應用。例如，無人機攝像頭可以捕捉場景并跟蹤對象，同時通過 USB 接口傳輸視頻數(shù)據(jù)。

然而，USB Type-C 連接器要將電源、音頻和視頻流量傳輸?shù)絾蝹€端口這一事實也使其成為一項復雜的任務。為此，像 Synopsys 這樣的 EDA 公司正在引入經過驗證的 IP 塊、驗證套件和測試用例。

USB 設計工具芯片制造商正在實施必要的高性能 I/O 構建塊，以確保單個 USB/DisplayPort 接口可以連接到 USB Type-C 設備。其中包括最新 USB 規(guī)范的控制器、PHY、驗證 IP 和測試套件。

以 USB 3.2 規(guī)范為例，該規(guī)范將新主機和設備添加到 USB Type-C 連接以創(chuàng)建多通道解決方案。它最多允許兩個 5 Gbps 通道或兩個 10 Gbps 通道，從而使 USB Type-C 電纜的數(shù)據(jù)速率翻倍。

Synopsys 已為 USB 3.2 主機和設備提供驗證 IP；但是，它繼續(xù)支持現(xiàn)有的 SuperSpeed USB 物理層數(shù)據(jù)速率和編碼技術。

驗證 IP 包括廣泛的協(xié)議檢查以及與 Synopsys Verdi 協(xié)議感知調試的集成。此外，EDA 公司正在通過提供對 USB 3.2 標準的早期支持的 UVM 源代碼測試套件來補充其用于 USB 3.2 設計的驗證 IP。

結論我們現(xiàn)在看到的是 USB 芯片，它們繼續(xù)在高度集成的片上系統(tǒng) (SoC) 設計中加入更多功能，同時旨在通過補充工具降低設計復雜性。而且現(xiàn)在有更多的設計工具可以幫助開發(fā)人員快速配置 USB 參數(shù)。

例如，本文前面提到的音頻橋芯片帶有基于 GUI 的 Xpress Configurator 工具。它允許開發(fā)人員通過三個步驟實現(xiàn)數(shù)字音頻：連接橋接芯片、配置 USB 和音頻參數(shù)以及對設備進行編程。

審核編輯 黃昊宇