EZ-PD ™ CCG2 による USB 3.1 Type-C ケーブルの 設計
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AN95615では、EZ-PD™ CCG2によるパッシブ 1 USB 3.1 Type-Cケーブルの設計について説明します。この
アプリケーション ノートで、CCG2を使ってパッシブEMCA1 (electronically marked cable assembly) を容易 に設計し、製造する方法を示します。
関連プロジェクト なし
関連製品ファミリ
CYPD2103-20FNXIT、CYPD2103-14LHXIT ソフトウェアバージョン
該当なし
関連アプリケーション ノート AN95599
本アプリケーションノートの最新版または関連プロジェクトファイルについては、
http://www.cypress.com/go/AN95615へアクセスしてください。
Table of contents
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Table of contents ... 1
1 はじめに ... 3
2 USB Type-Cケーブルの概要 ... 4
3 Type-Cレセプタクル／プラグインターフェース ... 5
3.1 使用可能なType-Cケーブル アセンブリ ... 8
4 USB電源供給 ... 9
4.1 USB PDのSOP*通信 ... 9
5 CCG2の概要 ...11
6 EMCAアプリケーション ...12
7 パッシプEMCAアプリケーションとCCG2 ...13
7.1 CCG2電源サブシステム ... 13
7.2 ケーブルに1個のCCG2チップがあるパッシブEMCA ... 14
1パッシブEMCAは、USBデータ信号を調節するリドライバーや電子装置のないEMCAです。
Table of contents
7.3 ケーブルプラグに1個のCCG2が搭載されるパッシプEMCA (1本のケーブル当たり2チップ
搭載) - SOP’応答のみ ... 16
8 設計ガイドライン ...18
8.1 ハードウェアガイドライン ... 18
8.2 ファームウェア更新のガイドライン ... 18
8.2.1 MiniProg3によるSWD経由でのCCG2アップグレード ... 19
8.2.2 CCを介したCCG2ファームウェアのアップグレード ... 19
9 まとめ ...21
10 付録A: その他のCCG2アプリケーション ...22
10.1 ケーブルに1個のCCG2チップがあるアクティブEMCAソリューション – SOP’応答のみ ... 22
10.2 ケーブルに1個のCCG2チップがあるマネージド アクティブEMCAソリューション - SOP’と SOP”応答 ... 23
10.3 アクセサリソリューション ... 24
11 付録 B: 参考回路図 ...26
11.1 CYPD2103-14LHXITシングルチップEMCA回路図 ... 26
11.2 CYPD2103-14LHXITデュアルチップEMCA回路図 ... 27
改訂履歴 ...28
はじめに
1 はじめに
USB Type-Cケーブルとコネクタ仕様は、新しいサブ3mmレセプタクル、2.4mmリバーシブルプラ
グ、双方向で逆転可能なケーブルを規定し、100WのUSBパワー デリバリーの仕様を可能にします。
USB Type-C仕様では、ホストとデバイスのType-Cポートにケーブルの機能を通知するためケーブルに
電子的捺印を施します。電子的捺印はコントローラーチップをケーブルの端にあるプラグに組み込んで 行います。このようなコントローラー チップに求められる性能は、低コスト、小フットプリント、低消 費電力、ターンキーソリューション、フレキシブルなファームウェア更新手段です。
EZ-PDTM CCG2 (CCG2) は、電子的捺印付ケーブル アセンブリ (「EMCAアプリケーション」に説明される
EMCA) 向けに開発されたサイプレスの低コストUSB Type-Cケーブルコントローラーデバイスです。
CCG2は、1.63mm × 2.03mmの20ボールWLCSPと2.5mm × 3.5mm × 0.6 mmの14ピンのDFNパッケージ で出荷され、5つの外付け受動素子を必要とします。CCG2は、サイプレスのUSBパワー デリバリーと ARM® Cortex®-M0 CPUを備えたType-Cコントローラーファミリの第2世代の製品です。CCG2は、USB
Type-Cトランシーバーのハードウェアによる実装とUSBパワーデリバリーIPを統合しています。さら
に6個のタイマー／カウンター／パルス幅変調器 (TCPWM) と2つのシリアル通信ブロック (SCB)、GPIO ピン、32KBフラッシュ、4KB SRAMを持っています。
このアプリケーションノートでは、EZ-PD CCG2を使ったUSB 3.1 EMCA Type-Cケーブルの設計に関する 様々な事項ついて説明します。
USB Type-Cケーブルの概要
2 USB Type-C ケーブルの概要
USBはデータ転送、PCとスマートフォンの充電コネクタの標準として利用されています。Figure 1に示
す標準Type-A、Type-B、Micro-ABコネクタは現時点のUSB-IF標準ですが以下の制限を持っています。
• 大型のコネクタを使用しているため小型製品のデザインに適さない (プラグの高さ: A=4.5mm、 B=10.4mm)
• プラグとケーブルの向きが固定
• USB信号とVBUS (= 5V) のみを転送
• 電源供給は複雑で費用が高く7.5W以下
新しいUSB-IF標準であるUSB Type-C仕様はそれらの問題を解決し以下の利点をもたらします。
• プラグの高さが2.4mmと小型
• プラグの上下とケーブルの向きはリバーシブル
• 同じコネクタでUSB信号とPCIe、DisplayPort信号などの代替モードの信号の転送が可能
• 低コストに最大100Wの電源供給を容易に実装
USB Type-Cのレセプタクル、プラグ、ケーブルは、既存のUSB 3.1インターコネクト (標準、マイクロ
USBケーブルとコネクタ) の小型、薄型かつ堅牢な代替物になります。対象アプリケーションは超薄型 のノートブックPCからスマートフォンへと多岐にわたります。これらのアプリケーションに標準Aお よびマイクロABレセプタクルを適用するにはあまりに大きく、非常に使いにくく、壊れやすい問題が あります。
USB Type-C相互接続 (両端にType-Cコネクタを搭載) は物理的にプラグのType-A、Bを区別しなくなる
一方、USBインターフェースはホスト-デバイス間の論理関係を維持しています。このホストとデバイス 間の関係の判定は、ケーブルに実装されるコンフィギュレーションチャネル (CC) を介して行われます。
USB Type-C相互接続はCCを使用して簡素化された5VのVBUSベースのパワー デリバリーと充電ソリュ
ーションを規定します。これによりUSB 3.1仕様に規定された内容を補完しています。詳細は「Type-C 仕様」を参照してください。
