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[参考译文] TUSB320：一般 USB C 设计问题-欢迎提供反馈

admin
Guru**** 1637200 points
Other Parts Discussed in Thread: TUSB320HAI, BQ25896, TS5USBA224, TPS745, TUSB320, TPS2546, TUSB320LAI, TS3A227E, TPS65987D
请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/interface-group/interface/f/interface-forum/983462/tusb320-general-usb-c-design-questions---feedback-welcome

器件型号：TUSB320
主题中讨论的其他器件： BQ25896、 TS5USBA224、 TPS745、 TPS2546、 TS3A227E、 TPS65987D

您好！

我正在为具有单节锂离子电池的手持式产品设计 USB C 电子产品、欢迎您提供反馈。 TUSB320HAI/LAI 是设计的一部分、但我的问题/顾虑相当笼统。 请更正我的错误。

由于 USB 和 BC 的版本极多、并且具有向后兼容性、我得出的结论是、可靠的设计必须支持 USB C 和 BC1.2电流广播、无论是在主机/SRC 角色还是在器件/SNK 中。 这部分是由于 USB C 规范(下文引用)以及适配器电缆使客户几乎可以将任何东西插入我们的产品。 有些客户会丢失我们产品随附的充电器和 USB 电缆、并尝试使用他们在旧抽屉中找到的任何设备。 一些 A->C 适配器电缆具有 CC1 56k 上拉电阻、有些则没有。 USB C 和 BC1.2 BCD 的当前广播可能是矛盾的。 这使得 bq25896中的输入电流限制功能成为实际要求(除了奇怪的 BC1.2 DCP 规格、它本身就使得自动输入电流限制成为必要-请参阅下面的引脚4.6)。

"4.8.1.1具有 USB Type-C 插座的 USB 充电器
*。
*。
*具有 USB Type-C 插座(拉电流)但无法进行数据通信的基于 USB 的充电器应在 tVBUSON 内通告至少1.5A 的 USB Type-C 电流、并应将 D+和 D−短接在一起、电阻小于200欧姆。 这将确保与可能使用 USB BC 1.2进行充电器检测的传统灌电流向后兼容。" USB C 规格 R2.0、P225

如果这还不够、USB C USB2.0引脚上有电压摆幅为+/- 3V 的音频附件(这会破坏 ESD 保护和 BC1.2 BCD 电路)和音频附件充电、有些用户会尝试使用它为我们的产品充电。 我无法确定音频附件是否会生成此交流信号或仅消耗此信号。 但是、我不是这样、组合的 USB 标准和专有设计会让人感到一团糟、因此、如果突然有一个附录允许音频附件生成交流信号(如果情况并非如此)、我就不会感到惊讶。

我当前的设计包括以下内容：

  • 具有自动输入功率限制和 OTG 升压模式的 TI bq25896单节锂离子电池充电器  
  • TI TUSB320HAI/LAI USB Type-C 配置通道逻辑和端口控制
  • 二极管/Pericom PI3USB9201双角色 USB 充电类型检测器(TI 是否有相应的 IC？)
  • TI TS5USBA224具有负信号功能的 USB 2.0高速(480Mbps)和音频开关
  • STM32L4+ MCU
  • TI TPS745 LDO 设置为3.12V (原因不相关但很合理)
  • 仅 USB2.0 12Mbps (这是基于 MCU 的)

设计目标是基于手持 MCU 的产品、您可以通过 USB C 充电并连接到 PC。 在这种情况下、产品是器件/SNK。

或者、您也可以通过 USB 连接传感器。 在这种情况下、产品是主机/SRC。

本产品很可能无法与音频附件配合使用、但我想避免用户使用充电方式连接音频附件(考虑潜在的未来附录)而导致的潜在问题。

由于向后兼容性、外部传感器很可能是 USB C 之前的传感器、并且需要通过 CDP 主机(我们的产品)进行 BC1.2广播。 因此、即使 MCU 可以在器件角色中执行 BC1.2 BCD、也需要一个执行 CDP 主机广播(PI3USB9201)的硬件解决方案。

