USB Type-C – Chuẩn USB cho thế kỷ 21 – Phần 3: USB Type-C

( Phần 2 : Từ USB 1.0 đến USB 3.1 )
…
USB Type-C có nhiều điểm mới lạ gồm có đầu nối mới, giải pháp truyền điện phức tạp hơn, và những chính sách truyền tài liệu mới linh động .

Hãy bắt đầu từ đầu nối 24 chân. Đầu nối này có kích thước nhỏ (cao 3mm và rộng 8mm) và chắc chắn (được xác nhận là có khả năng cắm/rút lên đến 10000 lần).

Một số đặc tính chính của đầu nối và dây cáp USB Type-C :

• Đầu nối không định hướng — nghĩa là có thể được cắm theo cả hai hướng — nên ta không còn phải ngó nghiêng như một tên ngốc để cố gắng xác định “Mặt nào quay lên trên?”
• Đầu nối đủ nhỏ để nó có thể được dùng mọi nơi — trên máy tính để bàn, máy tính bảng, máy nghe nhạc MP3, điện thoại thông minh, máy ảnh số, vân vân.
• Không như hầu hết các dây cáp USB khác, dây cáp Type-C dùng chung một kiểu đầu nối cho cho cả hai đầu dây — các thiết bị mà dây cáp được cắm vào sẽ “thoả thuận” với nhau để xác định thiết bị nào sẽ chịu trách nhiệm làm gì.
• Thông số kỹ thuật cho phép truyền dữ liệu với tốc độ lên đến 20 Gbps và hỗ trợ các kiểu truyền khác, không phải USB, do nhà sản xuất cấu hình (bạn phải sử dụng đúng loại cáp để đạt được tốc độ truyền dữ liệu cao cũng như thực hiện được các kiểu truyền dữ liệu mới này, sẽ thảo luận sau).
• Cho phép truyền điện với công suất lên đến 100W để xạc điện nhanh (ta cũng cần đúng loại cáp để thực hiện các chế độ truyền điện mới và công suất cao, sẽ thảo luận sau).
• Nếu ta chỉ thực hiện các kiểu truyền điện và dữ liệu đơn giản thì ta có thể dùng các dây cáp thụ động (không thông minh). Với các chế độ phức tạp, ta cần các dây cáp thông minh có tính năng định danh điện tử (electronic ID) để thông báo cho hệ thống về dung lượng công suất và băng thông mà dây cáp có khả năng truyền tải.

Bây giờ ta hãy xem xét những chân của đầu nối USB Type-C và những tín hiệu được gán cho chúng như diễn đạt trong hình dưới đây :