さらにCCはUSB-PD (「PD入門」セクションで説明するUSBパワーデリバリー) 通信に使用して、高度
なパワーデリバリー機能と代替／アクセサリモードを設定、管理します。USB-PDメッセージは、Bi-
Phase Marked Coding (BMC) メソッドを使って専用Type-C CCを介して送信されます。詳細は「USB PD仕
様」を参照してください。
USB Type-C: 将来のコネクタ
USB Type-C – All in Oneソリューション
Type-Cレセプタクル／プラグ インターフェース
3 Type-C レセプタクル／プラグ インターフェース
Figure 2とFigure 3に、USB Type-Cレセプタクルとプラグの信号割当を示します。Table 1とTable 2 は、USB Type-Cレセプタクルとプラグに割り当てられる信号の一覧です。
Table 1 USB Type-Cレセプタクル信号
信号グループ 信号 説明
USB 3.1 TX1p、TX1n
RX1p、RX1n TX2p、TX2n RX2p、RX2n
スーパースピードUSBシリアル データ インターフェースには差 動送信ペアと差動受信ペアがある
USB Type-Cレセプタクルではプラグフリッピング機能のために2
組のスーパースピードUSB信号ピンがある
USB 2.0 Dp1、Dn1
Dp2、Dn2
USB 2.0シリアルデータインターフェースでは1つの差動ペアが
ある。USB Type-Cレセプタクルではプラグフリッピング機能の
ために2組のUSB2.0信号ピンがある
コンフィギュレー
ションチャネル CC1、CC2 レセプタクル内のCCチャネルは、信号方向とチャネルコンフィ
ギュレーションを検出
補助信号 SBU1、SBU2 サイドバンドの使用
電源 VBUS USBケーブル バス電力
GND USBケーブル電流の帰還経路
Table 2 USB Type-Cプラグ信号
信号グループ 信号 説明
USB 3.1 TX1p、TX1n
RX1p、RX1n TX2p、TX2n RX2p、RX2n
スーパースピードUSBシリアル データ インターフェースには差 動送信ペアと差動受信ペアがある
USB Type-Cレセプタクルではプラグフリッピング機能のために2
組のスーパースピードUSB信号ピンがある
USB 2.0 Dp、Dn USB 2.0シリアル データ インターフェースでは1つの差動ペアが
ある。USB Type-Cレセプタクルではプラグフリッピング機能の
ために2組のUSB2.0信号ピンがある
コンフィギュレー
ションチャネル CC 接続検出とインターフェース コンフィギュレーションに使用され るプラグ内のCC
補助信号 SBU1、
SBU2 サイドバンドの使用
電源 VBUS USBケーブル バス電力
VCONN Type-Cケーブル プラグ電力
GND USBケーブル電流の帰還経路
Figure 2に示すようにレセプタクル信号は機能的にUSB 3.1 (TXとRXペア) とUSB 2.0 (D+、D−) の両方の
データバス、USB電源 (VBUS)、グランド (GND)、コンフィギュレーションチャネル信号 (CC1、CC2)、
および2個のサイドバンド使用 (SBU) 信号ピンを提供します。USBデータバス信号の位置が2組あるこ とで、レセブタクル内のプラグの向きに関わらず、USB信号機能のマッピングを容易にしています。
Type-Cレセプタクル／プラグ インターフェース
Figure 2 USB Type-Cレセブタクルインターフェース ( 正面図)
Figure 3に、USB Type-Cプラグ信号を示します。CCピンは1つが信号の方向を設定するためにケーブル を介して接続され、残りがUSB Type-Cプラグ内の電子装置に電源供給するためにVCONNとして使用さ れます。
Figure 3 USB Type-Cプラグインターフェース (正面図)
Figure 4に示すように、Type-Cダウンストリーム対向ポート (DFP) は終端抵抗RpをそのCCピン (CC1、
CC2) に接続し、Type-Cアップストリーム対向ポート (UFP) は終端抵抗RdをそのCCピンに接続します。
特にUSB接続でのデータフローと関連付けられたDFPは通常、PCやハブなどのホスト上のポートで す。デバイスはこれらのポートに接続します。初期状態ではDFPはVBUSとVCONNへ電源を供給しま す。一方UFPはホストに接続するデバイスやハブ上のポートです。初期状態ではUFPはVBUSから電源 供給を受けます。
Figure 4 Type-C接続方向の検出 1
これらのケーブルはFigure 4に示すように終端抵抗RaをVCONNピンに接続します。CCピン上の終端抵 抗RpとRdは接続イベントを検出しケーブルの方向を識別します。DFPは2つのCCピンの電圧がその未 終端電圧より小さいかを監視して接続イベントを検出します。
Type-CレセプタクルのどのCCピン (CC1かCC2) がUFPにおいてRdで終端処理されたか検出可能である
ため、DFPはFigure 5、Table 3に示すようにケーブルの4つの可能な方向から1つの方向を判定するこ
Type-Cレセプタクル／プラグ インターフェース
とができます。DFPはこのケーブル方向を利用して機能スイッチ (MUX) を制御して、ケーブルの方向に 関わらずスーパースピードUSB信号ペアを適切に割り当てます。
同様にFigure 6に示すように、UFPはそのスーパースピードUSB信号ペアを適切に割り当てるために機
能スイッチを制御することができます。接続と方向が確立した後に、DFPはプラグのVCONNピンから ケーブルに電力供給するようCC1またはCC2の使用目的を変更します。Type-Cの接続と方向の検出メ カニズムの詳細はType-C仕様を参照してください。
Figure 5 CCピンがプラグの向きを決定
Table 3 ケーブルの向き
* (1) と (2) についてはFigure 6を参照してください。
USB Host
USB Host
CC Logic, VCONN Switch
CC Logic, VCONN Switch
Mux Mux
SSTX1 SSRX1 SSTX2 SSRX2
SSRX1 SSTX1 SSRX2 SSTX2
USB D+/ D- USB D+/ D-
4 possible wiring maps 4 possible active SS channel routes
CC1
CC2
CC1
CC2 1
2
1
2
1 2
1 2
1 2
1 2 Cable
Figure 6 ケーブルがねじれる場合
USB 2.0の場合、1セットだけのUSB 2.0信号 (D+、D-) はUSB Type-Cケーブルで実装されます。SBU信号
はType-C仕様がサポートする代替モードで使用されます。これによりType-C信号を他の目的 に(例えば
Type-Cレセプタクル／プラグ インターフェース
DisplayPortとして) 使用することができます。例えばDisplayPortアプリケーションではUSB 3.0回線を
