USB는 컴퓨터, 주변기기, 휴대전화, 시계, 선풍기, 제어 기기 등 점점 더 확장되는 응용 분야에서 전원 공급 및 연결에 사용되고 있습니다. 그러나 일부 응용 분야의 복잡성이 증가함에 따라 때때로 USB 기능을 통합하는 것이 어려울 수 있습니다. 이 문서를 읽고 USB 전원 공급(PD) 이중 역할 전원(DRP) 응용 분야의 Infineon EZ-PD™ PMG1 MCU 제품군을 사용하는 방법을 알아보십시오.
EZ-PD™ PMG1 소개
Infineon의 EZ-PD™ PMG1(1세대 PD 마이크로컨트롤러)은 고전압 USB-C PD MCU 제품군입니다. 이 칩에는 아날로그 및 디지털 주변기기와 함께 Arm® Cortex®-M0/M0+ CPU 및 USB-C PD 컨트롤러가 포함되어 있습니다. EZ-PD™ PMG1은 고전압 USB-C PD 포트에 전력을 공급하거나 포트에서 전력을 소비하고 MCU를 활용하여 추가 제어 기능을 제공하는 모든 임베디드 시스템을 대상으로 합니다. PMG1 MCU 제품군은 USB PD 및 Type-C 표준을 완벽하게 준수합니다. 표 1은 EZ-PD™ PMG1 제품군에 속하는 다양한 MCU의 특징을 비교한 것입니다.
표 1: 다양한 EZ-PD™ PMG1 제품군 MCU의 특징 비교
| 하위 시스템 또는 제품군 | 항목 | PMG1-S0* | PMG1-S1 | PMG1-S2 | PMG1-S3 |
|---|---|---|---|---|---|
| CPU 및 메모리 하위 시스템 | 코어 | Arm® Cortex®-M0 | Arm® Cortex®-M0 | Arm® Cortex®-M0 | Arm® Cortex®-M0+ |
| 최대 주파수(MHz) | 48 | 48 | 48 | 48 | |
| 플래시(KB) | 64 | 128 | 128 | 256 | |
| SRAM(KB) | 8 | 12 | 8 | 32 | |
| 전원 공급 | PD 포트 | 1 | 1 | 1 | 48-QFN용 포트 1개 97-BGA용 포트 2개 |
| 역할 | 싱크 | DRP | DRP | DRP | |
| MOSFET 게이트 드라이버 | PFET 1개 | PFET 2개 | NFET 2개 | 유동적 NFET 2개 | |
| 결함 방지 | VBUS OVP 및 UVP | VBUS OVP, UVP 및 OCP SCP 및 RCP(소스 구성에만 해당) |
VBUS OVP, UVP 및 OCP | VBUS OVP, UVP 및 OCP SCP 및 RCP(소스 구성에만 해당) |
|
| USB | 빌보드 클래스를 지원하는 통합 최대 속도 USB 2.0 기기 | 아니요 | 아니요 | 예 | 예 |
| 전압 범위 | 공급(V) | VDDD (2.7~5.5) VBUS(4~21.5) |
VSYS(2.75~5.5) VBUS(4~21.5) |
VSYS(2.7~5.5) VBUS(4~21.5) |
VSYS(2.8~5.5) VBUS(4~28) |
| 입출력(V) | 1.71~5.5 | 1.71~5.5 | 1.71~5.5 | 1.71~5.5 | |
| SCB (I2C/UART(범용 비동기화 송수신기)/SPI로 구성 가능) | 2 | 4 | 4 | 48-QFN용 7개(이 중 5개는 SPI 및 UART(범용 비동기화 송수신기)로 구성 가능) 97-BGA용 8개 |
|
| TCPWM 블록(타이머, 카운터 또는 펄스 대역폭 변조기로 구성 가능) | 4 | 2 | 4 | 48-QFN용 7개 97-BGA용 8개 |
|
| 하드웨어 인증 블록(암호화) | 아니요 | 아니요 | 예(AES-128/192/256, SHA1, SHA2-224, SHA2-256, PRNG, CRC) | 예(AES-128, SHA2-256, TRNG, 벡터 장치) | |
| 아날로그 | ADC | 8비트 SAR 2개 | 8비트 SAR 1개 | 8비트 SAR 2개 | 8비트 SAR 2개 12비트 SAR 1개 |
| 온칩 온도 센서 | 예 | 예 | 예 | 예 | |
| 직접 메모리 액세스(DMA) | DMA | 아니요 | 아니요 | 아니요 | 예 |
