【应用】芯海EC芯片CSC2E101用于PD模块,实现EC与PD融合,有效提升终端产品性能稳定

2022-11-04 芯海科技公众号
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近年来,在笔记本电脑应用中,EC和PD成为了一对难舍难分的兄弟。随着Windows UCSI协议框架的提出,促使PD的动态管理信息需通过EC传递给上层操作系统,EC与PD的交互就更加紧密。更有甚者,PD固件放在EC内部Flash中,PD上电后由EC将PD固件发送给PD Controller,由此可见两者紧密程度高度融合。


如图1展示笔记本整体信息通信涉及到的模块及物理架构。


图1 USCI通信的拓扑结构


笔记本Type-c结构与PD应用

从产品应用结构来看,扁平化结构的Type-C相较于传统的Type-A和Type-B结构有着很大的优势,更加适合笔记本轻薄、便携的技术方向。Type-C与PD的关系密不可分,在当前种类众多的充电协议面前,PD发挥着关键作用。Type-C集成了CC pin,为PD的通信起到了桥梁作用。


如图2,展示当前Type家族的接口前视图。

图2 Type家族的接口前视图


笔记本EC与PD的关系

EC跟PD是亲密合作的兄弟,在笔记本的轻薄化、多样化的应用中,起到了不小的作用。但是,当EC跟PD沟通不及时的时候,也会是一对冤家。当UCSI信息异常,究竟是EC传递信息传错,还是PD汇报信息出错了呢?当EC在传递PD的message时,因PD的某些不明原因,或会发生与PD的通信异常,并且EC在不了解PD发生什么情况的状态下,汇报错误信息给到上层。


如图3,展示UCSI信息异常时EC与PD关系。


图3 UCSI信息异常


针对于上述UCSI信息异常时的情况,是否有更好的解决办法呢?

芯海科技的EC芯片CSC2E101很好地解决了这个问题。从PD所承载的功能来看,实际上是PD的PHY在起作用。从功能上来看,PD额外占据了一个内核,有些浪费资源。对此,CSC2E101将Type-C和PD集成为EC的子模块,从而很好的解决了两者通信异常的问题。


如图4是CSC2E101结构框图。红色框中是EC集成的PD和Type-C模块。

图4 CSC2E101结构图


化解EC与PD的矛盾

既然无法化解EC与PD的矛盾,那么就直接实现EC与PD的融合。集成PD PHY的EC芯片CSC2E101,不仅有效地规避了PD与EC之间通信异常,同时很好地帮助终端客户节约一颗PD芯片的成本。


1、CSC2E101的Type-C模块

EC集成的PD模块在cc通讯的加持下完成外部USB-C设备类型的识别,并确定外部设备的数据角色是UFP还是DFP。Type-C模块提供了与外部设备通信的硬件承载能力,包括利用PD协议识别线缆中嵌入e-mark芯片,为PD协议的交互了提供硬件承载。CSC2E101提供一组CC口,能够满足外部接入设备的开销。


该Type-C模块具有如下功能:

  • 可独立配置5.1K的下拉和80/180/330μA的上拉电流源

  • 支持死电池(dead battery)检测

  • 支持CC口自动检测和自动扫描功能

  • 支持快速角色交换功能

  • 支持低功耗模式下设备接入自动唤醒


图5 CSC2E101中Type-C功能图示


2、CSC2E101的PD 3.0模块

CSC2E101内嵌PD模块支持USB PD协议3.0,只需要进行简单的软件操作,即可实现响应的功能。


该PD模块具有的特性如下:

  • 1个USB PD3.0协议模块

  • 支持32Bytes发送FIFO和32Bytes接收FIFO

  • 支持SOP、SOP'、SOP''包收发

  • 支持自动回复GoodCRC

  • 支持软件配置MessageID寄存器

  • PD通信接收阈值可配置


图6 CS32E101中PD模块特性


除了上述特性之外,CSC2E101的PD模块还有如下功能:

(1)自动回复GoodCRC可关闭和打开

这个因开发者而定,如果需要软件回复GoodCRC,则需要掌握中断产生的条件,否则会导致信息收发异常。

  • 自动回复GoodCRC,接收到Message后,在硬件回复GoodRCC完毕才会产生接收中断

  • 软件回复GoodCRC,接收到Message后,硬件就会产生接收中断

  • 软件回复GoodCRC,回复GoodCRC后会产生发送完成中断。但是需要注意的是,接收到信息后需要等待25μs后回复GoodCRC

  • 软件回复GoodCRC,在GoodCRC发送完毕后,再回复Message,等待接收到对方回复GoodCRC后,才会产生发送完成中断


(2)发送超时

在进行数据发送时,发送完成数据1ms内,如果信息没有错误,接收方应该返回GoodCRC应答。当发送出去的信息超过1ms,还没接收到 GoodCRC应答时,则认为发送失败,此时产生发送超时,同时硬件支持重复机制。


(3)重发机制

步骤2触发时,如果开发人员配置重发使能,在硬件未收到对方回复GoodCRC时,则自动自行重发。重复次数最高三次,如果超过三次,则会触发复位机制。


(4)CRC错误

硬件会对Message HEAD和Data进行CRC校验,当接收信息的CRC错误时,则不会返回GoodCRC应答,接收数据会被丢弃。同时也支持某些特殊场景的应用,通过配置CRC校验错误是否回复GoodCRC,如配置使能,且使能自动回复GoodCRC,则在校验CRC错误时,依旧回复GoodCRC。


(5)BIST模式

PD模式支持2种BIST模式,即BIST Carrier和BIST Test Data。


芯海科技CSC2E101实现EC与PD的融合,不仅极大降低了EC开发和PD开发的矛盾,同时将PD的功能发挥得更好更稳定,最终能够有效提升终端产品的性能稳定。


图7展示 CSC2E101的PD功能图,与图1和图3形成鲜明对比。


图7 CSC2E101 嵌入PD功能图


CSC2E101的系统构建在PC领域具有开创性价值,为终端客户产品提供了更多选择路径,同时能够为终端客户节省开发成本、创造更大价值,为终端消费用户带来更优秀的产品体验。

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