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什么是usb type c

发布时间:2024-10-08 发布时间:
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usb type-c已不再是全新话题,这个usb介面协议,与常见用于笔记型电脑的type-a或android手机的micro-b之间最大的差异,在于usb type-c支援正反插的设计。藉由24根脚位左上与右下对称的设计,达到正插与反插都有一半的脚位可正常动作。


type-c使用率逐渐普及


最简单的usb type-c介面,支援usb 2.0(表1中的d 与d-),将高速讯号对加入,支援usb 3.1 gen1(5gbps)或usb 3.1 gen2(10gbps)的传输速度(表1中的tx -与rx -)。


此外,usb type-c可透过power delivery(以下简称pd)协议,将供电瓦数由原本的5v/3a向上提升至20v/5a。同时,pd 2.0之后的版本加入了alternative mode(以下简称alt-mode),透过alt-mode可重新定义表1的脚位定义,使usb type-c的接头除了传递资料、电源,还能传递影像资讯。


 

usb type-c可兼顾资料、电源与影像的传输,因此,我们可从数款新发售的旗舰款手机、或最新的笔记型电脑发现,越来越多装置采用usb type-c的介面,成为一种趋势。以下文章将就2017年新发布的usb type-c规范,分为资料、电源与影像三个部分进行介绍。


usb 3.2传输速率增至20gbps


usb 3.2于2017年9月公布版本1.0,usb 3.2将同时运用usb type-c的两对高速讯号线,使传输速度可达到usb 3.1 gen2(10gbps)的2倍(20gbps);过去,usb 3.1 gen1或usb 3.1 gen2只使用到一对高速讯号线,可于旧有usb type-a介面传输,而新的usb 3.2需要同时用到两对高速讯号,因此只能适用于usb type-c介面,可说是专为usb type-c量身订做的规格提升。


usb 3.2主要的特点在于,传输速度翻倍达到20gbps,并可以让usb 3.1 gen2的线长达到2公尺。在usb type-c的规范之中,两边都是usb type-c介面的标准线材里传输,usb 3.1 gen2速度的线材长度要小于1公尺,而传输usb 3.1 gen1速度的线材长度是小于2公尺。


透过usb 3.2的技术,让5gbps的速度同时走在两对高速讯号,因此可让10gbps的传输速度在2公尺内传递。而hub的应用,随着对上的传输频宽倍增,hub的每一个下行口也有机会达到全载速度。


pps规范满足快充需求接着探讨与电源相关的pps


(programmable power supply)。泰尔实验室于2017年12月12日在东莞松山湖,举办快速充电技术标准与应用研讨会。


会中正式颁布中华人民共和国通讯行业标准:「移动通讯终端快速充电技术要求和测试方法」。其中,明订当充电器与手机端皆为usb type-c介面时,唯一的充电协议应为pd,而pps也是因应目前手机的快充需求而开发规格。


过去,人们为了缩短充电速度,藉由提高充电器的输出电压,以增加进入手机的充电瓦数。然而,因为手机内的降压线路将高压降转为低压的效率不高,导致手机充电有发热情形。


为解决此问题,希望能将手机内的降压线路移除,使充电器的输出直接接到手机电池端,输出可随电池电压的变动而调整,因此有pps的定义。


pps如同标准固定输出的pd,定义出四种标准电压:5v(可调3~5.9v)、9v(可调3~11v)、15v(可调3~16v)、20v(可调3~21v ),在每一组可调的电压范围内,受电方可依据供电的电流状况对电源供应器作最小20mv电压步径或50ma电流步径的调整。


如果再配合芯片厂商最新开发出用于设备端不同倍数的voltage scaler,以3a的线材即可对电池作6a、9a或12a的大电流充电。


以usb芯片供应商威锋电子为例,该公司旗下专为充电器使用的usb type-c pd dfp芯片vp300,本身支援pd 3.0和qc3.0协议,芯片内部整合tl431,可直接透过光耦元件反馈给一次侧ac-dc的电源控制芯片。


除针对ac-dc所设计的tl431反馈回路,vp300同时整合i2c与fb参考电压的回馈,可针对不同dc-dc的需求进行控制。内建5v ldo毋须外接电源线路,可让vconn供应70mw的电源给e-marker。


另外,在usb type-c的1.3版本,新增vconn power device(vpd)规范,vpd装置不仅可接受由原本的vbus供电,也能接受由vconn提供的最低3v电压。最低3v的目的,在于移动式装置内常放置一颗锂电池,单颗锂电池的最低放电电压一般设定在3v。


以前,透过usb接口的vbus供电时,供电端须将电池电压透过升压线路升到5v,而受电端会将5v透过降压芯片降到3.3v或1.8v,给内部其他芯片使用,造成两边都进行电源转换而损失效能。


若能透过vconn直接将电池的电压有效供应,毋需供电方或受电方放置其他的电源转换芯片,就可以大幅提升整体电源的转换效率。


至于前面所提到的e-marker,放在两头都是usb type-c的线材之中,就像是线材的身分证,用以存储线材的资料,其包含可负载的电流(3a或5a) 、usb速度(usb 2.0或usb 3.1)、线材的耐压等,而e-marker所需的电源,是由供电方从vconn之中所提供。


另一方面,2017年9月于温哥华所举办的usb开发者大会上,也有针对usb多口充的多口充进行介绍。多口充分为assured capacity ports与shared capacity ports两个类型(图1)。

 

图1 usb多口充定义


图1所举的例子皆是总瓦数为60w的多埠口充电器,左边的多埠口充电器类型是assured capacity,3个usb type-c口分别可提供30w/15w/15w,每个usb type-c埠口都可视为单一的充电口,与其他口的负载无关。


因此,每口的输出要能满足其标志的供应瓦数,而usb协会目前有针对usb type-c电源供应器提供认证,其标志是针对单一个usb type-c进行认证,可看到这个多口充获得30w认证。


图1右边的多口充电器类型则是shared capacity。此案例中单一口可达到27w的最大瓦数输出,但三个口加总的输出瓦数不可超过60w,而认证是针对单口进行认证,因此这个充电器是得到27w的认证。




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