動画送信に使用し、SBU回線を音声送信に使用します。アクセサリ ケーブルの代替モードで使用可能な アプリケーションについては「付録A」を参照してください。代替モードの詳細は「Type-C仕様」を参 照してください。
3.1 使用可能な Type-C ケーブル アセンブリ
以下のUSB Type-Cケーブルが「Type-C仕様」に規定されています。
• USB 2.0とUSB 3.1データ処理をサポートするUSBフル機能のType-Cケーブル、USB Type-C－Type-C ケーブル。このケーブルはSBUワイヤーをも含む
• USB 2.0 Type-Cプラグが両端に搭載されるUSB 2.0アプリケーション用USB 2.0 Type-Cケーブル
• USBフル機能のType-CプラグまたはUSB 2.0 Type-Cプラグが片側に搭載される固定ケーブル
Table 4に電子的捺印付Type-C標準ケーブルアセンブリの一覧を示します。
Table 4 USB Type-C標準ケーブルアセンブリ
プラグ1 プラグ2 USBバージョン 定格電流 USB PD (BMC) 電子的捺印
Type-C Type-C USB 2.0 3A 対応 任意
5A 必須
Type-C Type-C USB 3.1 3A 対応 必須
5A 必須
Table 4に示すように、フル機能のケーブルまたは定格電流が3Aを超えたすべてのケーブルは電子的捺
印付きのケーブルでなければなりません。電子的捺印は定格電流が3AのUSB 2.0ケーブルには任意です が、同じ電流定格のUSB 3.1ケーブルには必須です。
USB Type-C-USBの従来のケーブルとアダプタ アセンブリも以下のように「Type-C仕様」で規定されま
す。
• USB 3.1/USB 2.0 Type-C (Type-Cプラグ) - レガシーホストケーブル (Standard-Aプラグ)
• USB 3.1/USB 2.0 Type-C (Type-Cプラグ) - レガシーデバイスケーブル (Standard-Bプラグ)
• USB 3.1/USB 2.0 Type-C (Type-Cプラグ) - レガシーマイクロ／ミニデバイスケーブル (Micro/Mini Bプ ラグ)
• USB 3.1 Type-C (Type-Cプラグ) - レガシー Standard-Aアダプタ (Standard-Aレセプタクル)
• USB 2.0 Type-C (Type-Cプラグ) - レガシーMicro-Bアダプタ (Micro-Bレセプタクル) 詳細は「Type-C仕様」を参照してください。
USB電源供給
4 USB 電源供給
USBパワーデリバリー (PD) は、新しいUSB標準であり、この標準ではVBUSの給電能力が7.5Wから
100W (電圧／電流が20V/5Aの時) に増加します。USBパワー デリバリー標準では、電源の方向は固定で
はありません。ホストとデバイスの両方はプロバイダー (VBUSを介して電源を吐き出すType-Cポート) あるいはコンシューマー (VBUSから電源を吸い込むType-Cポート) として機能することができます。例
えばFigure 7に示すようにモニターはウォール チャージャーから電源供給される一方ノートPCとハー
ドディスクドライブに電源供給することができます。
Figure 7 USB-PD－デスクトップ用電源アダプタ
USB PDの仕様は、デバイス ドライバーを必要とせず、単一のケーブルを介して柔軟なパワー デリバリ
ーとデータ送信を可能にします。バッテリ充電仕様 (1.2版) に準拠しない充電デバイスの標準となっ て、廃棄物を減らす可能性を持っています。この標準化は、充電器をできるだけ再利用するようにして 電機廃棄物を削減するための手段として推進されました。
この仕様は、電源調整するメカニズムを提供する一方、カスタムケーブルアプリケーションに必要な 標準とベンダー定義の通信に使用可能です。これによりサポートされる速度と電流レベルなどのケーブ ルの能力の検出が可能になります。
USB PD仕様 (1.0版) は、USBバスのVBUS回線を介した電源調整方法 (VBUSでのBFSK変調を適用) BFSK について説明しました。USB PD仕様 (2.0版) では、CCを介したパワー デリバリー プロトコール メッセ ージの使用が推奨されます。
USBパワーデリバリー仕様は、以下の原理で確立されます。
1. 従来のUSBデバイスにシームレスに対応 2. 既存のUSBケーブルとの互換性がある
3. 不適合のケーブルによる破損可能性を最小化する 4. 低コストの実装のために最適化
詳細は「USB PD仕様」を参照してください。
4.1 USB PD の SOP*通信
パワーデリバリー通信は、パケットの開始を示す特別のシンボル (Kコードマーカーと呼ばれる) のシー ケンスで開始します。Kコードは、パケットの境界を示すためにPD通信に使用される4b5bライン符号 化方式が提供する特別のシンボルです。
データの符号化に加えて、Kコードは、ハードリセットとケーブルリセットなどの特別な制御機能のた めに使用されます。シーケンスの開始を指定する特別のKコード シーケンスは、「Start Of Packet」 (パ
USB電源供給
ケットの開始) (SOP) と呼ばれます。規定されるシーケンスは3つあります: SOP、SOP’、SOP’’。SOP*は 3つのSOPシーケンスをまとめて示すために使用されます。Figure 8でSOP*パケットを定義と区別しま す。
• SOPパケット: SOPシーケンスで開始する任意のパワーデリバリーパケット。SOPパケットを使用
するポート パートナー (DFPとUFP) 間の通信。これらのパケットはケーブル プラグで認識されませ ん。
• SOP’パケット: ケーブルプラグで通信するために使用されるSOPシーケンスで開始する任意のパワ
ーデリバリーパケット。SOP’パケットは、DFPに接続されるケーブルプラグ (Figure 8のケーブル プラグ マークSOP’) 内の電子装置で認識され、UFP内のほかのケーブル プラグやポート パートナー で認められません。
• SOP’’パケット: SOP’パケットが他のケーブルプラグと通信するために使用される時に、ケーブルプ
ラグとの通信に使用されるSOP’’シーケンスで開始する任意のパワーデリバリーパケットSOP’パケ ットは、UFPに接続されるケーブル プラグ (Figure 8のケーブル プラグ マークSOP’) 内の電子装置の みで認識され、DFPに接続されるケーブルプラグやUFP内のポートパートナーで認められません。
Note: SOP’/SOP’’通信ケースの「Cable Plug」 (ケーブルプラグ) はPD通信可能なケーブル内の論 理エンティティを示すために使用されます。これらのエンティティは、物理的にプラグ に設置されることもあるし設置されないこともあります。
UFPに接続されるケーブル プラグでSOP”パケットへ応答することは任意ですが、EMCAでは、DFPに接 続されるケーブルプラグによるSOP’パケットへの応答は必須です。
