TYPEC 转HDMI VGA+PD+ USB3.0 HUB+TF/CF/SD+RJ45等多功能扩展坞方案设计资料|TYPE-C转HDMI转VGA带PD USB3.0多功能拓展器方案介绍

如何对TYPE-C转HDMI转VGA多功能扩展坞或者拓展器选择一款有效且低成本的方案？针对这一命题，我们选择一款芯片AG9321MCQ来实现设计，且这款方案是Algoltek安格科技在2020年针对USB TYPE-C扩展坞和USB TYPE-CUSB扩展器市场需求下，新开发的集成性和低成本BOM方案。目前这款方案设计出的产品分别通用于目前市场上，所有PC端、平板电脑、手机等所有含有USB TYPE-C接口的设备中，其兼容性和通用性也是不错的，其中AG9321MCQ可以用来设计高端TYPEC扩展坞或者拓展器产品，因为它有独立立体声可提供I2S接口和音频DAC输出。

下面简单介绍一下AG9321MCQ的性能和特点：

ALGOLTEK AG9321MCQ系列为HDMI和VGA转换器提供USB C型（显示端口备用）的单片机解决方案，并提供电源传输。AG9321MCQ系列支持带片上Rp/Rd的双USB TYPE-C底座符合USB电源传输规范3.0。集成的10位ADC具有USB PD 3.0的快速角色交换（FRS）功能和过电压保护。AG9321MCQ还支持快速充电™3.0电池充电。DisplayPort接收器符合DisplayPort 1.2规范，支持高达4096x2160/30Hz的分辨率，可配置1、2或4通道配置，每通道速度为5.4（HBR2）、2、7（HBR）和1.62（RBR）。HDMI发射机符合HDMI 1.4标准，支持高达4096x2160/30Hz的分辨率。通过使用HDCP 1.4和出厂预加载的HDCP密钥进行加密来提供复制保护。VGA（D-sub）接口支持高达1920x1200/60Hz的分辨率。

AG9321MCQ功能描述

A、 USB C型接口

AG9321MCQ系列支持4个配置通道（CC），并为两个USB C型插座集成CC的完整Rp和Rd电阻器。USB类型C接口符合USB电源传输规范3.0版。

1、显示端口备用模式USB Type-C接口之一使用USB电源传输结构化供应商定义的消息（结构化VDM）启用显示端口备用模式，并在需要时支持USB公告板功能。

当USB C型插座表现为显示端口接收器时，检测USB C型连接器插脚A2-A3、A8、A10-A11和B2-B3、B8、B10-B11的插脚分配C、D和E。

视频数据速率根据配置而变化。

2、电力输送

AG9321MCQ系列支持双作用电源。USB PD电源模式可配置为以下四种模式：从电源接收器到电源、从电源到电源接收器、仅电源接收器和只有电源。

AG9321MCQ系列支持快速角色交换。一旦初始电源丢失，AG9321MCQ将立即请求初始电源接收器提供电源并充当电源。

B、显示端口接收器

DisplayPort接收器符合DisplayPort规范版本1.2，由主链路、辅助信道（AUX CH）和热插拔检测（HPD）信号组成。

·主链路主链路是一个单向的、高带宽的信道，通过1，2或4车道，每车道5.4（HBR2）、2、7（HBR）和1.62（RBR）Gbps。时钟嵌入8b/10b编码的串行数据中。辅助信道辅助信道为1 Mbps半双工双向信道，用于链路管理和设备控制。AUX CH也用于传输EDID。

HPD—HPD信号用作检测其存在的中断请求。

DisplayPort接收机支持高达4096x2160/30Hz的VESA或CEA分辨率、高达30位的色深和下行扩频时钟（SSC）。拷贝保护通过HDCP 1.3和DPCP解密提供。

为了支持USB类型C（显示端口备用模式）管脚分配C、D和E，显示端口接收器提供数据通道交换功能。

C、高清多媒体接口（HDMI）发射机

HDMI发射机符合HDMI 1.4b规范，由三个彩色通道和一个时钟通道组成。基于TMDS编码，HDMI协议允许每个颜色通道在源设备和接收器设备之间传输单独的RGB颜色、音频数据和辅助数据。TMDS编码基于8b/10b算法。最大时钟速率为297 MHz，最大总吞吐量为7.128 Gbps（2.376 Gbps/信道）

HDMI发射机支持高达4096x2160/30Hz的VESA或CEA分辨率、高达30位的色深和采样率为32 kHz、44.1 kHz和48 kHz的IEC 60985 L-PCM。通过使用HDCP 1.4和出厂预加载密钥进行加密来提供复制保护。

