नया यूएसबी टाइप-सी नई विशिष्टता जारी की गई है, जो सीधे एचडीएमआई आउटपुट का समर्थन कर सकती है
Jul 26, 2019
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USB टाइप-सी इंटरफ़ेस भविष्य में अधिकांश लैपटॉप और स्मार्टफ़ोन के लिए एकमात्र डेटा इंटरफ़ेस होने की संभावना है, लेकिन ये डिवाइस जो केवल USB इंटरफ़ेस का समर्थन करते हैं, उन्हें अभी भी उन डिवाइसों के साथ बातचीत करनी चाहिए जो USB- कनेक्टेड नहीं हैं, जैसे मॉनिटर और टेलीविज़न। इसलिए, डिजाइनरों को एक कनेक्टर में यूएसबी और अन्य हाई-स्पीड इंटरफ़ेस रूपांतरणों को लागू करने के बारे में विचार करने की आवश्यकता है, जिसमें पिन फ़ंक्शन स्विच करना, ईएसडी जैसे बाहरी क्षणिक सुरक्षा प्रदान करना और सिग्नल गुणवत्ता बनाए रखना शामिल है। यूएसबी टाइप-सी मानक वैकल्पिक मोड (Alt मोड) को परिभाषित करके इन जरूरतों को संबोधित करता है जो गैर-यूएसबी डेटा ट्रांसफर प्रोटोकॉल का समर्थन करने के लिए पिन की कार्यक्षमता को गतिशील रूप से बदलता है।
यह लेख विभिन्न मानकों का वर्णन करता है। इन मानकों के साथ, यूएसबी टाइप-सी को एचडीएमआई या अन्य गैर-यूएसबी-जैसे डेटा इंटरफेस से जोड़ा जा सकता है। यह आलेख यूएसबी टाइप-सी इंटरफेस में एचडीएमआई स्टैंडबाय मोड को जोड़ने पर विचार करने के लिए मुख्य मुद्दों को भी शामिल करता है।
यूएसबी विनिर्देश परिचय एचडीएमआई फोरम ने 2016 के अंत में यूएसबी टाइप-सी स्टैंडबाय मोड विनिर्देश जारी किया। नवीनतम यूएसबी मानक में निम्न तीन भाग शामिल हैं: यूएसबी टाइप-सी इंटरफ़ेस विनिर्देश यूएसबी टाइप-सी इंटरफ़ेस विनिर्देश को बहुत संशोधित किया गया है प्रसिद्ध प्रकार-ए और टाइप-बी विनिर्देशों। औसत उपयोगकर्ता के लिए, दो बदलाव हैं जिन्हें नोट करने की आवश्यकता है: टाइप-सी इंटरफ़ेस 8.3 मिमी x 2.5 मिमी मापता है, जो यूएसबी टाइप-ए और टाइप-बी की तुलना में बहुत छोटा है, लेकिन इसमें 24 पिन हैं। पिछले संस्करण में केवल 4 पिन थे। टाइप-सी इंटरफ़ेस आगे और रिवर्स दोनों सम्मिलन का समर्थन करता है क्योंकि टाइप-सी इंटरफ़ेस एक सममित संरचना का उपयोग करता है, और सभी सिग्नल पिन दोनों तरफ एक ही सापेक्ष स्थिति में हैं। यूएसबी टाइप-सी डी + / डी- और वीबीयूएस / जीएनडी पिन के माध्यम से पारंपरिक यूएसबी 2.0 सिस्टम के साथ भी बातचीत कर सकता है। इसके पिनआउट में अन्य दो विशिष्टताओं में परिभाषित नई सुविधा पिन (वैकल्पिक मोड सहित) शामिल हैं। चित्र 1 टाइप-सी इंटरफ़ेस मानक और वैकल्पिक मोड पिन मैपिंग दिखाता है।
चित्र 1: यूएसबी टाइप-सी पिन लेआउट वैकल्पिक मोड मैपिंग दिखा रहा है (स्रोत: टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स)
यूएसबी टाइप 3.1 विनिर्देश
यूएसबी टाइप 3.1 विनिर्देश 10Gbps (सुपरस्पेड + स्पेसिफिकेशन में) के डेटा ट्रांसफर दरों को निर्दिष्ट करके यूएसबी के विद्युत प्रदर्शन को अपडेट करता है। इस प्रकार के इंटरफ़ेस के लिए उच्च गति डेटा TX और RX के लिए दो समर्पित अंतर पिनों की आवश्यकता होती है, और बिजली की आपूर्ति मानक 5V / 150mA तक बढ़ा दी जाती है।
USB बिजली की आपूर्ति के लिए विशिष्टता
USB पावर सप्लाई स्पेसिफिकेशन (USB PD) स्टैंडबाय मोड में ऑपरेशन के मोड को निर्दिष्ट करता है, जो 100W तक की चार्जिंग पावर का समर्थन कर सकता है और बिजली की आपूर्ति क्षमता में सुधार कर सकता है। जब यूएसबी टाइप-सी केबल के साथ उपयोग किया जाता है, तो यूएसबी पीडी दोनों उपकरणों के दो-तरफा चार्ज की अनुमति देता है। चैनल (CC) पिन पर संचार टाइप-सी के अनुसार कॉन्फ़िगर किया जा सकता है, और चार्जिंग दिशा को किसी भी समय बदला जा सकता है।