| GPIO | 최대 입출력 수 | 12개(10개+OVT 2개) | 17개(15개+OVT 2개) | 20개(18개+OVT 2개) | 48-QFN용 26개(24개+OVT 2개) 97-BGA용 50개(48개 + OVT 2개) |
| 충전 표준 | 충전원 | - | BC 1.2, AC | BC 1.2, AC | BC 1.2, AC, AFC 및 Quick Charge 3.0 |
| 충전 싱크 | BC 1.2, Apple 충전(AC) | BC 1.2, AC | BC 1.2, AC | BC 1.2, AC | |
| ESD 방지 | ESD 방지 | 예(최대 ±8kV 접촉 방전, 최대 ±15kV 기중 방전, 인체 모델 및 충전된 기기 모델) | 예(인체 모델 및 충전된 기기 모델) | 예(최대 ±8kV 접촉 방전, 최대 ±15kV 기중 방전, 인체 모델 및 충전된 기기 모델) | 예(인체 모델 및 충전된 기기 모델) |
| 패키지 | 패키지 옵션 | 24-QFN(4mm 4개, 0.5mm 피치) | 40-QFN(6mm 6개, 0.5mm 피치) 42-CSP(2.63 × 3.18 mm, 0.4mm 피치) | 40-QFN(6mm 6개, 0.5mm 피치) | 48-QFN(6 × 6mm, 0.5mm 피치) 97-BGA(6 × 6mm, 0.5mm 및 0.65mm 피치) |
*PMG1-S0은 USB PD 싱크 전용 기기이므로 DRP 응용 분야를 지원하지 않습니다.
USB PD 시방서
이 섹션에서는 USB PD의 기본 사항을 검토합니다. USB PD 시방서에서는 PD 지원 USB Type-C 포트가 USB PD 호환 전원과 교섭하여 VBUS에서 필요한 전력을 얻을 수 있는 방법을 정의합니다.
전원을 공급하는 USB-C 포트를 "소스", 전력을 소비하는 USB-C 포트를 "싱크"라고 합니다. 각 PD 연결에는 하나의 소스 포트와 하나의 싱크 포트만 있습니다. 레거시 USB 시방서에서는 호스트 컴퓨터(노트북이나 PC 등)의 USB 포트가 항상 소스였으며 USB 주변기기가 항상 싱크였습니다. USB PD 시방서를 사용하면 소스와 싱크가 역할을 교환하여 USB 주변기기(예: 외부 자체 전원 공급 하드 디스크, 도크 또는 모니터)가 USB 호스트에 전원을 공급할 수 있습니다. 이러한 새로운 전원 역할은 USB 호스트와 USB 기기 간의 USB 데이터 전송 역할과 독립적입니다. USB 호스트인 노트북이나 PC의 배터리를 충전할 수 있는 모니터와 같은 자체 전원 공급형 USB 주변기기가 그 예입니다.
DRP 포트의 Type-C 및 USB PD 아키텍처
시스템 정책 관리자: PD 시방서에서는 작동 시스템 스택으로 실행되는 USB 호스트에 구현되는 시스템 정책 관리자를 정의합니다. 자세한 내용은 USB PD 시방서를 참조하십시오.
기기 정책 관리자: 기기 정책 관리자는 전력 공급자 또는 전력 소비자에서 실행되는 모듈로, 정책 엔진을 통해 기기의 각 포트에 로컬 정책을 적용합니다.
소스 포트: 소스 포트는 VBUS를 통해 전원을 공급하는 전원 공급자 포트입니다. 기본적으로 호스트 또는 허브의 USB 포트입니다.
싱크 포트: 싱크 포트는 VBUS를 통해 전력을 소비하는 USB 전력 소비자 포트입니다. 기본적으로 기기의 USB 포트입니다.
정책 엔진: 정책 엔진은 기기 정책 관리자의 입력을 해석하여 포트에 대한 정책을 구현합니다. 또한 프로토콜 계층에 메시지를 보내도록 지시합니다.
프로토콜: 프로토콜 계층은 포트 파트너 간의 통신을 위한 메시지를 생성합니다.
물리적 계층: 물리적 계층은 VBUS 또는 포트 쌍 간의 구성 채널(CC)을 통해 메시지를 주고받습니다.
전원: VBUS를 통해 전원을 공급하는 PD 포트의 기능입니다. CC에 Rp가 어설션된 Type-C 포트를 나타냅니다.
전원 싱크: VBUS에서 전력을 싱크하는 PD 포트의 기능입니다. CC에 Rd가 어설션된 Type-C 포트를 나타냅니다.
케이블 감지 모듈: 케이블 감지 모듈은 Type-C 포트에 연결된 전자적 표시 케이블 어셈블리(EMCA) 케이블의 존재를 감지합니다.