D、 VGA（D-sub）接口

VGA接口携带模拟分量视频信号，包括红色、绿色和蓝色通道、水平同步和垂直同步。内置的三重DAC分别提供红色、绿色和蓝色通道输出和支持

24位色深，吞吐量为148.5 MSPS速率.VGA接口支持高达1920x1200/60Hz的VESA分辨率或高达1920x1080p/60Hz的CEA分辨率。

E、 USB 2.0全速物理接口

AG9321MCQ提供片上USB 2.0全速PHY，支持广告牌功能和通过USB进行固件升级。

F、通用异步接收发射机（UART）

UART接口提供异步通信和全双工通信模式。系统固件可以通过这个UART接口升级。

G、集成电路（I2C）接口

内部集成电路（I2C）接口是2线双向串行总线，支持标准（高达100 kHz）和快速（高达400 kHz）模式。

AG9321MCQ提供多达三个I2C总线接口。一条I2C总线以从模式工作，用于接收系统配置；两条I2C总线以主模式工作，用于显示数据通道、HDMI连接器和VGA（D-sub）连接器的DDC。系统固件可以通过I2C主机（HDMI的DDC）或I2C从机接口进行升级。

H、内部集成声音（I2S）

Inter-Integrated Sound（I2S）接口以主通信模式和单工通信模式工作，可以配置为以16、18、20、24或32位分辨率作为输出通道工作。I2S音频采样频率支持32 kHz、44.1 kHz和48 kHz。I2S协议支持Philips标准、MSB-justified和LSB-justified数据格式。

I、音频立体声数模转换器（音频DAC）

音频DAC通过I2S兼容接口接收输入数据。内部串行时钟频率可通过选择主时钟（MCLK）和采样时钟（LRCK）比率进行编程。采样频率支持32 kHz、44.1 kHz和48 kHz。如果未启用音频DAC，则AVDD27、ADAC R和ADAC L可以浮动。

信噪比：74分贝；THD+N:-60分贝

J、模数转换器（ADC）

嵌入一个10位模数转换器，并共享多达5个外部通道，在扫描模式下执行转换，在选定的一组模拟输入上执行自动转换。

当转换电压超出编程阈值时，会产生中断。

K、视频处理单元

视频处理单元执行三个功能：颜色空间转换、gamma控制和抖动。颜色空间转换执行YUV到RGB或RGB到YUV颜色空间转换，gamma控制执行gamma补偿，抖动执行降噪。

视频处理支持旁路模式以禁用这些功能。显示端口接收器的数据输出将直接通过视频处理单元。

L、快速充电™ 控制器

内置两个快速充电控制器，支持高通公司的QuickCharge™ 质量控制3.0协议。当QC 3.0被激活，电压可通过该协议以200 mV的步进从3.6 V设置到12 V。

AG9321MCQ集成了两个QC 3.0控制器。一个在USB D+/D-上受支持，另一个在GPIO9和GPIO10上受支持。

M、低功率模式

这些设备支持三种低功耗模式，以实现低功耗和短启动时间之间的最佳折衷：

·睡眠模式

当视频源设备停止播放任何内容时，系统将跳转到睡眠模式。HPD被断言，AUX CH和主链路被激活。HDMI发射机和VGA的三重DAC被禁用。

·待机模式

在睡眠模式下运行一段时间后，或者如果DisplayPort或HDMI被拔下，系统将跳转到待机模式。如果HDMI或VGA保持连接，则会断言HPD。辅助通道启动，但主要环节都被关闭了。HDMI发射机和VGA的三重DAC也被禁用。

·关闭模式

HPD被取消断言。辅助通道和主链路被停用。HDMI发射机和VGA的三重DAC也被禁用。微控制器暂停。

AG9321MCQ输入输出特性如下表所示：

AG9321MCQ设计多功能扩展坞结构框图如下：

AG9321MCQ设计TYPEC 转HDMI VGA+PD+ USB3.0 HUB+TF/CF/SD+RJ45等多功能扩展坞电路原理图如下所示：

因为AG9321MCQ 是集几种功能一体的芯片，我们现在分三个部分分别讲解其设计参考电路图

1.AG9321MCQ设计TYPEC转HDM转VGA部分参考电路

2.AG9321MCQ在设计Sink-C 和PD快充部分参考电路

3.AG96321MCQ在设计USB HUB部分的参考电路

AG9321MCQ设计TYPE-C转HDMI转VGA带PD USB3.0多功能扩展坞和扩展器完整电路设计参考资料如下：

AG9321MCQ规格书 AG9321MCQ完整电路原理题

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