हालांकि ये तीन विनिर्देश स्वतंत्र हैं, एचडीएमआई का समर्थन करने वाले यूएसबी सिस्टम को टाइप-सी और यूएसबी पीडी दोनों विनिर्देशों का पालन करना चाहिए। इसके अलावा, प्रत्येक रीमैप किए गए पिन को इसके संबंधित एचडीएमआई 1.4 प्रोटोकॉल के डेटा ट्रांसफर दर का समर्थन करने में सक्षम होना चाहिए।
एचडीएमआई 1.4 डेटा ट्रांसफर दर
एचडीएमआई 1.4 में चार अलग-अलग डेटा दरों पर छह डेटा चैनल चल रहे हैं:
एचडीएमआई ईथरनेट और ऑडियो रिटर्न चैनल (एचईएसी): हाई-स्पीड टू-वे डेटा कम्युनिकेशन चैनल जो 100base-tx (100Mbps) ईथरनेट का समर्थन करता है। HEAC में स्ट्रीमिंग ऑडियो घटक शामिल हैं जो IEC 60958-1 का अनुपालन करते हैं।
TMDS (कम से कम ट्रांसमिशन डिफरेंशियल सिग्नल): हाई-स्पीड वीडियो और डेटा ट्रांसमिशन के लिए तीन डिफरेंशियल चैनल। एचडीएमआई 1.4 में अधिकतम प्रति चैनल 10.2Gbps या 3.4Gbps प्रति चैनल है।
डीडीसी (प्रदर्शन डेटा चैनल): 100 केबीपीएस की मानक दर के साथ उद्योग मानक I2C प्रोटोकॉल पर आधारित एक संचार चैनल, जो समर्थित ऑडियो / वीडियो प्रारूप की पहचान करने के लिए स्रोत डिवाइस को सक्षम बनाता है।
सीईसी (उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण): कम गति डेटा चैनल, उपयोगकर्ताओं को 15 संगत उपकरणों तक नियंत्रित करने की अनुमति देता है। यह डेटा चैनल CENELEC EN 50157-1 विनिर्देश के अनुरूप है।
एचडीएमआई पिन मैपिंग
मानक एचडीएमआई प्रकार-एक इंटरफ़ेस चित्रा 2 में दिखाया गया है। चित्रा 3 नए यूएसबी टाइप-सी इंटरफ़ेस पिन परिभाषा को दिखाता है जो एचडीएमआई स्टैंडबाय मोड का समर्थन करता है। यह तीन टीएमडीएस पिन जोड़े और उनके घड़ी संकेतों को आठ यूएसबी TX / RX पिन, दो एसबीयू पिन HEAC चैनल से जुड़ा हुआ है, और सीसी पिन कम गति सीईसी संकेतों को प्रसारित करने के लिए उपयोग करता है। यह भी ध्यान दें कि D + / d-pin जोड़ी इस रूपांतरण से प्रभावित नहीं होती है, इसलिए USB 2.0 डेटा चैनल एचडीएमआई के साथ शांति से सहवास कर सकते हैं।
चित्र 2: एचडीएमआई टाइप-ए में 19 पिन हैं, जिसमें परिरक्षित मुड़ जोड़ी के लिए तीन उच्च गति वाले डेटा चैनल शामिल हैं (स्रोत: हाउ स्टफ वर्क्स.COM)
चित्र 3: यूएसबी टाइप-सी वैकल्पिक मोड इंटरफेस में एचडीएमआई मोड में पिन मैपिंग
एचडीएमआई स्टैंडबाय मोड को इनिशियलाइज़ करें
यूएसबी पीडी विनिर्देश अतिरिक्त मोड में प्रवेश करने के लिए आवश्यक संचालन के अनुक्रम को परिभाषित करता है। जब उपयोगकर्ता दो यूएसबी पीडी पोर्ट के बीच एक सक्रिय टाइप-सी केबल जोड़ता है, तो यह निर्धारित करने के लिए कि क्या यूएसबी मोड या स्टैंडबाय मोड, जो स्टैंडबाय मोड मानक लागू करने के लिए और एक विशिष्ट सेट है, सीसी चैनल (आंकड़ा 4) पर बातचीत की एक श्रृंखला की जाती है। वेंडर परिभाषा संदेश (VDM) यह निर्धारित करने के लिए कि किस मानक का उपयोग करना है।
चित्र 4: जब एक USB पीडी पोर्ट पहली बार किसी अन्य USB पीडी पोर्ट के अस्तित्व को पहचानता है, तो यह निर्धारित करने के लिए कि कौन से ट्रांसमिशन प्रोटोकॉल और डेटा प्रारूप का उपयोग करने के लिए बातचीत की जाती है (स्रोत: Texas Instruments)