DFP UFP
Cable Plug (SOP’)
Cable Plug (SOP”)
SOP’
Signalling
SOP”
Signalling SOP Signalling
Electronically Marked Cable
Figure 8 SOP*通信
SOP*通信は、1本の回線 (CC) を介して行われます。これは重要な通信がブロックされないようにSOP*
通信周期を調整しなければならないことを意味します。ポートパートナー (SOPパケット) 間の通信は優 先されます。これは、ケーブル プラグ (SOP’/ SOP”パケット) との通信を割り込むことができることを示 します。詳細は「USB PD仕様」を参照してください。
CCG2の概要
5 CCG2 の概要
EZ-PD CCG2は最新のUSB Type-CとPD規格に準拠したUSB Type-Cケーブルコントローラーです。CCG2
の特長は以下の通りです。
• 業界標準の32ビットの48MHz ARM® Cortex®-M0プロセッサと32KBフラッシュを備えている
• Type-Cトランシーバーを1つと終端抵抗1 (Figure 4に示すRP、RD、RA) 、システムレベルのESD保護 機能 (接触放電: 8kV、気中放電: 15kV) を内蔵
• 1.63mm×2.03mmの20ボール WLCSPと2.5mm×3.5mm×0.6mmの14ピンのDFNパッケージで出荷
• USB Type-C EMCA向けの完全なワンチップハードウェア／ファームウェアソリューションを提供
• VCONN1、VCONN2、VDDDの3つの電源から動作可能
• 互いに分離された2本の独立したVCONNレール
CCG2は、パッシブケーブル、アクティブケーブル、電源供給されたアクセサリに適用できる完全な
USB Type-CとUSB パワーデリバリーソリューションを提供します。Table 5に、様々なアプリケーショ
ンに適用可能なCCG2デバイスを示します。
Table 5 EZ-PDTM CCG2製品
特長 CYPD2103 CYPD2104 CYPD2105
アプリケーション パッシブ ケーブル アクセサリ2 アクティブ ケーブル3 パッケージ 20ボールWLCSP、14ピンDFN 20ボールWLCSP 20ボールWLCSP 詳細は「CCG2データシート」を参照してください。
1終端抵抗の詳細は「Type-C仕様」を参照してください。
2ケーブルまたはドングルの形態をしたアップストリーム対向ポート (UFP)
3 USBデータ信号を調整するリドライバーを含むEMCA
EMCAアプリケーション
6 EMCA アプリケーション
フル機能のUSB Type-Cケーブルには電子的捺印がなされます。このケーブルはVCONNを電源として利 用する電子装置を内蔵しています。これにより電源供給能力、性能、ベンダーID (USB Type-Cケーブル ID機能) などのケーブル特性を判定することができます。
ケーブルの特性は以下の通りです:
• 製品タイプ (パッシブ ケーブル、アクティブ ケーブル、代替モード アダプター)
• ベンダーが指定するケーブル ハードウェアとファームウェア バージョン
• Type-Cケーブルの反対側: ケーブルがType-C-Type-C、Type-C-レガシーケーブル、Type-C-レセプタク ルなどであるかを示す
• ケーブル レイテンシ: ケーブルのレイテンシを示す
• 電源供給能力 (1.5A、3A、5A)
• SOP”コントローラーの有無: ケーブルは、ケーブルのUFP側の電子装置によるSOP”応答が可能であ るか示す
• USBスーパー スピード信号方式サポート: ケーブルのUSBデータ ラインがサポートするスピードを 示す (USB 2.0、USB 3.1、第1世代と第2世代)
「USB PD仕様」を参照してください。
EMCAは以下の種類があります:
• パッシブEMCA: USBデータ信号を処理しないEMCA
• アクティブEMCA: 伝送距離を長くするためUSBデータ信号を調整する電子装置 (ドライバーなど) を
備えたEMCA
• アクセサリ: ケーブルまたはドングルの形態をしたUFP
EMCAケーブルはVCONN配線をケーブルの端から端に渡さなくても実装可能です。VCONN配線がケー ブルの端から端に渡されるEMCAケーブル (詳細は「ケーブルに1個の CCG2チップがあるパッシブ EMCA」を参照) は分離素子が必要です。この分離素子によりVCONN配線はケーブルの端から端まで貫 通しません。VCONN配線がケーブルの端から端に渡されないEMCAケーブル (詳細は「ケーブル プラグ に1個のCCG2が搭載されるパッシプEMCA (1本のケーブル当たり2チップ搭載) - SOP’応答のみ」を 参照) では、SOP’素子をケーブルの両端に搭載する必要があります。この場合分離素子は必要ありませ ん。
EMCAアプリケーションの主なアプリケーションレベルの要件は以下のとおりです。
• PD 2.0仕様に規定されるUSB-PDプロトコルをサポート
• PD 2.0仕様に規定されるSOP’とSOP”をサポート
• VCONN上の内蔵Ra抵抗に対応
• VCONNからチップへの電源供給が可能
• 2個のVCONNピン (VCONN1とVCONN2) 間が分離されている
• 電力を節約するために、Ra抵抗の切断が可能
• CCとVCONNピンにシステムレベルESD保護機能を装備
• CCを介してファームウェア更新をサポートする内蔵ブートローダー
• 保安用外部EEPROMによるケーブルの認証
パッシプEMCAアプリケーションとCCG2
7 パッシプ EMCA アプリケーションと CCG2
EZ-PD CCG2はEMCA向けに開発されました。このセクションではCCG2をパッシプEMCAに用いる2つ
の応用例について説明します。(その他のアプリケーションは、付録で説明します)。各アプリケーショ ンでは、CCG2と周辺回路をケーブル端の片側または両側にある「プラグ」 (Figure 9を参照) に組み込み ます。プラグ筐体や樹脂モールドの中で、チップが「パドルボード」と呼ばれる基板に組み立てられて います。各EMCAは少なくとも1個のCCG2付きプラグを持っており、CCを介してUSBホストからID コマンドに応答します。
Figure 9 USB Type-Cプラグ筐体
このセクションではパッシプEMCAにおけるCCG2の応用例を2つ説明します。パッシプEMCAアプリ ケーションでのCCG2を説明する前に、VCONN信号の扱いをよく理解するためにCCG2電源サブシステ ムを説明します。
7.1 CCG2 電源サブシステム
CCG2は、VCONN1、VCONN2、VDDDの3つの電源の内の1つから動作させます。
VCONN1とVCONN2ピンは、USB Type-CケーブルシステムではVCONNピンに接続することがありま
す。これらの入力はそれぞれ、4.0V～5.5Vの動作をサポートします。 Figure 10に示すように、VCONN1
とVCONN2ピンを内部で分離して、異なるレベルにすることが可能です。この内部ダイオードは、