与 TUSB320系列(PI5USB30216C/D 和 FUSB303)有一些引脚兼容的竞争对手、但 TUSB320HAI/LAI 似乎是功能与易用性之间的最佳折衷。 在引脚控制模式下、PI5USB30216C/D 在 DRP Try 中上电。SNK 在引脚控制模式下、但如果您想从 SRC 更改为 SNK 角色(反之亦然)、则必须对其进行下电上电、这对于 TUSB320HAI/LAI 来说是不必要的。

TUSB320HAI/LAI 数据表清楚地表明、要通告 USB C 3.0A、您必须至少使用3.5V 为其供电、 但我不认为手持设备需要能够提供超过0.5A 的电流。如果需要、应使用3.12V 和 OTG VBUS 5V 的 OR-ing 电源。 (我尚未验证此假设-可能还需要信号电平转换。)

"4.6功率
(笑声)
注：1. USB BC 1.2允许将电源设计为支持0.5A 至1.5A 之间的功率级别。如果 USB BC 1.2电源不支持1.5A、则需要遵循功率降压要求。 USB BC 1.2耗电元件可能会消耗高达1.5A 的电流、前提是电压不会降至2V 以下、这可能发生在任何高于0.5A 的功率水平上
(笑声)
所有 USB Type-C 端口均应能够耐受连接到提供默认 USB 电源的 USB 电源、例如、主机连接到始终为 VBUS 供电的传统 USB 充电器。" USB C 规格 R2.0、p217

"2.3.1拉电流至灌电流连接/断开检测
在源设备检测到存在连接的设备(接收设备)端口之前、不会为 USB Type-C 主机或集线器插座(VBUS 或 VCONN)供电。 当检测到拉电流至灌电流连接时、拉电流将启用插座电源、并使用连接的器件继续进行正常的 USB 操作。 当检测到拉电流至灌电流分离时、VBUS 端口将断电。" USB C 规格 R2.0、P33

似乎最简单的方法是让器件/SNK 成为默认模式、并使用户能够临时将其重新配置为主机/SRC。 这既是硬件问题、也是 MCU USB 软件问题。 换言之、DRP 角色实际上不可用。 如果 bq25896斜升速度不够快、我们可能违反 USB C 规范的意图(引用 P33)、并返回到传统支持(引用 p217)、这可能永远不会损坏连接的 USB C 器件。

--

到目前为止、我主要介绍了我的当前设计及其原因。 希望 USB 领域的专家能够进行确认或纠正。 请提供反馈。

具体 TUSB320HAI/LAI 问题：

1、正如其他人在另一篇文章中指出的那样、数据表中关于 ADDR 和端口引脚的浮动电压范围不完整/相互矛盾-内部上拉/下拉电阻值不会导致 ADDR 和端口浮动电压范围内的空闲电压。 问题是 ADDR 和端口引脚是否可以直接由现代 MCU 驱动、包括悬空状态。 (我假设 TI ARM 内核 MCU 在这方面与 STM32L4+相当相似。) 使用 STM32L4+时、引脚可能会配置为模拟(输入)。 或者、应该使用三态缓冲器吗？

2.当 EN 或 EN_N 被置为有效时、端口被采样似乎很清楚、但在 EN 或 EN_N 被置为无效和置为无效周期内是否也可以更改 ADDR？ 数据表 P5底部的注释表明："(2)在器件采样 EN =高电平或 EN_N =低电平后、移除端口和 ADDR 的内部上拉和下拉电阻。"

提前感谢您

Niclas

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    TI__Guru**** 1637200 points
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    您好、Niclas、

    要首先解决您的特定 TUSB320问题、请执行以下操作：

    1.只要处于输入"模式"的 MCU GPIO 不会显著改变端口或 ADDR 上的负载、就不会出现问题。 在某些情况 下、当 GPIO 配置为输入时、会启用(并保持启用)内部下拉电阻器、这会影响端口或 ADDR 的状态、但这取决于特定的 MCU 应用。  

    当 EN/EN_N 被置为有效时、也将对 ADDR 进行采样、因为必须事先设置 ADDR 状态。  

    我建议创建一个单独的线程来查找与 PI3USB9201等效的正确 TI、但是 TPS2546可能是一个很好的起点。

    音频附件通常仅"消耗"摆幅为+/-3V 的音频信号(即耳机)。  

    如有任何疑问或遗漏任何内容、请告知我。  

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    TI__Guru**** 1637200 points
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    您好、Malik、谢谢您、