단일 기기에 공급자 요소와 소비자 요소를 모두 결합하여 이중 역할 기기를 개발할 수 있습니다.
USB 호스트와 USB 기기가 상호 연결되면 USB 링크 쌍을 형성하며, 각 링크 파트너에는 CC 컨트롤러가 있습니다. 그런 다음 각 PD 컨트롤러 내의 기기 정책 관리자 간에 메시지가 논리적으로 교환됩니다. 이러한 메시지는 CC를 통해 물리적으로 전송되고 링크 쌍 간에 PD 계약이 설정된 다음 VBUS를 통해 전원이 전달됩니다. CC는 Type-C 신호 정의의 새로운 신호 쌍입니다(자세한 내용은 Type C 신호 정의 섹션 참조).
Type-C 신호 정의
그림 2는 USB Type-C 콘센트, 플러그 및 플립 플러그 신호를 보여 줍니다. USB Type-C 콘센트에는 USB 3.1(TX 및 RX 쌍) 및 USB 2.0(Dp 및 Dn) 데이터 버스, USB 전원(VBUS), 접지(GND), CC 신호(CC1 및 CC2), 측대역 사용(SBU) 신호 핀 2개가 있습니다.
표 2 및 표 3에 나열된 것과 같이 USB Type-C 플러그 및 콘센트 신호에 대한 설명은 CC 및 VCONN 신호를 제외하고 동일합니다. 이 레이아웃에서 두 USB 2.0 및 USB 3.1 신호 위치 집합은 콘센트의 플러그 방향과 관계없이 USB 신호 매핑을 용이하게 합니다.
표 2: USB Type-C 콘센트 신호
| 신호 그룹 | 신호 | 설명 |
|---|---|---|
| USB 3.1 | TX1p, TX1n, RX1p, RX1n, TX2p, TX2n, RX2p, RX2n |
SuperSpeed USB 직렬 데이터 인터페이스는 차동 전송 쌍과 차동 수신 쌍을 정의합니다. USB Type-C 콘센트에서 SuperSpeed USB 신호 핀 2쌍이 플러그 플립 기능 구현을 위해 정의됩니다. |
| USB 2.0 | Dp1, Dn1 Dp2, Dn2 |
USB 2.0 직렬 데이터 인터페이스는 차동 쌍을 정의합니다. USB Type-C 콘센트에서 USB 2.0 신호 핀 집합 2개가 플러그 플립 기능 구현을 위해 정의됩니다. |
| 구성 채널 | CC1, CC2 | 콘센트의 CC는 신호 방향 및 채널 구성을 감지합니다. |
| 보조 신호 | SBU1, SBU2 | 측대역 사용. 자세한 내용은 USB Type-C 케이블 및 커넥터 시방서 개정 2.1을 참조하십시오. |
| 전력 | VBUS | USB 케이블 버스 전원. |
| GND | USB 케이블 반환 전류 경로. |
표 3: USB Type-C 플러그 신호
| 신호 그룹 | 신호 | 설명 |
|---|---|---|
| USB 3.1 | TX1p, TX1n, RX1p, RX1n TX2p, TX2n, RX2p, RX2n |
SuperSpeed USB 직렬 데이터 인터페이스는 차동 전송 쌍과 차동 수신 쌍을 정의합니다. USB Type-C 플러그에서 SuperSpeed USB 신호 핀 2쌍이 플러그 플립 기능 구현을 위해 정의됩니다. |
| USB 2.0 | Dp, Dn | USB Type-C 플러그에서 USB 2.0 직렬 데이터 인터페이스가 차동 쌍을 정의합니다. |
| 구성 채널 | CC | 플러그의 CC는 연결 감지 및 인터페이스 구성에 사용됩니다. |
| 보조 신호 | SBU1, SBU2 | 측대역 사용. 자세한 내용은 USB Type-C 케이블 및 커넥터 시방서 개정 2.1을 참조하십시오. |
| 전력 | VBUS | USB 케이블 버스 전원. |
| VCONN | Type-C 케이블 플러그 전원. | |
| GND | USB 케이블 반환 전류 경로. |
Type-C 플러그가 있는 케이블을 콘센트에 삽입하면 CC 핀 하나는 신호 방향을 설정하는 데 사용되고 다른 CC 핀은 USB Type-C 케이블(플러그)의 전자 장치에 전원을 공급하기 위해 VCONN으로 용도가 변경됩니다.
이 문서의 나머지 부분을 읽고 USB 전원 공급(PD) 이중 역할 전원(DRP) 응용 분야에서 Infineon EZ-PD™ PMG1 MCU 제품군을 사용하는 방법을 심층적으로 이해하려면 아래를 클릭하여 다운로드하십시오.