VCONN配線がケーブルの端から端に渡されるEMCAを実現するために必要な分離素子として機能してい
ます。
CCG2をVDDD電源ピンにより動作させる時、2.7V～5.5Vの電圧範囲で動作可能です。この動作モードで
はVCONN1とVCONN2はともに接続禁止であり、開放とします。VCONNピンが電源として使用されるア
プリケーションでは、VDDDピンは電圧出力として使用できます。
CCG2内部のGPIOバッファはVDDIOから電力供給されます。通常この系統をケーブルアプリケーショ ンのVDDDに接続します。
電源サブシステムの詳細は「CCG2データシート」を参照してください。
パッシプEMCAアプリケーションとCCG2
RA
VSS
VCONN2
VDDD Core Regulator
VCONN1
VCCD
Core VDDIO
GPIO CC
Tx/Rx RA
1uF
1uF 0.1uF
4.0 V to 5.5 V
Figure 10 CCG2の電源とコンデンサ配置
7.2 ケーブルに 1 個の CCG2 チップがあるパッシブ EMCA
このEMCAソリューションは片方のプラグに1つのCCG2チップを有します。このソリューションでは どのプラグがホスト (DFP) に接続されてもチップに電源供給するために1本のVCONN配線をケーブルの 端から端に渡す必要があります。
Figure 11 ケーブルに1個のCCG2チップがあるパッシブEMCAソリューション
この場合CCG2はSOP’パケットにのみ応答します。ケーブルがエニュメレーションされた後に、ホスト
はVCONN電源をオフにすることがあります。このアプリケーションの重要かつユニークな要件の一つ
は、2つの別個のVCONNピンからチップに電力供給することです。
利点
このソリューションではケーブルの片側にCCG2チップが1つだけ必要です。
VBUS
VCONN Near CC
Data Lines (USB SuperSpeed, USB Hi-Speed, PCIe, DisplayPort) 12
Passive EMCA With One CCG2 Per Cable
CCG2 CYPD2103
VCONNFar
GND 2
2
Type-C Plug Type-C Plug
Passive EMCA with CCG2 A lower-cost implementation of EMCA that supports the PD protocol. A CCG2 is embedded at only one end of the cable and is powered by either USB Type- C port
パッシプEMCAアプリケーションとCCG2 欠点
このソリューションは VCONN配線をケーブルの端から端に渡すため線材のコストがかかります。
Figure 11に、1本のケーブルに1個のCCG2が搭載されるパッシプEMCAソリューションのブロック図 を示し、Figure 12に回路図を示します。Figure 12に示すように、ケーブルの片側のVCONNをCCG2の
VCONN1に接続し、反対側のVCONNをCCG2のVCONN2に接続します。
シングルチップソリューションでは、SOP”応答を無効にするために、GPIOピン (WLCSPパッケージの ボールD3／DFNパッケージのピン13) を開放にする必要があります。このGPIOピンを開放にすること で、CYPD2103は常にSOP’バケットだけに応答するようコンフィギュレーションされます。SOP’／SOP”
パケットへの応答は、接続相手がUFPかDFPかに応じて動的に判定されません。
これはワンチップ ソリューション (ケーブル1本に1個のCCG2があるケーブル) に適用されます。 この ソリューションでは、チップはケーブルの方向に応じて、VCONN1またはVCONN2から電源供給されま す。ケーブルの向きに関わらず、CCG2はいつも、VCONN1とVCONN2のどちらから電源供給されるかに 関係なく、SOP’パケットのみに応答します。
VCONN 1 VBUS
CC Type-C
Plug
GND
Type-C Plug
VCONN 2
SuperSpeed and HighSpeed Lines
0.1uF
CYPD2103-20FNXIT
VDDD E3
1uF
A1VCCD
C1 VSS B1XRES
SWD_
IO SWD_
CLK E2 D1 I2C_0
_SCL I2C_0 _SDA A3 A2
CC1B4 GPIO GPIO D3
C2
CC2A4
E4VCONN1 C4
VCONN2 VDDIO
E1
RD1B3 D4 VSS
GPIOD2 GPIOB2 C3GPIO
0.1uF 1uF
VDDIO
4.7 k
Figure 12 CCG2シングルチップのEMCA回路図
パッシプEMCAアプリケーションとCCG2
Note: Figure 12は参考例でありWLCSPパッケージに基づいています。DFN参考回路の詳細は
「付録」を参照してください。
7.3 ケーブル プラグに 1 個の CCG2 が搭載されるパッシプ EMCA (1 本のケ ーブル当たり 2 チップ搭載) - SOP’応答のみ
このEMCAソリューションは2個のCCG2チップ (1プラグ当たりに1個のCCG2チップ) を持っていま す。このソリューションでは、VCONN信号をケーブルに渡って配線せず、各プラグ内のCCG2デバイス で終了します。この場合VCONNを提供するDFPと近い方のCCG2だけが電源供給されます。電源供給 されるCCG2は、SOP’パケットのみに応答します。ケーブルがエニュメレーションされた後に、ホスト
はVCONN電源をオフにすることがあります。
利点
このソリューションを適用すると線材 (デバイスに渡って配線する場合にVCONN信号に必要なワイヤー) のコストが削減可能です。
欠点
このソリューションは2個のCCG2チップ (ケーブルの各端当たりに1個のチップ搭載) が必要です。
Figure 13 ケーブル プラグそれぞれに1つのCCG2が搭載されるパッシプEMCAソリューション
Figure 13にブロック図、Figure 14に1本のケーブル当たりに2個のCCG2チップ (1個だけが電源供給) が搭載されるパッシプEMCAソリューションの回路図を示します。Figure 14に示すように、ケーブル端
のVCONNは、それぞれのプラグにあるCCG2のVCONN1に接続されます。GPIO (WLCSPパッケージのボ
ールD3／DFNパッケージのピン13) を開放にするか、LOWレベルにすることができます。
ケーブルがどのように接続されても、CCG2はいつもVCONN1を介して電源供給され、SOP’パケットの みに応答します。
VBUS
Passive EMCA with CCG2
An EMCA that supports the PD protocol. A CCG2 is embedded at each end of the cable and is powered individually by the USB Type-C port at each end.