    这是否意味着无需对 TUSB320HAI 进行下电上电？ 例如、如果您希望从 I2C 控制转到引脚控制、则会将 EN/EN_N 置为无效、重新配置 ADDR 和端口、并最终将 EN/EN_N 置为有效？ (或另一个方向。)

    这似乎是一个奇怪的问题、但我尚未决定 I2C 控制与引脚控制、因此我正在设计硬件来支持这两者。 为了保证这一点正常工作、我必须知道是否还必须对 TUSB320HAI 进行下电上电。 PI5USB30216C/D 为此需要进行下电上电。)

    -

    关于音频附件：您编写的"通常仅使用"音频信号"。 我本人(主要是推理)得出了这一结论，但：

    －您是否知道音频附件是否仅消耗(还是仅在常见情况下使用)？

    -我们如何知道它不会突然添加到 USB C 规范中？

    当我了解 USB 时、我曾多次意识到、我刚刚错过了一些东西、或者 USB 规范背后的团队突然决定添加一些对您的设计中需要整合的内容具有重大影响的功能。

    其中一个示例是向 USB C 充电器添加了向后兼容性、以便它们还必须进行 BC1.2电流广播。 许多 USB C 控制器数据表/应用手册都没有提到 BC1.2、当时它确实应该是数据表参考设计的一部分。 开发和维护 USB IC 必须是一场噩梦。

    我对蓝牙有着类似的感觉-它们似乎从未成熟和稳定。 有时、某些公司会提出"明智"的 USB 使用或误用想法、要么将其纳入 USB 规范、要么使用专有解决方案投入生产。 我不是只有这样的人：

    https://www.androidauthority.com/state-of-usb-c-870996/

    -

    您能在我的原始帖子中评论一下设计选择吗？ 音频(附件)开关可能是多余的、但我是否遗漏了什么？ 是否有实现我所需功能的更好 IC 组合？ (不在 BGA 芯片中。)

    实际上是否有可能在 try．snk 中空闲，然后让产品在连接时配置 USB 硬件和软件？ 是否存在导致此故障的时序问题？ 或者、我们是否会在 USB C 角色"选择"和 BC1.2检测之间导致不匹配？ 一个明显的情况是用户插入带有(也不带)上拉电阻器的 A->C 电缆。

    换言之：在进行连接之前、唯一实用的软件设计是器件/SNK 还是主机/SRC？

    -

    TPS2546仅是主机端 BCD？ 我需要双重角色能力、但感谢您的建议。

    -

    此致

    Niclas

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    TI__Guru**** 1637200 points
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    您好、Niclas、

    正确、TUSB320LAI 应在 EN 有效且无重启的情况下重新采样 ADDR 和端口引脚。 请确保在 ADDR 和端口引脚状态变化后、EN 将被发出50ms 的功率。   

    这是将 Ra 呈现到 CC 引脚以"消耗"音频信号的器件最常见的用例。 我不知道 USB-C 规范将来会有什么变化、包括可提供音频信号的音频适配器。  如果您想定义您的器件以支持通过充电的音频附件、则 USB-C 规范说明：

    "系统应在上将 A6/B6、A7/B7、A8和 B8连接到适当的音频编解码器
    进入音频适配器附件模式。 A8 (SBU1)和 B8的连接
    (SBU2)引脚取决于适配器的方向。 根据方向、
    可以交换麦克风和模拟接地引脚。" -附录 A：音频适配器附件模式

    从这个角度来看、您的系统需要一个音频编解码器(假设您的 MCU 没有此类功能)。   

    从我的角度来看、您的器件选择看起来不错、但您可能希望查看我们 的 USB Type-C 音频适配器附件模式参考设计 、了解有关支持音频附件的设计的更多信息。

    让您的端口保持在 Try 状态没有任何问题。SNK 实际上应该在连接之前为 DRP Try 配置端口。SNK。 如果未检测到 CC 终端、则从 Type-C 的角度看没有连接、系统必须了解基于 DP/DM 和/或 Vbus 的连接内容。 在 BC 1.2之前进行 USB-C 协商。

