全面且高效的USB接口解决方案，英飞凌USB4端到端完整解决方案

充电头网编辑部充电头网 2024-04-06

前言

目前USB4接口已经在PC主机、笔记本电脑、一体机、迷你主机、VR头显等终端上得以普及，周边生态如全功能线缆、硬盘盒、扩展坞种类丰富，伴随iPhone15旗舰手机的加入，未来有望一条USB4全功能线缆完成端到端数据、视频、充电、音频全搞定，缩短等待时间，大幅提升生产效率。USB4的应用从20Gbps起跳，目前40Gbps已经普及，未来80Gbps和120Gbps也将迎来商用，可见USB-C高速接口生态一直在挑战数据传输极限，将极速进行到底。

由充电头网举办的2023 USB4高速传输技术研讨会已经于10月17日在充电头网公众号以及哔哩哔哩平台进行直播。本次直播邀请了USB-IF授权实验室、头部芯片企业、连接器企业、精密制造企业专业人士等领域的数十位各个领域的大咖为大家答疑解惑，并进行深入的交流与讨论，分享市场最新动态与干货。这些讨论有助于推动高速传输技术的发展，提高用户体验，促进行业的进步。

在本次大会上，英飞凌科技（中国）有限公司（简称：英飞凌）给大家带来了《英飞凌USB4端到端完整解决方案》的精彩演讲，演讲嘉宾是英飞凌大中华区域市场经理袁强先生。本次演讲为大家分享了USB4的演变过程和与以前版本的对比，引出E-Marker芯片对于USB4产品的重要性，然后再推出英飞凌的E-Marker芯片CMG2，为USB-C扩展坞的应用提供整体解决方案，帮助客户节省成本，并缩短上市时间。

袁强先生负责英飞凌USB数据和PD产品市场管理，熟悉笔记本，dock，hub，PD充电器等应用方案与市场。超过16年半导体技术支持，销售，市场等经验，超过七年USB-PD行业经验，中国最早从事PD应用行业的一批人。

USB4的演变过程，从1996年发布的USB1.1版本开始，传输速率只有12Mbps，到目前最新的USB4 V2版本，传输速率上升到了80Gbps。充电功率也从原本的2.5W（5V/0.5A）上升到了240W（48V/5A）。随着AlternateMode的引进，DisplayPort是从2014年左右加入到USB的兼容协议中，DisplayPort的传输速率也从21.6Gbps（4K@60）到现在最高80Gbps（8K@60）。Thunderbolt是2015年左右加入到USB中的，传输速率也从开始的40Gbps提升到80Gbps。

以上2个图是USB4与以前方案的对比。USB3.2版本时候传输的是纯USB数据，与PCle、DP等与USB没有关联的，从USB4开始兼容了以前传统的PCle、DP等协议，所以某个层面上来说，USB4是集协议之大成者。

USB4的传输方式如上图所示，USB4的数据包含了USB 3.2、DisplayPort和PCIe，把与USB不太相关的协议也放进来了，形成以一个隧道协议，即一种将不同协议的数据包重新封装在一起传输的方式，数据包传递经过的路径叫做隧道。通过隧道协议将USB 3.2、DisplayPort和PCIe数据封装成一个数据包，然后选择隧道协议发送路径，通过USB4结构来发送，再通过USB4结构接收，解码隧道协议的数据包，分离出USB 3.2、DisplayPort和PCIe数据，形成一个完整的隧道传输方式。

但要实现以上功能，都需要用到PD芯片完成的，或者把PD芯片作为USB4的钥匙，需要USB4在打开之前，通过PD芯片与设备进行沟通，识别USB4身份，进入USB4的工作模式。USB4支持的另一个快充功能，也是需要PD芯片完成的。

以上是Thunderbolt4、Thunderbolt3、USB4、USB3/DP的对比表。目前来说Thunderbolt4是最高端的协议，但Thunderbolt5的方案也准备公布了，预计明年年初推出。USB4与Thunderbolt4的主要区别是最小传输速度的区别，因为USB4的最小支持速度是20Gbps，而Thunderbolt的最小传输速度为40Gbps，所以在这里，USB4类似是Thunderbolt的子级，Thunderbolt是一个超级。USB4是没有强制要求支持PCle的，但是一定要支持DP显示，另外Thunderbolt一定会支持PCle。USB4与Thunderbolt充电功率的区别，因为笔记本电脑、PC电脑在输出功率时候，一般在输出时候，最低也会进行5V的电压输出，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仅需支持4.5W（5V/0.9A）的功率。

以上是英飞凌的产品线，涉及电源、USB线缆、电脑、电动工具、汽车等领域的应用。提供完整的端到端USB-PD解决方案，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标准，是一个完整的USB-C和USB电源端口控制解决方案，可用于笔记本电脑、显视器、拓展坞以及电源适配器等设备。英飞凌服务的客户非常多，在PC市场有全球最大的客户群，握手许多知名PC厂商，帮助厂商缩短开发产品的时间。

以上是英飞凌USB4 host的简要框图，使用英飞凌的PD芯片，需要与其他芯片进行沟通，需要在什么时间输出什么信号，功率、输出协议的控制等。例如笔记本在进行充电或者对外放电时候，都需要PD芯片的参与，供电协议都集成在PD芯片上，所以PD芯片既能对笔记本进行高达240W的供电，也能支持15w(5V/3A)的对外放电。

