一文看懂如何设计USB Type-C接口的显示器和电视机

随着USB Type-C接口的普及，越来越多的手机和笔记本电脑都支持通过C接口输出视频。这个小巧而精密的接口，大有把传统的HDMI和DisplayPort接口取而代之的架势。特别是usb4的推出，更是为USB TYPE-C接口一统有线接口形态奠定了基础。

在这样的背景下，显示器和电视机采用USB Type-C接口就成为了必然。那么怎样来设计基于USB-C接口的显示器和电视机才能具有更好的兼容性，并通过认证呢？下面让我们来抽丝剥茧的对显示器过渡到USB Type-C接口的设计过程进行阐述。

第一种形态，单USB-C接口的便携显示器。

在USB-IF协会发布USB Type-C标准后，第一个推出该接口显示器的厂商是华硕。

图1在CES 2016上发布的全球首款USB Type-C便携式显示器

华硕没有选择在原有的台式显示器上推出首款USB Type-C显示器，而是特立独行的推出了便携式的显示器来搭配最先进的C接口。这似乎是为了完全突出USB Type-C接口既能够传输功率又能够传输视频的特性而生的一款产品，完美的诠释了一根USB Type-C线搞定所有传输的设计初衷。这个产品的功能结构图如下：

图2单USB Type-C接口显示器的结构框图

这种便携显示器，只需要一颗USB PD控制芯片，类似LDR6023M或者LDR6282即可实现功率和电源的同步传输。对于轻便的便携式显示器来说，这种技术架构最合适不过了。

第二种形态，单USB-C接口，同时具有HDMI/USB扩展和直流/交流供电的台式显示器。

这是桌面式显示器的典型形态，整个显示器通过直流圆口获得24V/3A的大功率输入，或者是交流电输入，内置大功率AC/DC变换电路。这种显示器的电源，除了为显示器自身供电外，还可以为通过USB-C接口接入到显示器手机或者笔记本电脑提供30W~40W左右的功率输出，像极了苹果具有MAGSAFE电源输出的显示器。

图3 Dell推出单USB Type-C接口显示器最大输出90W功率

Dell这款U2720QM就比较霸气了，USB Type-C接口除了可以传输4k高清视频外，还可以提供最高90W的输出功率给外接USB-C设备。这类显示器的技术架构如下图所示：

图4单USB-C接口台式显示器的接口控制芯片LDR6282/LDR6290/LDR6023D

从图中可以看出，USB PD主控芯片，例如LDR6282、LDR6023D、LDR6290等，都能够同时控制USB-C接口和电源模块。使得电源模块和USB-C控制模块完美配合，解决USB-C接口显示器所需要的各种复杂功能。

第三种形态，独立功能的双USB-C接口 +一个HDMI接口的显示器。

这种显示器具有双USB-C接口，但是两个口的功能不同，其中一个口是全功能的口，可以用来传输视频信号以及电源功率。另外一个口，只能够用来传输功率信号，不可用于传输视频信号。实际上相当于把显示器常用的圆形直流供电口修改为USB-C供电口。此类显示器的线路结构简单，特别适合于低成本的便携式显示器。

图5非全功能双USB-C接口显示器电路结构框图

第四种形态，双全功能USB-C接口+ HDMI接口的显示器(俗称双盲插USB-C显示器)。

这种显示器具有更为先进的技术。两个USB-C接口都是全功能的，既可以传输电源功率，又可以传输视频信号。还可以实现两个USB-C接口之间的功率互传。从任一USB-C接口输入进来的电源功率，在保留了足够的功率作为显示器自身的电源供应后，富余的功率，都可以通过另外一路USB-C接口，传输给智能设备。由于不再需要记住两个USB-C接口的区别，可以任意插入。这种USB-C显示器，又被形象地称为双盲插USB-C接口显示器。

这种显示器设计架构，既可用于便携式显示器，也可用于台式显示器。对于便携显示器市场，双全功能USB-C接口，毫无疑问是消费者的最佳选择。因为便携显示器插拔接口的操作会比较频繁，如果需要区分两个外观完全相同的接口的功能，消费者会不胜其烦。即便是对于台式显示器，考虑到未来所有电源适配器都将统一到USB-C接口，提前布局为通过USB-C接口供电，也是产品规划中非常有前瞻性的策略。

图6CF011XPRO双全功能USB-C接口+HDMI接口的显示器

显然，要实现这么复杂功能的双全功能USB-C接口显示器，内部电路也是相对比较复杂的。通过对具有这类功能的主流显示器的拆解，我们发现了实现这一功能的核心，是一颗名为LDR6282的芯片。这颗芯片能够实现对两个USB-C接口的电源和数据通路管理。完美解决双USB-C全功能实现时，各种复杂的兼容性问题。以下是LDR6282的应用电路图。

图7双全功能USB-C接口(双盲插)显示器的参考电路框图

第五种形态，3个USB-C接口实现画中画功能，以及USB-C视频菊花链功能。

3个USB-C接口显示器形态，目前来说还是比较罕见的。但是考虑到未来多屏互动以及显示扩展的应用，这个技术还是值得研究和开发的。我们也确实找到了一个3个USB-C接口显示器的实现方案，供需要的朋友参考。

图8三个USB-C接口的显示器设计

从结构框图我们可以看出，其实，3个USB-C接口的其中两个USB-C接口，功能与第四种形态是相同的。多出来的第三个USB-C接口非常有价值。它可以作为一个大功率的电源输入，从而让另外两个USB-C接口都可以接入智能设备，并实现画中画的功能。它也可以作为一路视频菊花链输出，进行多屏幕扩展。这种应用场景，具有非常丰富的想象空间。