什么是USB Type C

USB Type-C已不再是全新話題，這個(gè)USB介面協(xié)議，與常見用于筆記型電腦的Type-A或Android手機(jī)的Micro-B之間最大的差異，在于USB Type-C支援正反插的設(shè)計(jì)。藉由24根腳位左上與右下對(duì)稱的設(shè)計(jì)，達(dá)到正插與反插都有一半的腳位可正常動(dòng)作。

Type-C使用率逐漸普及

最簡(jiǎn)單的USB Type-C介面，支援USB 2.0(表1中的D+與D-)，將高速訊號(hào)對(duì)加入，支援USB 3.1 Gen1(5Gbps)或USB 3.1 Gen2(10Gbps)的傳輸速度(表1中的Tx+-與Rx+-)。

此外，USB Type-C可透過Power Delivery(以下簡(jiǎn)稱PD)協(xié)議，將供電瓦數(shù)由原本的5V/3A向上提升至20V/5A。同時(shí)，PD 2.0之后的版本加入了Alternative Mode(以下簡(jiǎn)稱Alt-Mode)，透過Alt-Mode可重新定義表1的腳位定義，使USB Type-C的接頭除了傳遞資料、電源，還能傳遞影像資訊。

USB Type-C可兼顧資料、電源與影像的傳輸，因此，我們可從數(shù)款新發(fā)售的旗艦款手機(jī)、或最新的筆記型電腦發(fā)現(xiàn)，越來越多裝置采用USB Type-C的介面，成為一種趨勢(shì)。以下文章將就2017年新發(fā)布的USB Type-C規(guī)范，分為資料、電源與影像三個(gè)部分進(jìn)行介紹。

USB 3.2傳輸速率增至20Gbps

USB 3.2于2017年9月公布版本1.0，USB 3.2將同時(shí)運(yùn)用USB Type-C的兩對(duì)高速訊號(hào)線，使傳輸速度可達(dá)到USB 3.1 Gen2(10Gbps)的2倍(20Gbps);過去，USB 3.1 Gen1或USB 3.1 Gen2只使用到一對(duì)高速訊號(hào)線，可于舊有USB Type-A介面?zhèn)鬏?，而新的USB 3.2需要同時(shí)用到兩對(duì)高速訊號(hào)，因此只能適用于USB Type-C介面，可說是專為USB Type-C量身訂做的規(guī)格提升。

USB 3.2主要的特點(diǎn)在于，傳輸速度翻倍達(dá)到20Gbps，并可以讓USB 3.1 Gen2的線長(zhǎng)達(dá)到2公尺。在USB Type-C的規(guī)范之中，兩邊都是USB Type-C介面的標(biāo)準(zhǔn)線材里傳輸，USB 3.1 Gen2速度的線材長(zhǎng)度要小于1公尺，而傳輸U(kuò)SB 3.1 Gen1速度的線材長(zhǎng)度是小于2公尺。

透過USB 3.2的技術(shù)，讓5Gbps的速度同時(shí)走在兩對(duì)高速訊號(hào)，因此可讓10Gbps的傳輸速度在2公尺內(nèi)傳遞。而Hub的應(yīng)用，隨著對(duì)上的傳輸頻寬倍增，Hub的每一個(gè)下行口也有機(jī)會(huì)達(dá)到全載速度。

PPS規(guī)范滿足快充需求接著探討與電源相關(guān)的PPS

(Programmable Power Supply)。泰爾實(shí)驗(yàn)室于2017年12月12日在東莞松山湖，舉辦快速充電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與應(yīng)用研討會(huì)。

會(huì)中正式頒布中華人民共和國(guó)通訊行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：「移動(dòng)通訊終端快速充電技術(shù)要求和測(cè)試方法」。其中，明訂當(dāng)充電器與手機(jī)端皆為USB Type-C介面時(shí)，唯一的充電協(xié)議應(yīng)為PD，而PPS也是因應(yīng)目前手機(jī)的快充需求而開發(fā)規(guī)格。