VCONN CC
Data Lines (USB SuperSpeed, USB Hi-Speed, PCIe, DisplayPort) 12
Passive EMCA With One CCG2 Per Cable Plug
CCG2 CYPD2103
CCG2 CYPD2103
VCONN
GND 2
2
Type-C Plug Type-C Plug
CCG2を備えたパッシブEMCA 電 源 供 給 プ ロ ト コ ル を サ ポ ー ト す る EMCA。CCG2 はケーブルの両端に 組み込まれ、それぞれUSB Type-C ポートを介して独立して電源供給
パッシプEMCAアプリケーションとCCG2
VCONN1
VBUS
CC Type-C
Plug
Type-C Plug
VCONN2
GND
SuperSpeed and HighSpeed Lines CYPD2103-20FNXIT
VDDD E3
A1VCCD
C1VSS XRES B1
SWD_
IO SWD_
CLK E2 D1 I2C_0
_SCL I2C_0 _SDA A3 A2
CC1B4 GPIO GPIOD3
C2
CC2A4
E4VCONN1 C4
VCONN2 VDDIO
E1
RD1B3 D4VSS
GPIOD2 GPIOB2 GPIO
C3
CYPD2103-20FNXIT VDDD
E3
A1 VCCD
C1VSS B1XRES
SWD_
IO SWD_
CLK E2 D1 I2C_0
_SCL I2C_0 _SDA A3 A2
CC1B4 GPIO GPIOD3
C2
CC2A4
E4VCONN2 C4
VCONN1 VDDIO
E1
RD1B3 D4VSS
GPIOD2 GPIOB2 C3GPIO
0.1uF
1uF 1uF
1uF
0.1uF
1uF VDDIO
4.7 k
VDDIO
4.7 k
Figure 14 2個のCCG2チップ付きEMCA回路図 (1個のチップにのみ電源供給)
Note: Figure 14は参考例でありWLCSPパッケージに基づいています。DFN参考回路の詳細は
「付録」を参照してください。
設計ガイドライン
8 設計ガイドライン
8.1 ハードウェア ガイドライン
Figure 12とFigure 14にCCG2付きEMCAのワンチップと2チップソリューションのハードウェア回路 図を示します。Figure 12に示すように、CCG2にType-Cトランシーバーと終端抵抗、システムレベル のESD保護回路を統合してそれをワンチップ ソリューションにすることが可能です。 このソリューシ ョンは4個の外部デカップリングコンデンサ*と1個の抵抗を必要とします。
パドルカードレベルでのデバッグとプログラムを簡易化するために、SWDライン上に予備のプローブ やジャンパーを搭載することをお勧めします。CCG2により、内蔵ブートローダーを使ってCCラインを 介して組み立てられたケーブルのファームウェアを更新することもできます。
ハードウェア デザインの詳細は「AN95599 – Hardware Design Guidelines for EZ-PDTM CCG2」を参照し てください
Note: * さらにType-C仕様に従って、4個のコンデンサがType-CコネクタのVBUSピンに必要で
す (1ピン当たり1個の10nFバイパスコンデンサ)。詳細は「Type-C仕様」を参照してく ださい。
8.2 ファームウェア更新のガイドライン
様々な設計要件を満たすために、EZ-PD CCG2はTable 5に示す3バージョンで出荷されます。ベンダー 固有のケーブル アプリケーションは、製品の能力と機能を決めるベンダー コマンドの実装が必要で す。ファームウェアとカスタムアプリケーションについてはサイプレスへお問い合わせください。
CCG2ファームウェアは以下の基本機能を持っています。
1. ファームウェアはケーブル プラグがホスト ポート (ダウンストリーム ポート) に接続されたかデバイ スポート (アップストリームポート) に接続されたかその位置を検出します。
2. ファームウェアは、すべての構造化されたVDM (ベンダー定義のメッセージ) にSOP’ (ケーブルプラ グの終端がホストの終端と近い場合) または SOP’’ (プラグ終端がデバイスの終端と近い場合) で応答し ます。
3. ファームウェアは、すべてのサイプレス定義の非構造化VDMにSOP’ (アクセサリ モードのアプリケ ーションの場合) または SOP’’ (プラグ終端がデバイスの終端と近い場合) で応答します。これらのメッ セージはファームウェアの更新のために使用されます。
4. ファームウェアは非構造化VDMに応答します。VDMハンドラーは、GPIOの一式をトグルして機能を 指定します。
5. ファームウェアには、デバイスでのPDファームウェアのアップグレードが可能なブートローダーが 含まれています。ブートローダーは、サイプレス定義の非構造化VDMを介してファームウェアを受 信します。
6. デバイスは、CCラインがアイドル状態にある場合はディープスリープ モードに移行し、PDメッセ ージに応答する時にウェイクアップします。PDバスがアイドル状態に入るとデバイスはディープス リープモードへ戻ります。
7. ブートローダーはCYPD2103とCYPD2105用ファームウェアの2種類に対応しています。ブートロー ダーはファームウェアを制御する前にチェックサムによりファームウェアの有効性を検証します。
8. Table 6に示すように、SOP／SOP”応答は、VCONN1／VCONN2信号と同行したCCG2デバイスへの入
力として提供されるGPIO (WLCSPパッケージのボールD3／DFNパッケージのピン13) の状態によっ て判定されます。
設計ガイドライン
VCONN_1 VCONN_2 GPIO*** SOP' SOP"
x** x 開放
4V – 5.5V x LOWレベル
< 4V x LOWレベル
