USB PD系列之TypeC接口和USB PD的前世今生1

news/2024/12/15 7:32:05/

  众所周知,USB接口可以说是消费类电子产品中最成功的接口之一,消费类电子产品中的手机,电脑,平板都离不开USB接口。从早期的TypeA接口,TypeB接口,到近几年大热的TypeC接口,USB接口遍及我们生活的方方面面。

  当电脑逐渐成为人们办公生活的一部分时,USB接口诞生了,并且迅速发展成为目前的规模,相应的,应运而生一个组织,USB-IF,专门为了规范USB产品,制定USB Spec。发起人为Intel联合各个知名的半导体厂商。当然,要想加入该组织,参与USB规范制定修改,首先需要交纳一定的会费,然后在该领域内有一定的建树,这样半导体厂商才会有越来越重的话语权。USB-IF是一个开放的组织,USB相关的Spec,在网站上均可免费下载。(网址:usb)。当然了,USB-IF要想生存,就必须要有资金来源:1,各个半导体公司的会费;2,USB测试认证的费用,比如,你的芯片要想拿到USB-IF的TID,就需要交钱,OEM或者ODM看到芯片有TID,才能证明你的芯片基础测试可以通过,才敢放心的进行下一步产品测试。

  言归正传,USB TypeA接口的出现,极大的提升了消费者的使用体验,鼠标,键盘,U盘等等,全部采用了USB接口。尤其是在笔记本行业中,USB TypeA是当时的必备选择。

  

  USB TypeA接口(母口,公口)

  如上图所示,为TypeA接口。随着消费电子的更新换代,新的接口需求出现了,最典型的应用场景是手机充电接口,手机需要的接口要尽可能的小巧。基于这种需求,TypeB接口出现了,TypeB接口又分为了:MiniB,MircoB等等。这样,基本的消费电子的使用场景中,USB接口都占据了重要地位。

  

  MicroB

  

  TypeA转TypeB线缆

  我在这里想要强调的是:上文TypeA,TypeB接口完全是物理接口的描述。在物理接口的基础上,需要有相应的通信协议(就是电信号),才能算是一个完整的USB接口。

  USB协议也是从比较慢的速率开始逐步发展升级成为目前高达10G,20G的通信带宽。最开始(USB1.1),USB的通信速率为Low-Speed(低速1.5Mb/s),Full-Speed(全速12Mb/s)。如鼠标通常为Fullspeed设备。我们目前所熟知的存储设备,通常为High-speed(高速480Mb/s,USB2.0),甚至为Super-speed(5Gb/s,USB3.0)。当然这些都是理论最高速率,通常是达不到的。

  USB协议的发展也是因为实际需求所带来的结果:快速的大数据传输,移动硬盘,U盘,手机等等。

  随着数据需求的逐步满足,电源方面的需求同样在快速变化中。最开始的鼠标,供电需求甚至低于5V@100mA,当年的安卓手机,通常需要5V@900mA,数码相机等可移动高功耗的消费类产品的充电需求进一步提升,USB-IF为了应对这种状况规定,USB2.0 Spec中最大功率为5V@500mA,USB3.0 Spec中最大功率为5V@900mA,进一步的充电需求,重新开启了一个附属Spec,BC1.2(Battery Charge V1.2),这个Spec专门规定了USB接口可以最大功率到5V@1.5A。

  事实上,消费类电子的发展超过所有人的预期,尤其是智能手机的发展,充电需求进一步提升,然而,USB-IF定义的充电标准逐步不适应日新月异的消费类统招市场。然后各大厂商开始充电协议标准的混战。高通的QC2.0以及QC3.0,Apple的Apple Charging协议,三星的AFC协议,华为的FCP以及SCP协议,OPPO或者VIVO的VOOC低压直充协议,联发科的MTK协议。各种各样的协议,百家争鸣。但是无可辩驳的是,这些充电协议为了提升兼容性,只能在USB-IF的BC1.2协议基础上进行开发。USB-IF是不承认这些私有的充电协议,甚至USB-IF讨厌这些私有协议,因为这些私有协议的出现,将USB充电标准的兼容性和通用性弄得一团糟,例如,华为的快充无法给OPPO的手机快充,最多5V@1.5A功率,这对于消费者来说,也是一个坏消息。

  USB-IF为了应对快速变化的市场,对USB充电协议进行了一次更新迭代,USB PD V1.0(Power Delivery V1.0),可能大家在这儿有疑问,表示V1.0的USB PD Spec是什么?没听过。正常,USB PD V1.0是一次失败的USB协议更新换代!

  USB PD V1.0是在USB3.0的基础上,结合TypeA接口和TypeB接口推出的充电协议标准。然而,TypeA和TypeB接口的物理触点数量相对固定。因此USB PD V1.0协议的通信信道设置在VBUS上(即电源线),通过电源线的高频信号耦合,做数据通信,进而确定充电电压电流等信息。这种通信方式称呼为BFSK。然而,实际上这样的设计成本高昂,设计复杂,并不能被半导体厂商和OEM所接受。

  

  BFSK

  USB-IF制定的充电协议已经不适应目前的消费类市场,而且笔记本或者其他消费类产品的发展趋势逐渐小型化,越来越薄,物理接口的大小也开始出现不适用的情况;数据通信的带宽也有了更高的需求。USB接口总是需要插3次才能插成功的痛点也给消费者带来不便。市场上种种不同的接口给消费者带来巨大的困扰。种种原因导致USB-IF终于痛下决心,改进物理接口,在USB PD V1.0的基础上,对通信信道进行调整优化。然后我们迎来了TypeC接口以及USB PD V2.0。

  总而言之,USB接口的发展,主要是物理接口、数据通信协议、以及电源功率上进行更新换代。本节内容介绍到此,下一节将会详细描述TypeC接口,以及USB PD2.0相关内容,敬请关注头条号。各位读者,如果本人有哪些不对之处可以在评论区域发表自己的观点,多多益善,共同进步。或者,如果有读者想要了解的关于USBPD主题的内容,也可以评论里面留言,本人会在之后的文章中分享出来。


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