अन्य USB पीडी फीचर्स, जैसे कि आवश्यक बिजली के स्तर का निर्धारण और पावर ट्रांसमिशन की दिशा, को भी बातचीत की प्रक्रिया में शामिल किया गया था, लेकिन वे एचडीएमआई संचालन के लिए आवश्यक नहीं थे। एक बार आरंभीकरण अनुक्रम निर्धारित करता है कि एचडीएमआई आवश्यक प्रोटोकॉल है, दोनों पोर्टों को एचडीएमआई स्टैंडबाय मोड में आवश्यकतानुसार रीमैप किया जाएगा।
एचडीएमआई वैकल्पिक मोड वास्तुकला
यूएसबी टाइप-सी इंटरफेस के साथ एचडीएमआई का समर्थन करने के लिए आपको किन हार्डवेयर घटकों को जोड़ने की आवश्यकता है? चित्र 5 USB PD इंटरफ़ेस के संरचना आरेख को दिखाता है और वैकल्पिक मोड के लिए आवश्यक घटकों को इंगित करता है। ध्यान दें कि भले ही एप्लिकेशन USB PD इंटरफ़ेस के पावर स्तर को निर्दिष्ट नहीं करता है, स्टैंडबाय मोड को सक्षम करने के लिए CC सर्किट के साथ बातचीत की आवश्यकता होती है और इसलिए USB PD PHY और PD प्रबंधक को शामिल करना चाहिए:
स्टैंडबाय मोड फिजिकल लेयर डिवाइस (PHY) हाई-एंड ग्राफिक्स प्रोसेसिंग यूनिट (GPU) की वीडियो जानकारी प्राप्त करता है और इसे तीन TMDS अंतर डेटा लाइनों पर संचरण के लिए एन्कोड करता है।
वैकल्पिक मोड मल्टीप्लेक्स (MUX) एचडीएमआई वैकल्पिक मोड और USB के बीच स्विच करने का समर्थन करता है। एचडीएमआई अनुप्रयोगों के लिए, यह एचडीएमआई संकेतों को संबंधित टाइप-सी इंटरफ़ेस पिन तक पहुंचाता है; USB 3.1 एप्लिकेशन के लिए, यह डेटा ट्रांसमिशन की दिशा के अनुसार RX / TX सिग्नल और स्विच से कनेक्ट होता है।
चित्र 5: यूएसबी टाइप-सी इंटरफेस के माध्यम से अतिरिक्त मोड को लागू करने के लिए दो अतिरिक्त मॉड्यूल की आवश्यकता होती है, जैसा कि हरे रंग में दिखाया गया है (स्रोत: टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स)
वास्तविक कार्यान्वयन विधि
एचडीएमआई वैकल्पिक मोड विनिर्देश नया है, इसलिए विशेष रूप से ऐसे अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन किए गए चिपसेट अभी भी विकास में हैं। हालाँकि, DisplayPort बैकअप मोड घटक पहले से ही उपलब्ध है और इसका उपयोग एचडीएमआई कन्वर्टर्स के साथ किया जा सकता है। चित्र 6 में यूएसबी टाइप-सी पोर्ट का एक ब्लॉक आरेख दिखाया गया है जो यूएसबी, एचडीएमआई स्टैंडबाय मोड और पूर्ण यूएसबी पीडी विनिर्देश दोनों का समर्थन करता है।
चित्रा 6: यूएसबी टाइप-सी / एचडीएमआई पोर्ट ब्लॉक आरेख
डिज़ाइन में निम्नलिखित दो मूल घटक होते हैं:
पहला TPS65982 स्वतंत्र USB टाइप-सी और टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स का पीडी कंट्रोलर है, जिसका उपयोग निम्नलिखित कार्य करने के लिए किया जाता है:
यूएसबी टाइप-सी केबल की इंसर्ट स्टेट और प्लग दिशा की जांच करें
बिजली की आपूर्ति विशेषताओं पर चर्चा करें और I2C प्रोटोकॉल के माध्यम से माइक्रोकंट्रोलर यूनिट को जानकारी दें कि किस मोड का उपयोग करना है।
मल्टीप्लेक्स के वैकल्पिक मोड सेटिंग्स को उचित लक्ष्य डिवाइस पर यूएसबी या एचडीएमआई सिग्नल प्रसारित करने के लिए कॉन्फ़िगर करें
ऑपरेशन के दौरान, TPS65982 USB पावर सप्लाई पथ का प्रबंधन और नियंत्रण भी करता है
दूसरा है टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स 'HD3SS460, जो कि 4x6 चैनल हाई-स्पीड टू-वे पैसिव मल्टीप्लेक्स / डेमूलिप्लेक्सर स्विच है जिसे इंटरफेस रोल-ओवर का समर्थन करते हुए वैकल्पिक और यूएसबी मोड के बीच स्विच किया जा सकता है।
इसके अलावा, प्रदर्शन प्रारूप को एचडीएमआई प्रारूप में परिवर्तित करने के लिए एक वीडियो कनवर्टर है।
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