** Table 6に示す「x」は「Don’t care」 (ドントケア) を意味します。
*** GPIOはWLCSPパッケージではボールD3、DFNパッケージでは13ピンです。
CCG2はUSB-IF仕様の変更に対応するためにアップグレードが可能ファームウェア アップグレードにつ
いてはサイプレスへお問い合わせください。SWDインターフェースを使用して、またはType-Cコンフ ィギュレーションチャネル (CC信号) を介して内蔵32KBフラッシュをプログラムすることが可能です。
8.2.1 MiniProg3 による SWD 経由での CCG2 アップグレード
SWDインターフェースによるファームウェア アップグレードは、PSoC® Programmer™ ソフトウェアがイ ンストールされたPCとMiniProg3プログラマを併用して可能になります。このプログラム方法は、SWD ピンまたはヘッダーに伴うパドルカードに適用可能で、一般的に製品の開発中によく適用されます。
手順の詳細にてついては、「PSoC® Programmerと MiniProg3によるEZ-PD™ CCG2のプログラム」知 識ベース記事をご覧ください
Figure 15 SWD経由でのCCG2アップグレード (MiniProg3使用)
8.2.2 CC を介した CCG2 ファームウェアのアップグレード
ファームウェア アップグレード アプリケーションcc_flash.exe (このウェブページからダウンロード可 能) を実行しているPCは、CCG1ホスト デモ ボードを使ってCCラインを介してCCG2をUSB Type-Cケ ーブルに直接プログラムするために使用可能です。ケーブルメーカーはこの方法を使って、エンドユー ザーにアップグレード版を提供する、またはケーブルアセンブリが製造された後にファームウェアをプ ログラムすることができます。CCG2は工場でブートローダーと共にプログラムされ、出荷時点でType- Cインターフェースを介してプログラム可能になっています。
設計ガイドライン
Figure 16 CCを介したアップグレード
CCG2ホスト デモ ボード内のUSBシリアルブリッジは、USB-I2Cマスター ブリッジとして機能していま す。USBシリアルブリッジは、CCG1 Type-CホストコントローラーのI2Cスレーブインターフェースと 通信します。CCG1は最新のUSB Type-CとPD仕様に準拠するPD付きUSB Type-Cポート コントローラ ーで、電力アダプタ、ノートPC、タブレット、モニターと最大100Wまでのパワー デリバリーのEMCA
に、USB Type-CとPDサポートを追加するソリューションを提供します。CCG1の詳細はCCG1ウェブペ
ージを参照してください。
サイプレスが提供するコンフィギュレーションユーティリティcc_flash.exeは、USBシリアルブリッジ を介してI2CコマンドをCCG1 Type-Cホストコントローラーに送信します。
CCG1 Type-Cホスト コントローラーは、Type-Cインターフェースを介してEMCAと通信するためにコン
フィギュレーションされます。CCG1ファームウェアは、EMCAの存在を検出してVCONNを適用しま す。ファームウェアは、USBシリアルブリッジを介して受信するI2C コマンドを構造化された状態と非 構造化状態でEMCAに送信します。
送信手順については「CCを介したEZ-PD™ CCG2デバイスのファームウェアのアップグレード」知識 ベース記事を参照してください。
まとめ
9 まとめ
このアプリケーションノートではCCG2を使ったパッシプUSB 3.1 Type-Cの設計に関する多くの事項に ついて説明しました。CCG2を使用すると最小限の外部受動素子やアナログ回路により、低コストの
Type-C準拠EMCAの製品化までの時間は短縮されます。
付録A: その他のCCG2アプリケーション
10 付録 A: その他の CCG2 アプリケーション
このセクションでパッシプEMCAケーブル以外に使用可能なCCG2アプリケーションについて説明しま す。主なアプリケーションの要件は「EMCAアプリケーション」セクションに示す項目と同じです。
10.1 ケーブルに 1 個の CCG2 チップがあるアクティブ EMCA ソリューショ ン – SOP’応答のみ
アクティブEMCAの重要な機能は、データパス上にリドライバを追加することにより信号調整機能を提 供することです。コンフィギュレーション／信号調整が必要なアクティブケーブル (マネージドアクテ ィブケーブルと呼ばれる) は、USBパワーデリバリーの構造化ベンダー定義メッセージ (VDM –SOP’パケ ット) を使用してケーブルを検出し、コンフィギュレーションします。マネージド アクティブ ケーブル の一部は、USB PD構造化VDM (SOP’パケットのみ) に応答するケーブル内のUSB PDコントローラーを1 個のみ持っています。
Type-CアクティブEMCAソリューションではCCG2を信号調整デバイス (Figure 17に示すリドライバー)
としてだけでなく電子的捺印処理のためにも用います。このソリューションはVCONN入力から電源供 給を受けケーブルへ供給します。このようなケーブルは、Ra抵抗をVCONN配線上に、Rd抵抗をCCライ ンに搭載してアクティブケーブルとして機能することができます。パッシプEMCAと違ってVCONNへ 電源を供給するホストは電源を切りません。
Figure 17 ケーブルに1個のCCG2チップがあるアクティブEMCAソリューション
このアプリケーションのファームウェアソリューションについては、サイプレスにお問い合わせくださ い。
VBUS
VCONNNear CC
Data Lines (USB SuperSpeed, USB Hi-Speed, PCIe, DisplayPort) 12
Active EMCA
CCG2 CYPD2105-
20FNXI
GND 2
2
Re-driver
12
2
VCONNFar GPIOs
Active EMCA with CCG2
An EMCA that includes an embedded re-driver to extend the cable length.