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    TI__Guru**** 1637200 points
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    再次感谢 Malik、

    非常感谢。

    感谢您提供有关 tidub66.pdf 的提示。 我已经查看过它、但找不到合适的 Mic /GND - GND/Mic 开关。 你能推荐一个吗？

    -

    TRIP.SNK 和 TUSB320存在问题；在引脚控制下、它不可用：
    '当运行在 GPIO 模式中时、TUSB320将一直运行为一个标准 DRP。' (Hai 数据表 P11)

    (这实际上是 PI5USB30216C/D 的其中一个支持 在引脚控制模式下、它像 Try 一样加电。SNK。 另一方面、必须对其进行下电上电以进行角色更改、并且在引脚控制模式下作为默认电流 SNK 进行连接时、OUT1和 OUT2均为高阻态、因此您也必须监控 VBUS。)

    -

    还感谢您确认我对 USB C 和 BC1.2的怀疑。 但是，我担心现实世界不是那么干净。 在寻找带有上拉电阻器的 A->C 电缆时，我遇到了一些不包含上拉电阻器的电缆。 (例如 Qualtek 3021090-01M 和3023048-01M DO。) 换句话说、在很多情况下、USB C 控制器不会检测到连接、因此不能依赖 USB C 控制器来确定角色。 这意味着 BC1.2 BCD 应该已经针对预期角色进行了配置、所以在某些用例中、Try。SNK 将不起作用。 (我们没有 Mini 或 Micro ID 信号。) 这对我们的产品来说不是一个很大的问题。 默认情况下、它是一个器件、仅在少数特定情况下、它是主机。

    我接下来的任务之一是绘制一张流程图、说明如何根据 TUSB320HAI、PI3USB9201和 bq25896中的信息确定角色和电流。 (即使两个 IC 都缺少广播、后者也会检测到外部 VBUS、我怀疑通过没有上拉电阻器的 A->C 电缆将产品连接到 PC 时可能会出现这种情况。)

    无论如何、A->C 适配器电缆上拉电阻器实际上只会导致电源(可能是 PC 或充电器)的 USB C SRC 角色和器件的 SNK 角色。 如果有 BC1.2 BCD 电流广播、它可能比 USB C 广播更可靠。 如果 USB C 和 BC1.2 BCD 都显示"默认电流"、我们不知道它是500mA 还是900mA (或更高、因为5V 电源(通常是 PC 端口)旨在提供更多电流、例如每个端口对)。

    正如我说过的、USB 是一件糟糕的事情。 有大量的规格、但您不能依赖任何东西、因此您仍然需要为"任何东西都可以"进行设计。 希望 bq25896自动输入电流限制能够在电源永久损坏之前检测过流...

    -

    您能否给我一个全面的应用手册、对所有这些内容进行解释并提供适当的解决方案？

    此致
    Niclas

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    TI__Guru**** 1637200 points
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    你好、基值。

    TS3A227E 可用于自动解析 MIC/GND 方向。  

    正确、TUSB320LAI Try。SRC 和 Try。SNK 选项仅通过 I2C 提供。 如果可能、我建议在您的系统中使用 I2C 模式、以便 从 TUSB320LAI 中获得最大的灵活性。  

    在我看来、这些电缆不符合 USB-C 规范、因此不应考虑这些电缆。 USB-C 规范提到、USB-C 至 USB-A 电缆对于 USB 3和 USB 2电缆组件的 A5引脚(CC)应具有 Rp。  请参阅表3-12 USB Type-C 转 USB 3.1标准 A 电缆组件布线和表3-13 USB Type-C 转 USB 2.0标准 A 电缆组件布线。 我确实理解、在现实世界中、可能存在不符合标准的电缆、但如果没有 CC 端接 、则很难仅根据 Vbus (始终存在于 Type-A 端口)来确定。 检测此类不兼容电缆的一种潜在方法是检测 VBUS 并轮询 TUSB320HAI I2C 寄存器以了解 CC 引脚状态。 如果 CC 引脚读出为未连接且存在 VBUS、则您可能会假设连接了此类不兼容的电缆。 这仅在假设系统不提供 Vbus 并且系统始终以 UFP/接收端而不是 DFP/源端的形式启动时才起作用。  

