USB-PD取代平板電源接口實(shí)現(xiàn)大功率充電

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)界普遍採用的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)定，而隨著更高傳輸速率的USB 3.0規(guī)格問世，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(Docking Station)導(dǎo)入U(xiǎn)SB 3.0方案，僅利用單一USB 3.0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)USB 3.0和USB 2.0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)更貼近市場需求，相關(guān)設(shè)計(jì)人員正積極投入研發(fā)USB 3.0方案，期透過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，以同步滿足用戶對平板或筆電的可攜性和可擴(kuò)展性要求。

目前Windows 8平板裝置大多只容納一個(gè)USB 3.0接口，以及一個(gè)負(fù)責(zé)影像傳輸?shù)慕涌?，再藉由USB 3.0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)被製造商移除。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)

USB 3.0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USB 2.0和USB 3.0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、Windows 8平板的設(shè)計(jì)理念相互衝突;況且，即便USB裝置端自帶電源也無法向主控端供電。

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、平板製造商均可依產(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，須採用新的纜線和連接器，并通過相關(guān)的安全性和協(xié)定測試。主要是考量USB升級至中大功率充電后，傳統(tǒng)纜線無法完全滿足USB-PD的電壓/電流額定值，且對裝置內(nèi)部電路和用戶使用安全將帶來一定程度的影響，所以未來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，提高支援電壓等級至12或20伏特。

無庸置疑，USB-PD產(chǎn)品能否問世的關(guān)鍵，就在于負(fù)責(zé)電源訊號(hào)通訊的USB VBus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?，F(xiàn)階段，包括威鋒電子等USB 3.0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商機(jī)。