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[導(dǎo)讀]通用序列匯流排電力傳輸(USB-PD)標(biāo)準(zhǔn)演變,將掀起新一波USB應(yīng)用革命。USB在資料傳輸方面早已成為業(yè)界普遍采用的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)定,而隨著更高傳輸速率的USB3.0規(guī)格問(wèn)世,更進(jìn)一步增

通用序列匯流排電力傳輸(USB-PD)標(biāo)準(zhǔn)演變,將掀起新一波USB應(yīng)用革命。USB在資料傳輸方面早已成為業(yè)界普遍采用的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)定,而隨著更高傳輸速率的USB3.0規(guī)格問(wèn)世,更進(jìn)一步增進(jìn)其音訊/視訊傳輸應(yīng)用的價(jià)值。目前已有許多擴(kuò)充基座(DockingStation)導(dǎo)入U(xiǎn)SB3.0方案,僅利用單一USB3.0連接線就能同步支援兩個(gè)1080p顯示器、Gigabit乙太網(wǎng)路(Ethernet),以及多個(gè)USB3.0和USB2.0接口,可用于連接設(shè)備,環(huán)繞立體聲音響,麥克風(fēng)輸入,甚至手機(jī)充電功能。

  由于各種行動(dòng)運(yùn)算裝置設(shè)計(jì)持續(xù)朝更輕、更薄的結(jié)構(gòu)演進(jìn),因此對(duì)縮減傳輸介面占位空間的需求也更加殷切。為使下世代平板裝置和超輕薄筆電(Ultrabook)更貼近市場(chǎng)需求,相關(guān)設(shè)計(jì)人員正積極投入研發(fā)USB3.0方案,期透過(guò)單一接口延展出更多的輸入/輸出(I/O)介面,甚至能進(jìn)一步支援更大功率的充電規(guī)格,以同步滿足用戶對(duì)平板或筆電的可攜性和可擴(kuò)展性要求。

  目前Windows8平板裝置大多只容納一個(gè)USB3.0接口,以及一個(gè)負(fù)責(zé)影像傳輸?shù)慕涌?,再藉由USB3.0擴(kuò)充基座提供用戶額外連接需求;傳統(tǒng)個(gè)人電腦(PC)常見的讀卡器、乙太網(wǎng)路,以及鍵盤和滑鼠的連接埠皆已陸續(xù)被制造商移除。下一階段,USB-IF協(xié)會(huì)正醞釀以USB-PD規(guī)范,進(jìn)一步取代各種電子裝置的電源接口(圖1)。

  擴(kuò)增大功率充電規(guī)范USB-PD應(yīng)用潛力爆發(fā)

  USB3.0擴(kuò)充基座幾乎可支援所有傳統(tǒng)I/O接口,包括資料同步、音訊/視訊傳輸?shù)?,但仍缺乏中大功率的充電能力,無(wú)法為一般筆電、Ultrabook及平板提供電力。也因此,USB-IF協(xié)會(huì)遂將供電技術(shù)視為拓展USB應(yīng)用的布局重點(diǎn),并于近期發(fā)布新的USB-PD規(guī)范,將USB功率標(biāo)準(zhǔn)配置由10瓦(W)提升到100瓦,讓USB成為全方位的裝置對(duì)外連接解決方案。

  傳統(tǒng)的USB充電架構(gòu)基于主控端(Host)與設(shè)備端(Device)連接模式,由主控端負(fù)責(zé)向設(shè)備端供電,因而增加主控端系統(tǒng)功耗。尤其USB2.0和USB3.0因應(yīng)多元、高速傳輸需求,分別將功率拉升至500毫安培(mA)、900毫安培,可能產(chǎn)生更嚴(yán)重的系統(tǒng)功耗,將與當(dāng)前Ultrabook、Windows8平板的設(shè)計(jì)理念相互沖突;況且,即便USB裝置端自帶電源也無(wú)法向主控端供電。

  為改進(jìn)上述不合時(shí)宜的USB充電架構(gòu),USB-PD標(biāo)準(zhǔn)新增一個(gè)機(jī)制,讓主控端及裝置端可互相供電,這意味著主機(jī)仍可做為主要的USB傳輸電力來(lái)源,但裝置端亦可提供主機(jī)電源,以減輕USB主機(jī)在執(zhí)行大量資訊傳遞或影音同步任務(wù)時(shí)的耗電量。

  與此同時(shí),USB-PD也擴(kuò)展USB充電電壓選項(xiàng),除既有的5伏特(V)規(guī)格外,還加入12伏特和20伏特,在USB介面可承受最高5安培電流的前提下,目前可提供的最大功率為100瓦,并可由設(shè)計(jì)者靈活調(diào)配10、18、36和60瓦解決方案。

  USB-PD牽動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變

  隨著USB-PD打破既有充電電壓限制,筆電、平板制造商均可依產(chǎn)品需求設(shè)計(jì)不同的供電方案,如筆電一般使用20伏特充電,而平板或其他USB連接器則可使用12伏特方案。然而,電子裝置要導(dǎo)入新一代USB-PD規(guī)格,須采用新的纜線和連接器,并通過(guò)相關(guān)的安全性和協(xié)定測(cè)試。主要是考量USB升級(jí)至中大功率充電后,傳統(tǒng)纜線無(wú)法完全滿足USB-PD的電壓/電流額定值,且對(duì)裝置內(nèi)部電路和用戶使用安全將帶來(lái)一定程度的影響,所以未來(lái)USB纜線和連接器均須增加ID接腳,以提升電路保護(hù)功能。此外,USB-PD連接器還須向下相容,以支援現(xiàn)有的USB產(chǎn)品。

  對(duì)于電源供應(yīng)解決方案業(yè)者而言,發(fā)展USB-PD的技術(shù)挑戰(zhàn)還包括周邊元件的選用,并須考量電力供應(yīng)和消耗兩個(gè)面向,因應(yīng)5、12和20伏特電壓或不同的電流規(guī)格,投入更多軟硬體研發(fā)資源,以改良現(xiàn)有USB介面的5伏特VBus電源線,提高支援電壓等級(jí)至12或20伏特。

  無(wú)庸置疑,USB-PD產(chǎn)品能否問(wèn)世的關(guān)鍵,就在于負(fù)責(zé)電源訊號(hào)通訊的USBVBus設(shè)計(jì)。新控制方案須達(dá)到夠高的頻率,以免影響傳統(tǒng)USB設(shè)備,且須搭配符合USB-PD協(xié)定的纜線與連接器,才能真正實(shí)現(xiàn)中大功率USB充電應(yīng)用。現(xiàn)階段,包括威鋒電子等USB3.0晶片商已紛紛投入開發(fā)USB-PD方案,將協(xié)助系統(tǒng)廠打造充電、資料傳輸、乙太網(wǎng)路及影音同步連結(jié)等功能一應(yīng)俱全的USB擴(kuò)充基座,搶攻Ultrabook、平板周邊裝置的市場(chǎng)商機(jī)。

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