Type-C Plug Type-C Cable
付録A: その他のCCG2アプリケーション
10.2 ケーブルに 1 個の CCG2 チップがあるマネージド アクティブ EMCA ソ リューション - SOP’と SOP”応答
マネージド アクティブ ケーブルがケーブルのそれぞれの端に独立した管理または信号調整を要求する
場合、USB PDの構造化ベンダー定義メッセージ (VDM) (SOP’とSOP”パケット) が各プラグ個別になけれ
ばなりません。
Figure 18 ケーブル プラグに1個のCCG2チップがあるマネージド アクティブ ケーブル
このアクティブ ケーブル ソリューションは2個のCCG2チップ (1プラグ当たりに1個のCCG2チップ) を持っています。VCONNはケーブルにわたってワイヤーで接続されます (プラグの残りの端に一直線で 接続しない)。このソリューションでは、ケーブルがリバーシブルになるように配線されます (図6)。
VCONNへ電源を供給するホストは電源を切りません。
両端のケーブルプラグのVCONN信号は対応するCCG2のVCONN1入力に接続します。ケーブルから来 ているもう1つの配線はCCG2のVCONN2とVDDDピンに接続します。CCG2がVCONNピンから電源を 受ける場合、VDDDは出力として機能します。この場合1つのCCG2チップがVCONN1、もう1つは
VCONN2を介して電源供給されます。内部ファームウェアは、GPIO (WLCSPパッケージのボールD3／
VBUS
VCONN
CC 2 GPIOs
Data Lines (USB SuperSpeed, USB Hi-Speed, PCIe, DisplayPort) 12
Managed Active EMCA
CCG2 CYPD2105
2 GPIOs CCG2
CYPD2105
VCONN
GND
2 2
VCONN1 VCONN2VDDD VDDDVCONN2 VCONN1
Re-driver Re-driver
12 12
Type-C Plug Type-C Plug
付録A: その他のCCG2アプリケーション
DFNパッケージのピン13) をストラップオプションとして使用し、SOP”へ応答するか判定します。SOP”
応答は、このGPIOをグランドに接続すると有効になります。
ケーブルのどちらにDFPが接続されても、両端のCCG2チップは電源供給されます。CCG2はVCONN1
とVCONN2に検出器があり、電源を受けているのがどちらの端子かファームウェアに伝えます。
VCONN1から電源を受けるCCG2はSOP’応答動作になります。CCG2は、GPIO (WLCSPパッケージのボー
ルD3／DFNパッケージのピン13) をLOWレベルであり、VCONN2から電源供給される場合はSOP”に応 答します。
Figure 18に、ケーブルに電源供給されるチップが2つあるマネージドアクティブケーブルのブロック
図を示します。
10.3 アクセサリ ソリューション
アクセサリソリューションは、USB Type-CとUSB-PDプロトコルを実装するためにCCG2を1つ使用し ます。アクセサリの共通フォームは、この例に示すコンバーター ドングルです。1つの例は、USB Type-
C Thunderboltアダプタです。この種のアダプタは一端にUSB Type-Cプラグがあり、もう一方にPCIeと
DisplayPortポートのポートがあります。アクセサリは代替モードで実装するものでなければなりませ
ん。アクセサリはVBUSから動作したり自分のVCONNを生成したりすることが可能で、VCONNから電 源供給されたアクセサリを実行することも可能な標準UFPデバイスとして実装できます。Figure 19に アクセサリのアプリケーション例を示します。
Figure 19 アクセサリソリューション
このアプリケーションに必要な主なアプリケーションレベルの要件は以下の通りです。
USB Type-C HDMI Dongle A notebook PC accessory that converts a USB Type-C port to an HDMI output to connect a monitor.
VCONN
CC Secure 2 EEPROM
I2C
Data Lines (USB SuperSpeed, USB Hi-Speed, DisplayPort3) 12
CCG2 CYPD2104-20FNXI
GND 2
USB Device Controller 2
GPIOs
DisplayPort to HMDI4
Bridge
Type-C Plug HDMI Plug2
I2C USB Hi- 2
Speed 10
HDMI 8
USB Type-C HDMI Dongle
付録A: その他のCCG2アプリケーション
• 電流上限検出をサポート
このアプリケーションのファームウェア ソリューションについてはサイプレスにお問い合わせくださ い。
付録 B: 参考回路図
11 付録 B: 参考回路図
11.1 CYPD2103-14LHXIT シングルチップ EMCA 回路図
VCONN 1 VBUS
CC Type-C
Plug
GND
Type-C Plug
VCONN 2
SuperSpeed and HighSpeed Lines
0.1uF
CYPD2103-14LHXIT
VDDD 7
1uF
6 VCCD
2 VSS 12XRES
SWD_
IO SWD_
CLK
8 9
I2C_0 _SCL
I2C_0 _SDA 1 14
CC13 GPIO GPIO 10
11
5 VCONN1 4
VCONN2
GPIO13 0.1uF 1uF
VDDIO
4.7 k
付録 B: 参考回路図
11.2 CYPD2103-14LHXIT デュアル チップ EMCA 回路図
VCONN1
VBUS
CC Type-C
Plug
Type-C Plug
VCONN2
GND
SuperSpeed and HighSpeed Lines CYPD2103-14LHXIT
VDDD 7
6 VCCD
2 VSS 12XRES
SWD_
IO SWD_
CLK
8 9
I2C_0 _SCL
I2C_0 _SDA 1 14
CC13 GPIO GPIO10
11
5 VCONN1 4
VCONN2
GPIO13
CYPD2103-14LHXIT VDDD
7
6 VCCD
2 VSS 12XRES
SWD_
IO SWD_
CLK
8 9
I2C_0 _SCL
I2C_0 _SDA 1 14
CC13 GPIO GPIO10
11 5
VCONN2 4
VCONN1
GPIO13 0.1uF
1uF 1uF
1uF
0.1uF
1uF VDDIO
4.7 k
VDDIO
4.7 k
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** 2015-05-27 これは英語版001-95615 Rev. *A を翻訳した日本語版001-97557 Rev.
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*A 2018-06-18 これは英語版001-95615 Rev. *C を翻訳した日本語版001-97557 Rev.
*A です。
*B 2021-04-27 テンプレートの変更を実施。
これは英語版001-95615 Rev. *Eを翻訳した日本語版Rev. *Bです。
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警告事項
技術的要件に伴い、製品には危険物質が含まれ る可能性があります。当該種別の詳細について は、インフィニオンの最寄りの営業所までお問 い合わせください。
インフィニオンの正式代表者が署名した書面を 通じ、インフィニオンによる明示の承認が存在 する場合を除き、インフィニオンの製品は、当 該製品の障害またはその使用に関する一切の結 果が、合理的に人的傷害を招く恐れのある一切 の用途に使用することはできないこと予めご了 承ください。
