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Type-C到底強在哪?了解USB接口的發展史,看這一篇就夠了

作者:發布時間:2018-12-12162283 次瀏覽

USB接口可能是這個世界最通用的接口之一,已有24年歷史,我們大多數人見證了從USB 2.0規范到如今USB 3.2規范的蛻變,也目睹了一個個不通用、反人類的爛接口被棄用。為什么USB能經久不衰?USB接口究竟是什么樣子的?今天筆者就從USB接口的變革、USB規范的演變、目前的USB三方面來聊一聊USB的發展和意義。 

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USB接口即其外觀上的變化,而USB規范則主要指USB的性能參數,本文為了通俗易懂故分開來講。

  

我們熟知的USB2.0

USB全稱Universal Serial Bus(通用串行總線),于1994年被眾多PC廠商確立,以解決當時PC接口不統一的問題。對于USB接口的結構,相信每個人都不陌生。在下圖的4個觸點中,分別負責包括負責供電的Vbus、GND端子、用來數據傳輸的Data+、Data-端子,至于端子為什么成對,可以理解為正極負極,端子要成對才能做事。

 

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 隨著移動設備的高速發展,USB-IF組織分別推出了mini USB、Micro USB、USB Type-B、USB Type-CUSB接口以替代“巨大”的USB接口,因此傳統的USB接口在當下有了新的名字——USB Type-A。

 

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越來越易用的USB接口。

多數90后的同學見證了Mini USB的興衰的,這種接口在MP3、MP4盛行的時代大行其道,其采用梯形設計以避免用戶誤差,但它基本只解決了USB體積大小的問題。

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隨著安卓手機占領大街小巷,其搭載的Micro USB接口也火爆起來,因此直接叫它“安卓口”的人也大有人在。而Micro USB發布于2007年,并在2009年得到了全球通信協會的認可。眾手機廠商達成協定,在自家設備上采用Micro USB接口。Micro USB的高度相比Mini USB減小一半,以及通過插頭底部的凸槽提高了連接穩定性,接口壽命也得到延長。

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USB Type-C則是目前全新的USB接口,在筆者看來它幾乎解決了過去USB接口的所有缺陷,包括無需區分正反,更高可支持5A大電流。其在USB 3.2標準支持2.56GB/S的速度,傳輸視頻、聲音信號等功能更不在話下。在插入USB-C插口時,你能聽到一聲清脆的聲音,這個聲音是USB-IF對于USB Type-C的強制要求,它看似平凡,背后卻隱藏著無數工程師的心血。

 

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USB Type-C的針腳達到了24個,而碩大的USB Type-A最初僅有4個,使人不得不贊嘆科技的發展。這些針腳的作用就不給大家敘述了,感興趣的讀者可以自行查閱,所以相比Micro USB接口,USB Type-C在體積上增大了。人們常常將USB Type-C簡稱為Type-C,雖然一語中的但它有更準確的簡稱——USB-C,蘋果給我們開了個好頭。

闊別8年的USB3.0規范

我們大多數人都親歷了從USB 2.0USB3.0的變革。USB 2.0發布于PC方興未艾的2000年,而它的繼任者USB3.0已經是2008年的事。肉眼看來,可能USB 2.0USB 3.0的最大差別是USB 3.0換了藍色插口,但其中的變化要遠比看到的更多。相比上文接口的變化,規范的升級才是USB真正的升級。

在兼容USB 2.04個引腳基礎上,USB 3.0加入了5個全新引腳,除了一個電源接地引腳外,是2對分別負責讀取和寫入的引腳RX+、RX-TX+、TX-。另外USB 3.0的供電能力相對USB 2.0500mA提升到了900mAh。在速度上的體現則是USB 3.0的速度達到了5Gbps,與PCSATA3接口的6Gbps僅差20%。 

USB 3.0標準已推出了十年之久,但僅有三星、ZUK等數部手機采用USB 3.0進行數據傳輸,主要原因是USB 3.0工作時會在2.4Ghz頻段會產生嚴重的干擾,簡單理解是由電磁感應現象導致。所以在手機上使用USB3.0進行數據傳輸時,同樣工作在2.4Ghz頻率的WIFI傳輸和PC無線設備會受到干擾,傳輸不穩定。USB 3.0U盤工作時,無線鼠標會不受控制即是這個原因。數據傳輸在如今的云時代不再重要,所以USB 2.0在手機上則一脈永流傳了。

 

USB 3.1的最大改變——USB Type-C

由于USB 3.1發布后對USB3.0進行了微調,所以USB 3.0有了新的名字,USB3.1 Gen1。而真正的USB3.1叫做USB 3.1 Gen2,USB 3.1相比3.0在數字上僅提高“0.1”,但其變化可謂改頭換面,下文暫且將USB 3.1 Gen2 直接叫做USB3.1。