Vai trò của những chân Vbus ( nguồn ) và GND ( đất ) thì đã được lý giải phần nào, hay trông có vẻ như như vậy, qua tên gọi của chúng. Thực tế thì nó hơi phức tạp hơn ta tưởng một chút ít, nhưng ta sẽ quay lại yếu tố này sau. Đầu tiên ta cần định nghĩa một vài thuật ngữ, gồm có Downstream-Facing Port ( DFP ) dùng để chỉ thiết bị chủ, và Upstream-Facing Port ( UFB ) dùng để chỉ thiết bị ngoại vi. Ngoài ra còn có khái niệm Dual Role Port ( DRP ) dùng để chỉ thiết bị hoàn toàn có thể được thông số kỹ thuật như một DFP hay UFB và hoàn toàn có thể được chuyển qua lại giữa hai thông số kỹ thuật này ngay trong khi hoạt động giải trí .
Các chân D + và D – được dùng để tương hỗ những thiết bị USB 2.0. Khi tiếp xúc với thiết bị USB 2.0, tổng thể những gì DFP cần làm là phân phối điện áp 5V vào chân Vbus .
Tiếp tục nói về chân Vbus ( nguồn ), trước kia thì DFP luôn luôn cấp điện cho UFP còn giờ đây thì kiểu nào cũng có. Giả dụ như ta có một máy tính bảng có cổng USB Type-C được nối với một ti-vi có cổng USB Type-C. Trong trường hợp này, máy tính bảng hoàn toàn có thể truyền tài liệu lên ti-vi, còn ti-vi truyền điện cho máy tính bảng. Còn nếu như một máy tính bảng với cổng USB Type-C được nối với một điện thoại thông minh mưu trí có cổng USB Type-C thì máy tính bảng hoàn toàn có thể sẽ truyền điện cho điện thoại thông minh còn điện thoại cảm ứng truyền tài liệu video để máy tính bảng hiển thị .
Lúc mới mở màn, DFP sẽ phân phối điện áp 5V lên chân Vbus ( nghĩa là giống y hệt như USB 2.0 và USB 3. x ). USB 2.0 hoàn toàn có thể phân phối nhiều nhất là 500 mA mỗi cổng còn USB 3. x nâng dung tích này lên 900 mA. USB Type-C hoàn toàn có thể phân phối lên đến 100W mỗi cổng ( tương tự với dòng 5A ở điện áp 20V ). Điện áp và hiệu suất thực sự được phân phối bởi DFP ( hay UFP ), truyền dẫn trải qua dây cáp, và thu nhận bởi UFP ( hay DFP ) được DFP và UFP thiết lập khi chúng thoả thuận với nhau để xác lập kiểu truyền điện ( PD – power delivery ) ; nghĩa là bên nào sẽ truyền điện, bên nào sẽ nhận điện, điện áp nào được sử dụng, và dòng điện là bao nhiêu .
Kết quả là tuỳ thuộc vào năng lực của từng thiết bị mà nhiều lúc một thiết bị sẽ truyền cả điện lẫn tài liệu ; nhiều lúc nó sẽ nhận cả điện và tài liệu ; đôi lúc nó sẽ truyền một thứ và nhận thứ kia ; và nhiều lúc nó sẽ quy đổi liên tục giữa tổng thể những năng lực hoàn toàn có thể. Tất cả những điều này tuỳ thuộc vào thoả thuận giữa những thiết bị với nhau .
Kế tiếp, ta sẽ xem xét hai cặp tín hiệu TX / RX ( phát / thu ) vận tốc cao. Mỗi cặp này có năng lực truyền theo chính sách SuperSpeed + của chuẩn USB 3.0 với vận tốc 10 Gbps. Điều này có nghĩa là USB Type-C hoàn toàn có thể truyền lên đến 20 Gbps dữ liệu thô. Hơn nữa, những tín hiệu này hoàn toàn có thể được thông số kỹ thuật để triển khai những kiểu truyền khác và truyền nhiều loại tài liệu không phải là tài liệu USB, ví dụ điển hình như video .
Chúng ta còn có những tín hiệu SBU1 và SBU2 ( SBU = Sideband Use ). Chúng hoàn toàn có thể được thông số kỹ thuật để phát bất kể tài liệu gì mà DFP và UFP thống nhất với nhau ; hoàn toàn có thể là âm thanh ví dụ điển hình. Nói tóm lại, sáu tín hiệu USB Type-C ( bốn cặp TX / RX và hai tín hiệu SBU ) — màu vàng trong hình dưới đây — hoàn toàn có thể được thông số kỹ thuật để thực thi những kiểu truyền tài liệu khác nhau theo nhu yếu ( và theo như thoả thuận giữa DFP và UFP ) .

Chúng ta đã nhiều lần đề cập đến việc DFP và UFP thoả thuận với nhau. Hãy xem xét quy trình này một cách cụ thể hơn — và để làm được như vậy, hãy khởi đầu từ sơ đồ tổng quát diễn đạt một DFP ( thiết bị chủ ) nối với một UFP ( thiết bị ngoại vi ) như trong hình dưới đây .