PMG1-S3 USB-C 扩展坞框图 - 数据路径和端口的应用原理图与PMG1-S3与以前方案的对比图。PMG1-S3是一款支持USB PD3.1的协议芯片，支持28V 5A（140W）输出和取电。PMG1协议芯片均内置MCU微处理器，支持一到两个接口输入与输出。可提供额外的控制功能，适合智能扬声器、笔记本电脑、电动工具和存储设备等。

英飞凌PMG1系列协议芯片内部集成可编程模拟和数字模块，可使用智能模拟传感器集成在应用内部。可使用ModusToolbox集成开发环境开发，其内部集成了PMG1的软件开发套件、设计套件和快速启动指南，缩短总体开发时间和产品上市时间。PMG1还支持现场编程，支持签名固件更新。

EZ-PD CCG7SC是一款高度集成的单端口USB Type-C供电（PD™）解决方案，带有DC-DC控制器，符合最新的USB-C和PD规范，面向单端口和多端口消费类PD充电应用。

支持 USB PD 3.1 SPR、BC1.2、苹果充电、三星 AFC、QC5.0 快速充电标准，即支持 USB PD 3.1 SPR的100W以内的充电功率，支持DC-DC 支持强制降压和降压-升压配置。支持动态负载共享、电缆补偿、黑匣子和固件升级等功能。配备了ARM Cortex-M0 CPU，这是一款32位MCU，已针对低功耗操作进行了优化，具有广泛的时钟门控功能。拥有完善的保护功能，包括 OVP、UVP、SCP、OTP、VCONN OCP 和 VBUS-CC 短路。

以上是USB-C 扩展坞解决方案的一个参考设计板，采用PMG1S3和CCG7SC打造而成。目前，英飞凌已经开放这个参考版的申请。该参考板的更多参数可前往英飞凌官网下载相关的文件进行查阅，包括原理图、PCBA图，还开放了部分底层代码，通过简单的调试软件，可以方便客户进行一定程度的客制化，满足客户定制化需求。英飞凌为这些USB-C扩展坞应用提供整体解决方案，帮助客户节省成本，并缩短上市时间。

接下来介绍的是英飞凌新推出的E-Marker芯片CMG2。以上是CMG2的命名规则。

CMG2意思是相对于CMG1是第二代E-Marker芯片，或者是专门开发的第二代E-Marker芯片。该芯片支持USB4、TBT4、PD3.1 EPR，还支持VCONN和CC引脚上的短路保护，避免元器件老化或意外短路导致的引脚短路，VBUS的意外短路保护耐压达54V，英飞凌的E-Marker芯片非常重视产品短路保护方面的功能，通过以上保护功能，可以有效避免产品发生意外短路。

以上是英飞凌CMG2和CMG1的对比图。CMG2相较于CMG1，主要是支持更新的USB4、TBT4、PD3.1 EPR（48V），VCONN和CC引脚耐压也从24V提升到54V。均采用了9-CSP封装工艺，封装和走线都非常简单，如果采用DFN的封装，在PCB的布板上，会比较困难一些。

以上是E-Marker芯片CMG2的详细信息。支持USB4、TBT4、PD3.1 EPR（48V），VCONN和CC引脚54V的耐压。待机功耗低至1.7mA。封装工艺采用9-CSP，是非常小的封装工艺，可以适配更多的产品应用，例如USB4的E-Marker芯片。

以上是CMG2的产品选择指南。CMG2编号为CYPD2803A1-9FNXIT，目前该芯片已经量产出货中。

目前，英飞凌官网已经开放CMG2英文的文档资料，对CMG2感兴趣的可前往官网下载相关资料。同时也可以下载 EZ-PD Configuration Utility进行参数的调试等。

通过 EZ-PD Configuration Utility1.4.0版（或更高版本）可以对CMG2芯片进行参数调试。比如可以通过线的长度，相关的协议输入来进行配备产品，以及烧录、读取文件等。

以上是英飞凌USB4端到端完整解决方案的精彩演讲，更多资讯可以前往英飞凌官网了解。

充电头网总结

英飞凌作为全球知名的半导体公司，其发布的USB4端到端完整解决方案备受关注。本次演讲详细的介绍了英飞凌USB4端到端完整解决方案的各个方面，并提供了采用PMG1-S3和CCG7-SC打造而成的USB-C 扩展坞参考板。以及一款新推出的第二代E-Marker芯片CMG2，采用9-CSP封装工艺，待机功耗低至1.7mA，支持USB4、TBT4、PD3.1 EPR（48V），VCONN和CC引脚54V的耐压。随着USB4接口的普及，该方案可以在多个领域中的产品上应用。

英飞凌的端到端解决方案可以实现高速数据传输和大容量存储设备的无缝连接，支持多通道数据传输，可以同时传输多个数据流，适用于需要多路数据传输的应用场景。其E-Marker芯片CMG2芯片拥有可靠性高，兼容性强等特点，适合广大厂商的应用，帮助客户节省成本，并缩短上市时间。未来，随着USB4技术的不断发展和应用场景的不断扩大，英飞凌USB4端到端的解决方案将会受到更多的厂商关注。