過去，人們?yōu)榱丝s短充電速度，藉由提高充電器的輸出電壓，以增加進(jìn)入手機(jī)的充電瓦數(shù)。然而，因?yàn)槭謾C(jī)內(nèi)的降壓線路將高壓降轉(zhuǎn)為低壓的效率不高，導(dǎo)致手機(jī)充電有發(fā)熱情形。

為解決此問題，希望能將手機(jī)內(nèi)的降壓線路移除，使充電器的輸出直接接到手機(jī)電池端，輸出可隨電池電壓的變動(dòng)而調(diào)整，因此有PPS的定義。

PPS如同標(biāo)準(zhǔn)固定輸出的PD，定義出四種標(biāo)準(zhǔn)電壓：5V(可調(diào)3~5.9V)、9V(可調(diào)3~11V)、15V(可調(diào)3~16V)、20V(可調(diào)3~21V )，在每一組可調(diào)的電壓范圍內(nèi)，受電方可依據(jù)供電的電流狀況對(duì)電源供應(yīng)器作最小20mV電壓步徑或50mA電流步徑的調(diào)整。

如果再配合芯片廠商最新開發(fā)出用于設(shè)備端不同倍數(shù)的Voltage Scaler，以3A的線材即可對(duì)電池作6A、9A或12A的大電流充電。

以USB芯片供應(yīng)商威鋒電子為例，該公司旗下專為充電器使用的USB Type-C PD DFP芯片VP300，本身支援PD 3.0和QC3.0協(xié)議，芯片內(nèi)部整合TL431，可直接透過光耦元件反饋給一次側(cè)AC-DC的電源控制芯片。

除針對(duì)AC-DC所設(shè)計(jì)的TL431反饋回路，VP300同時(shí)整合I2C與FB參考電壓的回饋，可針對(duì)不同DC-DC的需求進(jìn)行控制。內(nèi)建5V LDO毋須外接電源線路，可讓Vconn供應(yīng)70mW的電源給E-Marker。

另外，在USB Type-C的1.3版本，新增Vconn Power Device(VPD)規(guī)范，VPD裝置不僅可接受由原本的Vbus供電，也能接受由Vconn提供的最低3V電壓。最低3V的目的，在于移動(dòng)式裝置內(nèi)常放置一顆鋰電池，單顆鋰電池的最低放電電壓一般設(shè)定在3V。

以前，透過USB接口的Vbus供電時(shí)，供電端須將電池電壓透過升壓線路升到5V，而受電端會(huì)將5V透過降壓芯片降到3.3V或1.8V，給內(nèi)部其他芯片使用，造成兩邊都進(jìn)行電源轉(zhuǎn)換而損失效能。

若能透過Vconn直接將電池的電壓有效供應(yīng)，毋需供電方或受電方放置其他的電源轉(zhuǎn)換芯片，就可以大幅提升整體電源的轉(zhuǎn)換效率。

至于前面所提到的E-Marker，放在兩頭都是USB Type-C的線材之中，就像是線材的身分證，用以存儲(chǔ)線材的資料，其包含可負(fù)載的電流(3A或5A) 、USB速度(USB 2.0或USB 3.1)、線材的耐壓等，而E-Marker所需的電源，是由供電方從Vconn之中所提供。

另一方面，2017年9月于溫哥華所舉辦的USB開發(fā)者大會(huì)上，也有針對(duì)USB多口充的多口充進(jìn)行介紹。多口充分為Assured Capacity Ports與Shared Capacity Ports兩個(gè)類型(圖1)。

圖1 USB多口充定義

圖1所舉的例子皆是總瓦數(shù)為60W的多埠口充電器，左邊的多埠口充電器類型是Assured Capacity，3個(gè)USB Type-C口分別可提供30W/15W/15W，每個(gè)USB Type-C埠口都可視為單一的充電口，與其他口的負(fù)載無關(guān)。