Chú ý rằng chỉ có một dây CC bên trong dây cáp ; những chân Vcon ở cả hai đầu dây được nối xuống đất trải qua những điện trở Ra ( pull-down — điện trở nối xuống đất ) bên trong sợi cáp. Các điện trở Rp ( pull-up — điện trở nối lên nguồn ) trong DFP có giá trị khác với những điện trở Rd ( pull-down ) bên trong UFP, và cả hai đều khác với những điện trở pull-down Ra bên trong sợi cáp. Những độc lạ này được cho phép DFP và UFP xác lập thiết bị bên kia và hướng mà sợi cáp được cắm vào mỗi thiết bị .
Cáp USB Type-C loại đơn thuần là loại cáp thụ động, nghĩa là nó giống như sợi cáp được diễn đạt trong hình trên. Để triển khai những kiểu truyền điện và tài liệu phức tạp, 1 số ít dây cáp sẽ được trang bị tính năng định danh điện tử để thông tin cho mạng lưới hệ thống biết dung tích hiệu suất và vận tốc tài liệu mà sợi cáp có năng lực truyền tải .
Sau đây là sơ lược về cách mà tổng thể những thành phần này thao tác với nhau. Việc tiên phong ta làm sẽ là nối một dây cáp USB Type-C vào hai thiết bị ( hay chỉ một thiết bị trong trường hợp ta cắm một bàn phím ví dụ điển hình, vốn có sẵn dây cáp nối một đầu vào nó ). Hai thiết bị sẽ chuyển sang quá trình Xác định Dây cáp ( Cable Detect — CD ) trong đó — bằng cách sử dụng những điện trở kéo lên và kéo xuống — DFP và UFP xác lập hướng mà sợi cáp được nối vào chúng cũng như thiết bị nào sẽ thực thi điều gì cho thiết bị kia. Một khi DFP đã xác lập được chân nào trên sợi cáp được nối với chân CC và Vcon của DFP, nó sẽ đưa điện áp 5V lên chân CC. Điện áp này được dùng để cung ứng cho thiết bị định danh trong sợi cáp ( nếu có ). Sau đó, thiết bị định danh trong sợi cáp sẽ phát tài liệu trên chân Vcon để diễn đạt những thông số kỹ thuật như dung tích hiệu suất và băng thông tài liệu của nó .
Kế tiếp hai thiết bị sẽ tập trung chuyên sâu vào việc Truyền Điện ( Power Delivery, PD ) trong đó DFP và UFP chuyện trò với nhau để quyết định hành động ai sẽ phân phối điện và ai sẽ nhận điện. Dựa vào đó — và vào năng lực của thiết bị phân phối điện và năng lực truyền tải của sợi cáp — DFP và UFP sẽ thống nhất với nhau điện áp được sử dụng và dòng điện được cung ứng và rồi chúng sẽ thực thi việc truyền điện theo đúng phương pháp đó .
DFP và UFP cũng sẽ thoả thuận về loại tài liệu được truyền qua những kênh tín hiệu vận tốc cao. Ngoài những giao thức USB thường thì, chuẩn mới còn bổ trợ khái niệm Vendor-Defined Messages ( những giao thức được tuỳ biến bởi nhà sản xuất ) hay VDM cho những ứng dụng không phải USB như PCIe, VGA, HDMI, DP, vân vân. Thêm vào đó, những kênh sideband cũng hoàn toàn có thể được tuỳ biến bởi nhà sản xuất ( ví dụ điển hình như thành kênh audio ) .
Như vậy, tóm tắt một cách ngắn gọn về USB Type-C, ta có một đầu nối duy nhất, nhỏ, chắc như đinh, không xu thế — cùng với dây cáp và những mạng lưới hệ thống đi kèm — có năng lực truyền đến 100W để sạc nhanh và truyền tài liệu nhanh đến 20 Gbps. Toàn bộ liên kết hoạt động giải trí cực kỳ linh động và có năng lực tương hỗ những kiểu truyền tuỳ biến như âm thanh và video. Và, nếu như bạn có vướng mắc, ta hoàn toàn có thể trông chờ vào một loạt những bộ chuyển đổi ( dongle ) bé xíu sẽ Open để giúp những thiết bị và dây cáp USB Type-C liên kết với những người bạn USB 2.0 / 3. x ( những thiết bị USB Type-C sẽ giảm vận tốc xuống tương thích với năng lực của những thiết bị đời trước ) .

Ứng dụng của FPGA

Tôi tin chắc rằng các bạn sẽ đồng ý với tôi rằng toàn bộ ý tưởng về USB Type-C có vẻ rất thú vị. Tuy nhiên, có vài điểm cần xem xét, không chỉ vì các chuẩn như USB Type-C thường thay đổi và phát triển theo thời gian.