     为 USB2或 USB 3应用定义了500mA/900mA 默认电流值。 如果 检测到默认电流、则应始终遵循500mA 最大电流以符合 USB 标准。 基于接口的电流消耗可由 PC USB 端口监控、并向 USB 主机报告过流情况。  

    USB-C 规范确实提供了一些有关 USB-C 端口如何响应传统主机端口(4.5.3.2.2传统主机端口至灌电流行为)的指南。 表4-17电源使用的优先顺序 USB-C 规范还介绍了系统配置功耗的顺序(USB-C 电流模式取代 BC 1.2)。 我们没有关于不符合 Type-C 规范的电缆的系统设计的应用手册。 但是、下面的白皮书可能有助于说明使用 USB-C 进行正确设计的原因  

    https://www.ti.com/lit/wp/slyy109a/slyy109a.pdf 

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    TI__Guru**** 1637200 points
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    再次感谢您的回答。

    TS3A227E 不是仅用于"音频插孔转 USB C 适配器"还是仅用于"音频插孔解码"？ 它包含用于麦克风/GND 的开关、但据我所知、它们存在、因为有两种不同的标准用于麦克风和 GND 在3.5mm 插头上的位置？ 它们确保 TS3A227E 上的麦克风引脚具有正确的极性？ 但是、您还(在手持设备内部)需要考虑 USB C 连接器的旋转情况吗？

    我真的很同情您对超规格 USB C 电缆的看法、但我担心从现实产品支持的角度来看、这是不切实际的。 如果我们仅支持规格内的 USB C 电缆、我们将会遇到不满意的客户、并且需要花费时间处理本来可以避免的支持案例。

    这有点像在没有 PD 的情况下为 VBUS 进行设计时从未超过大约5.x V、因为该规格不允许这样做。 我不记得在哪里、但我收到了一些信誉良好的 IC 制造商(可能是 TI 或 ST)的技术文档、这些制造商警告说、无赖 PD 协商、提供20V 电压的无赖 USB C 充电器。

    感谢您参阅"4.5.3.2.2传统主机端口到接收器行为"：
    " Rp 的值应指示默认 USB 电源的广播(请参阅表4-24)、即使电缆本身可以承载3A 电流。这是因为电缆不知道电源的功能、任何更高的电流通过 USB BC 1.2进行协商。" 我还没有意识到这实际上是规范的一部分。

    我已经阅读了 slyy109a.pdf。 它确实是最好的设计文档之一、但它没有提到 BC1.2 (它并不比竞争对手更糟、但仍然不够)。

    我已经浏览 过 www.ti.com/.../products.html 、但最接近我所寻找的是 TPS65987D。 我尚未仔细检查其数据表、但我希望在不支持 PD 的情况下获得类似的结果。 必须能够对其进行配置、使其接受超出规格的 USB C 电缆。 它应该能够很好地连接到 bq25896。 MCU USB2.0 USB C 产品必须有一个巨大的市场、这些产品可以同时扮演 SNK 和 SRC 角色。

    -

    我正在进行的设计有两个主要用途：一个用于双角色 USB2.0 USB C BC1.2的测试平台、也可用作实际未来产品的开发板。 因此、我正在使 TUSB320HAI 可同时配置为 I2C 和引脚控制、并且我正在为其 VDD 采用二极管 OR-ing、以便使用3.12V 电压为其供电(使用锂离子电池的 bq25896 VSYS 和 LDO) 当 VBUS 不存在但在用作 SRC 并广播3.0A 时将 VDD 提升至3.5V 以上时。 然后、在将经过验证的设计转移到实际产品时、我可以从此设计中去除铃声和口哨声。