相比USB 3.0,USB3.1在硬件不變的前提下,通過修改傳輸協議等方式,傳輸速度翻了番,達到了10Gbps。而USB-C接口也是隨著USB 3.1規范而推出的。

 

我們再來觀察上述USB-C的引腳圖,在了解了USB3.0USB3.1規范后,這下就能嘗試理解其針腳了。相比USB 3.09引腳,USB-C提升到了24引腳,數據傳輸引腳翻了倍,新加入了CC引腳,以進行USB Power Delivery充電,而它的簡稱就是我們熟知的USB PD快充。 

其新加了一組SUB引腳,它支持Alternate Mode(可選模式),適合傳輸非USB信號,廠商可以自定義這組引腳的作用,因此USB-C也支持了DisplayPort視頻傳輸協議、音而其他廠商也可以用它進行HDMI傳輸。MHL視頻傳輸等。

 

USB接口終于在USB-C完成了全面的進化,達到了近乎最強形態,傳輸數據可以達到10Gbps,傳輸電力在USB PD支持20V5A更高100W的電力輸出,視頻信號、音頻信號也樣樣精通,USBPC上得以通用后,目前又迎來了在任何數碼設備傳輸任何數據的廣闊空間。

關于USB-C的不分正反問題,也是全新的CC引腳的功勞,由于USB-C的兩側并不對稱,CC引腳可以判斷出此時USB-C插入的方向,進而控制其他引腳的傳輸方式,最終實現不分正反。

 

在不遠的未來,USB-C To USB-C數據線將成為市場主流,在任何情況下我們都可以使用這一根線纜連接手機、電腦、投影儀、充電器,以后就再也不用拿著擴展塢、轉接器、適配器這樣的東西了。而目前在手機上流行的USB-A To USB-C在幾年內也可以壽終正寢。

 

如今一統天下的USB

USB 3.1推出的三年后,USB 3.22017年正式被提出,相比USB 3.1數據傳輸速度又翻了倍,達到了20Gbps,比傳統的HDMI 1.4接口還要更快,連接4K級別的顯示器完全綽綽有余,而成倍的提升完全依靠USB Type-C中增加兩組數據傳輸引腳,在USB 3.2上這兩組引腳才得到了真正的發揮。而搭載USB 3.2的設備也將于2019年正式與我們見面。

雷電(Thunderbolt)接口推出于2011年,由半導體巨頭intel巨頭提出,其通過直連PCI-ECPU以達到超高速傳輸,帶寬甚至滿足外置顯卡的需求。但由于高成本與微軟的不支持一直淪為小眾,2015年其在新一代雷電3在保持傳輸協議不變的前提下將接口更換成USB-C接口,帶寬翻倍達到了40Gbps,其能夠雙4K4096×216060Hz顯示器輸出,或外置GTX2080Ti顯卡。MacBook 電腦的4雷電口全部支持供電、數據、視頻輸出、音頻輸出也是托了USB-IF的福音。

USB收編的還有手機上的高通QC充電協議,由于過去的Micro USB接口只支持2A電流,因此5V2A無法滿足快充需求,高通修改了MiroUSBD+、D-引腳,發展出了QC 2.0、QC 3.0兩代快充,更高速度可達到12V2A,但在USB-C提出后,使用全新的CC引腳進行充電溝通顯然是更好的方法,于是在QC4/4+上,高通拋棄了自己的私有協議擁抱了USB PD 3.0充電協議,進行了兼容。

在文章的最后來所說說各家手機廠商的快充實現,首先是行業大哥蘋果,蘋果iPhone8 及更新的手機、平板全部支持USB PD快充,iPhone能達到15W左右,而iPad 11英寸能達到30W。三星在note7后收緊了充電管理,采用自家AFC快充電速度9v電壓功率僅10W多。華為過去的SCP快充為5V4.5A,功率22.5W,全新的40W超級快充則是10V4A。小米跟著老大哥高通,雖支持QC4但由于成本和CtoC線的不便利,因此標配9V2A 18W QC3.0充電器。OPPO則是聲名遠揚的5V4AVOOC閃充和今年配備于高端機高達10V5ASuper VOOC閃充。vivo的雙引擎閃充為10V2.25A,但在8102年的今天,vivo X23依然采用著Micro USB接口。

結語

USB接口之所以能夠27年屹立不倒,筆者認為是其開放態度和保持兼容,如今的USB Type-c在如此小的體積下仍然保持著USB 2.0的支持,D+D-這兩條引腳如今已經很少使用,但USB-IF一直敞開著懷抱。而擁抱開放還是保持閉塞,高通和英特爾已經用QC4快充和Thunderbolt給出了答案。


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