Vào thời gian hiện tại, những thiết bị phần cứng, vi tinh chỉnh và điều khiển và những bộ giải quyết và xử lý ứng dụng chưa có phần cứng thiết yếu với những tính năng thiết yếu để khai thác năng lượng của những liên kết USB Type-C như năng lực phát hiện dây cáp ( Cable Detect, CD ), truyền tải điện năng ( Power Delivery, PD ), điều khiển và tinh chỉnh quy đổi SuperSpeed + ( SS ), và những giao thức tuỳ biến ( Vendor-Defined Messaging, VDM ) .
Tất cả những điều này nói lên rằng ta cần một giải pháp dựa trên FPGA. Nhà cung ứng FPGA chuẩn bị sẵn sàng nhảy vào nghành nghề dịch vụ này với tổng thể sự khoái chí là Lattice Semiconductor. Mấy chàng trai ở Lattice đã bỏ ra nhiều tâm tư nguyện vọng và công sức của con người phong cách thiết kế USB Type-C và đã tạo ra nhiều phong cách thiết kế IP ( Intellectual property ) hoàn toàn có thể dùng trong những con FPGA của họ .
Hãy cùng xem xét một trong những quy mô sử dụng đơn thuần nhất. Ngay khi những thiết bị với cổng USB Type-C như máy tính bảng, điện thoại thông minh mưu trí, máy nghe nhạc MP3, và máy ảnh kỹ thuật số khởi đầu Open trên thị trường, một trong những loại sản phẩm tiên phong mà ta muốn thấy là những bộ sạc tương thích .

Những bộ sạc này sẽ phải có năng lực khai thác những tính năng mới gồm có Phát Hiện Cáp ( Cable Detect ) và Truyền Tải Điện ( Power Delivery ) để đạt được một giải pháp truyền điện sử dụng một cách tối ưu năng lực của bộ sạc đồng thời cung ứng được nhu yếu của thiết bị. Một khi giải pháp đã được thoả thuận xong, tính năng Truyền Tải Điện sẽ được dùng để tinh chỉnh và điều khiển một Bộ Quản lý Điện năng ( Power Management Integrated Circuit, PMIC ) và mạch này sẽ cung ứng điện áp và dòng điện theo thoả thuận đó .

Nhớ rằng đây là một trong những quy mô hoạt động giải trí đơn thuần. Do bộ sạc và nguồn điện không cần truy vấn vào những đường truyền tài liệu vận tốc cao, ta không cần phải có những mạch điều khiển và tinh chỉnh cho những đường truyền này. Lattice có một lô những ứng dụng ví dụ sử dụng những phong cách thiết kế phức tạp hơn nhiều, gồm có mạch điều khiển và tinh chỉnh cho những kênh truyền vận tốc cao và Dual Role Port ( DRP ) .
Thực lòng mà nói, hầu hết những gì tôi biết về USB Type-C là tôi học được từ Gordon Hands — Giám đốc Tiếp thị ở Lattice Semiconductor. Đừng để cái chức vụ Giám đốc Tiếp thị đánh lừa bạn nhé ; ngoài bằng MBA, Gordon còn có bằng Kỹ sư ( hắn là người phe ta, không phải phe nó đâu ) .
Thật ra Gordon đã rất tử tế khi nói rằng hắn sẽ vui tươi vấn đáp bất kể câu hỏi nào tương quan đến việc dùng FPGA của Lattice để hiện thực hoá những tính năng của USB Type-C trong loại sản phẩm của tất cả chúng ta, và ta hoàn toàn có thể liên lạc với hắn qua e-mail [email protected] ( hắn sẽ hối hận cả đời vì việc này ) .
Sao nào, bạn nghĩ gì về USB Type-C sau khi đã đọc toàn bộ những thứ trên kia ? Cá nhân tôi thì tôi không hề đợi được nữa. Tôi chắc rằng lúc khởi đầu quá trình chuyển tiếp sẽ có 1 số ít chuyện khôi hài, nhưng tâm lý tôi đang nghĩ về những gì tuyệt vời sẽ đến trong tương lai không xa .

• Nguyên bản tiếng Anh: “Introducing USB Type-C — USB for 21st Century Systems,” Max Maxfield, Designline Editor, EETimes, Jan 29th, 2015.
• Người dịch: Tạ Minh Chiến
• Biên tập: Hồ Quang Tây

Advertisement

Đánh giá:

Chia sẻ:

• Facebook
• LinkedIn
• Twitter

Thích bài này:

Thích

Đang tải…

Có liên quan

Source: https://dichvubachkhoa.vn
Category : Điện Tử Bách Khoa