    我还将包括 TS5USBA224、并为 ASEL、USB C 连接器旋转/极性和音频信号添加引脚接头、以便可以通过分线板添加对音频附件的支持。

    总之：我找到的最佳解决方案是 TUSB320HAI/LAI、PI3USB9201和 bq25896。 这意味着三个相当独立的中断源都需要查询和响应。 在 TUSB320HAI 或 bq25896显示"我们似乎已连接"之前、应禁用 PI3USB9201。 在引脚控制中运行 TUSB320HAI (并侦听 bq25896 PG#引脚)应可缩短作为器件/SNK 的附加时的"响应时间"。 因此、尽管 TUSB320引脚控制模式存在局限性、但它可能非常有趣。

    在本例中、我们将提供一个菜单选项、用户可通过该选项在有限的时间段(15秒？)内选择更改为主机/SRC。 硬件和软件重新配置为主机/SRC、并通过 CC 和 BC1.2通告电流。 我们可能会提供一个菜单选项来提供 VBUS "legacy style (传统风格)"、以便可能违反 USB C 规范、但至少它必须是有效选择。 如果在这一有限的时间范围内未完成连接、则产品会将自身重新配置为空闲器件/SNK。

    此致

    Niclas

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    TI__Guru**** 1637200 points
    请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    您好、Niclas、

    [引用 userid="104289" URL"~/support/interface/f/interface-forum/983462/tusb320-general-usb-c-design-questions---feedback-welcome/3637597 #3637597"]
    TS3A227E 不是仅用于"音频插孔转 USB C 适配器"还是仅用于"音频插孔解码"？ 它包含用于麦克风/GND 的开关、但据我所知、它们存在、因为有两种不同的标准用于麦克风和 GND 在3.5mm 插头上的位置？ 它们确保 TS3A227E 上的麦克风引脚具有正确的极性？ 但是、您是否还需要(在手持设备内部)考虑 USB C 连接器的旋转？[/报价]

    TS3A227E 还可以自动确定 SBU1/2的 MIC 和 GND 连接、并将信号适当路由到内部目标。 它不一定仅用于3.5mm 插头上的音频插孔解码。 外部适配器会将 USB-C 插头插入您的插座。   

    [引用 userid="104289" URL"~/support/interface/f/interface-forum/983462/tusb320-general-usb-c-design-questions---feedback-welcome/3637597 #3637597)]我已经浏览 过 www.ti.com/.../products.html 、但我最接近的是 TPS65987D。 我尚未仔细检查其数据表、但我希望在不支持 PD 的情况下获得类似的结果。 必须能够对其进行配置、使其接受超出规格的 USB C 电缆。 它应该能够很好地连接到 bq25896。 MCU USB2.0 USB C 产品必须有一个巨大的市场、这些产品可以同时扮演 SNK 和 SRC 角色。[/QUERP]

    很遗憾、我不是 TPS65987D 的专家。 我建议为此器件发布问题、以了解这是否可行。  

    [引用 userid="104289" URL"~/support/interface/f/interface-forum/983462/tusb320-general-usb-c-design-questions---feedback-welcome/3637597 #3637597"]\n 在本例中、我们将提供一个菜单选项、用户可以通过该菜单选项在有限的时间段(15秒？)内选择更改为 host/SRC。 硬件和软件重新配置为主机/SRC、并通过 CC 和 BC1.2通告电流。 我们可能会提供一个菜单选项来提供 VBUS "legacy style (传统风格)"、以便可能违反 USB C 规范、但至少它必须是有效选择。 如果在此有限的时间范围内未完成连接、产品会将自身重新配置为空闲器件/SNK。[/QUERP]

    在这种情况下、我认为在使用这种类型的电缆时需要用户采取行动是一个很好的解决方案。 这将确保"不投诉"行为本身不会发生并隔离到特定电缆上。   

    希望我的评论能帮上忙！

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    TI__Guru**** 1637200 points
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    您好、Malik、

    再次感谢您。 您的意见最有价值。

    我希望其他人会发现此主题有用。 我们决定先使用 USB C、然后再了解它需要什么。 事后看来、我们应该卡在 Micro AB USB 和 OTG 上。 所花费的时间无法用非 PD USB C 带来的额外值来表示。另一方面、我们现在拥有了一种看起来可靠的 USB C USB2.0设计、它向后兼容、希望能够更好地适应未来。

    继续保持出色的工作。

    祝你一切顺利

    Niclas