因此，每口的輸出要能滿足其標(biāo)志的供應(yīng)瓦數(shù)，而USB協(xié)會(huì)目前有針對(duì)USB Type-C電源供應(yīng)器提供認(rèn)證，其標(biāo)志是針對(duì)單一個(gè)USB Type-C進(jìn)行認(rèn)證，可看到這個(gè)多口充獲得30W認(rèn)證。

圖1右邊的多口充電器類型則是Shared Capacity。此案例中單一口可達(dá)到27W的最大瓦數(shù)輸出，但三個(gè)口加總的輸出瓦數(shù)不可超過60W，而認(rèn)證是針對(duì)單口進(jìn)行認(rèn)證，因此這個(gè)充電器是得到27W的認(rèn)證。[!--empirenews.page--]

接下來，以圖2說明單一口最大27W，總瓦數(shù)60W Shared Capacity的動(dòng)作原理。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)口被用掉24W后，60W剩下的瓦數(shù)是36W，仍超過每一口最大27W的需求，因此其余兩口各單口最大仍可供應(yīng)27W，接著第二個(gè)口用掉15W后剩余的瓦數(shù)為21W，最后一口所能供應(yīng)的最大瓦數(shù)僅剩21W以滿足總瓦數(shù)60W的需求。

圖2 Shared Capacity原理

若將同樣的三個(gè)裝置移到圖1左邊Assured Capacity的電源，會(huì)發(fā)現(xiàn)只有15W這個(gè)裝置確?？色@得足夠瓦數(shù)，而另外的24W或21W的裝置，會(huì)因?yàn)槠渲幸粋€(gè)必須插入15W的口，導(dǎo)致瓦數(shù)不足而只能有15W充電。如果30W的供電口被15W裝置占住，將導(dǎo)致21W與24W的裝置都只能得到15W供電。

2017年7月，Display Port Alt-Mode 1.0b(DP Alt-Mode)僅針對(duì)既有的規(guī)格做了微幅更新，移除用GEN2_BR傳遞DisplayPort訊號(hào)的Pin Assignment A與B，在終端應(yīng)用上，不只是筆記型電腦，也不能發(fā)現(xiàn)手機(jī)廠開始利用DP Alt-Mode的應(yīng)用產(chǎn)品(圖3)。

圖3 DP Alt-Mode示意圖

Type-C結(jié)合替代模式影像傳輸更便利

2017年主要旗艦型手機(jī)例如三星(Samsung) S8/Note 8、華為(Huawei) Mate10、HTC U11等都支援DP Alt-Mode，Samsung與Huawei并推出可透過手機(jī)USB Type-C轉(zhuǎn)出HDMI的配件。

手機(jī)經(jīng)由USB Type-C將影像訊號(hào)投放至大螢?zāi)?，大螢?zāi)簧系漠嬅娌粌H僅是將手機(jī)上看到的畫面放大，更經(jīng)由重新設(shè)計(jì)，無論對(duì)接滑鼠的左右鍵控制、應(yīng)用視窗的拖放等，都接近我們以往在電腦或筆電的Windows使用經(jīng)驗(yàn)。

經(jīng)由這樣的轉(zhuǎn)接，大大擴(kuò)展了手機(jī)因螢?zāi)淮笮∠拗频膽?yīng)用，原本在手機(jī)端才能進(jìn)行的追劇、玩游戲或回覆郵件都因?yàn)榇笪災(zāi)坏耐卣苟玫礁玫氖褂皿w驗(yàn)。

我們認(rèn)為，這樣的應(yīng)用在未來會(huì)越來越廣泛，無論家庭娛樂或出差辦公?？上胂裎磥砩虅?wù)人士出差只需要攜帶一支手機(jī)，在客戶端能透過USB Type-C介面將簡(jiǎn)報(bào)資料投影至大螢?zāi)贿M(jìn)行介紹;而回到飯店，只要接入飯店所附的Type-C接頭，就可以用飯店電視進(jìn)行辦公或觀看戲劇，同時(shí)還可透過USB Type-C對(duì)手機(jī)進(jìn)行充電。