什么是USB Type C

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

Type-C使用率逐漸普及

最簡單的USB Type-C介面，支援USB 2.0(表1中的D+與D-)，將高速訊號對加入，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，PD 2.0之后的版本加入了Alternative Mode(以下簡稱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、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。以下文章將就2017年新發(fā)布的USB Type-C規(guī)范，分為資料、電源與影像三個部分進行介紹。

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將同時運用USB Type-C的兩對高速訊號線，使傳輸速度可達到USB 3.1 Gen2(10Gbps)的2倍(20Gbps);過去，USB 3.1 Gen1或USB 3.1 Gen2只使用到一對高速訊號線，可于舊有USB Type-A介面?zhèn)鬏敚碌腢SB 3.2需要同時用到兩對高速訊號，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主要的特點在于，傳輸速度翻倍達到20Gbps，并可以讓USB 3.1 Gen2的線長達到2公尺。在USB Type-C的規(guī)范之中，兩邊都是USB Type-C介面的標準線材里傳輸，USB 3.1 Gen2速度的線材長度要小于1公尺，而傳輸USB 3.1 Gen1速度的線材長度是小于2公尺。

透過USB 3.2的技術(shù)，讓5Gbps的速度同時走在兩對高速訊號，因此可讓10Gbps的傳輸速度在2公尺內(nèi)傳遞。而Hub的應(yīng)用，隨著對上的傳輸頻寬倍增，Hub的每一個下行口也有機會達到全載速度。

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)。泰爾實驗室于2017年12月12日在東莞松山湖，舉辦快速充電技術(shù)標準與應(yīng)用研討會。

會中正式頒布中華人民共和國通訊行業(yè)標準：「移動通訊終端快速充電技術(shù)要求和測試方法」。其中，明訂當充電器與手機端皆為USB Type-C介面時，唯一的充電協(xié)議應(yīng)為PD，而PPS也是因應(yīng)目前手機的快充需求而開發(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，以增加進入手機的充電瓦數(shù)。然而，因為手機內(nèi)的降壓線路將高壓降轉(zhuǎn)為低壓的效率不高，導致手機充電有發(fā)熱情形。

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

PPS如同標準固定輸出的PD，定義出四種標準電壓：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AC-DC所設(shè)計的TL431反饋回路，VP300同時整合I2C與FB參考電壓的回饋，可針對不同DC-DC的需求進行控制。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，供電端須將電池電壓透過升壓線路升到5V，而受電端會將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，用以存儲線材的資料，其包含可負載的電流(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)者大會上，也有針對USB多口充的多口充進行介紹。多口充分為Assured Capacity Ports與Shared Capacity Ports兩個類型(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USB Type-C口分別可提供30W/15W/15W，每個USB Type-C埠口都可視為單一的充電口，與其他口的負載無關(guān)。

因此，每口的輸出要能滿足其標志的供應(yīng)瓦數(shù)，而USB協(xié)會目前有針對USB Type-C電源供應(yīng)器提供認證，其標志是針對單一個USB Type-C進行認證，可看到這個多口充獲得30W認證。

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到27W的最大瓦數(shù)輸出，但三個口加總的輸出瓦數(shù)不可超過60W，而認證是針對單口進行認證，因此這個充電器是得到27W的認證。[!--empirenews.page--]

接下來，以圖2說明單一口最大27W，總瓦數(shù)60W Shared Capacity的動作原理。當?shù)谝粋€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

若將同樣的三個裝置移到圖1左邊Assured Capacity的電源，會發(fā)現(xiàn)只有15W這個裝置確?？色@得足夠瓦數(shù)，而另外的24W或21W的裝置，會因為其中一個必須插入15W的口，導致瓦數(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)僅針對既有的規(guī)格做了微幅更新，移除用GEN2_BR傳遞DisplayPort訊號的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USB Type-C轉(zhuǎn)出HDMI的配件。

手機經(jīng)由USB Type-C將影像訊號投放至大螢?zāi)唬笪災(zāi)簧系漠嬅娌粌H僅是將手機上看到的畫面放大，更經(jīng)由重新設(shè)計，無論對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。

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

我們認為，這樣的應(yīng)用在未來會越來越廣泛，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，在客戶端能透過USB Type-C介面將簡報資料投影至大螢?zāi)贿M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行辦公或觀看戲劇，同時還可透過USB Type-C對手機進行充電。