刪繁就簡亦進步|USB Type C純供電普惠眾生

繼2020年5月專為純供電（Power-Only）應(yīng)用而設(shè)計USB Type C插座面世之后，12月，升級版又已上市，節(jié)奏之快令人瞠目，標志著USB Type C進入純供電應(yīng)用時代。

USB Type C這一既支持正反盲插、大電流和大電壓充電，又支持雙向供電、高速傳輸、增強擴展的接口簡直就是為便捷快充技術(shù)而生的。對于一些并不需要那么多的數(shù)據(jù)傳輸功能的應(yīng)用，其使用方便、功率能力不斷提升的特性為人們帶來了一種實用的充電方案。未來，需要大功率供電的一些設(shè)備，可以用同樣的線纜實現(xiàn)任何設(shè)備的充電和數(shù)據(jù)傳輸，也令只能體驗到正反都能插便利的蘋果Lightning（閃電）接口為之遜色不少。

快速迭代

第一款純供電應(yīng)用USB Type C連接器是UJC-HP-3-SMT-TR，它是一個6針USB Type C插座，可提供高達60 W的功率，額定電流為3 A，額定電壓為20 Vdc。由于去掉了數(shù)據(jù)傳輸引腳，成就了其更具成本效益的設(shè)計，充電或電源是其唯一功能。

該產(chǎn)品采用表面貼裝封裝，兼容任何標準USB Type C插頭，實現(xiàn)了通用和廣泛采用的Type C連接的易接入性和簡化的設(shè)計集成。這種USB Type C連接器提供回流焊接兼容性，工作溫度范圍為-40至80°C，可靠性高達10000次匹配循環(huán)。

60 W和100 W USB Type C插頭外觀

24觸點USB Type C與6觸點和8觸點純供電USB Type C

最近推出的UJC-HP-G-SMT-TR則是一款8針USB Type C，其額定電流為5 A，額定電壓為20 Vdc，可提供100 W的功率。只增加2針，功率就提升了40 W，充電速度更勝一籌。

Type A到Type C的變遷

USB連接器是在20世紀90年代中期推出的，從那時起，其尺寸、形狀、數(shù)據(jù)傳輸能力和功率能力都在不斷發(fā)展，已成為電子設(shè)計中最流行和公認的互連組件之一。USB連接器是由三個不同但相關(guān)的標準定義的：物理連接器、數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議和電源傳輸。從Type A到Type C，USB在物理連接器及其相關(guān)標準方面經(jīng)歷了一系列的變化。

三種典型USB接口

Type-A接口就是最常用的標準USB接口，其他形狀的USB接口都是它的衍生物。Type-B USB接口的出鏡率遠沒有Type-A接口高，主要用途的打印機、顯示器USB HUB等諸多USB外設(shè)。通常，PC上的USB接口均為Type-A，而外設(shè)則多采用Type-B。

最后，就是全新出場的Type-C接口了，它采用最新的物理標準，擁有比Type-A及Type-B均小得多的體積，其纖薄程度甚至能與Mini-USB及Micro-USB相媲美，是最新的USB接口外形標準。另外，Type-C是一種既可以應(yīng)用在PC（主設(shè)備）又可以應(yīng)用在外部設(shè)備（從設(shè)備）的劃時代接口類型。

Type-C的普及將用同樣的線纜實現(xiàn)任何設(shè)備的充電和數(shù)據(jù)傳輸

2014年，USB 3.1標準中就已經(jīng)搞定，同年USB Type C問世，2015年開始漸漸普及。它是為迄今最先進的USB迭代，它提供了一個簡化的雙向封裝（雙向可逆性）、更大的帶寬、更快的數(shù)據(jù)傳輸速度和更高的額定功率，支持超出USB供電能力的電源傳輸（USB PD），能夠?qū)崿F(xiàn)高達100 W的功率傳輸標準，因此也在多年后成為了純供電應(yīng)用的一個有趣的選擇。

USB Type C和USB 3.1 Gen 2

隨著技術(shù)需求和能力的提高，USB標準在不斷發(fā)展和完善。USB實施者論壇（USB-IF）發(fā)布的USB Type C連接器和USB 3.1 Gen 2信號標準（也稱為SuperSpeed+）的規(guī)范，從USB 1.0發(fā)展到USB 3.1 Gen 2，每種標準引入了各種模式和數(shù)據(jù)傳輸速率。與以前的連接器標準相比，USB Type C連接器還包括許多功能增強。這些改進使工程師能夠以適當?shù)姆绞嚼眠@種連接器和各種信號規(guī)格，以提高其設(shè)計中的性能。

USB電源傳輸規(guī)范

USB Type C連接器支持通過兩對數(shù)據(jù)針中的每一個進行10 Gbps的數(shù)據(jù)傳輸。當按照USB-IF 2017年9月發(fā)布的USB 3.2標準中的規(guī)定使用兩對數(shù)據(jù)針時，這種帶寬支持將允許20 Gbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。

一直專注于模擬電路和電力傳輸、獲得7項專利的技術(shù)貢獻者Bruce Rose解釋說，優(yōu)化的USB3.1 Gen 2規(guī)范定義了一組數(shù)據(jù)和電源信號以及這些信號的特性。但是，它不涉及與信號一起使用的電纜。還應(yīng)注意，用于傳輸USB 3.1 Gen 2信號的電纜需要具有足夠的電流、電壓和信號完整性特征，以處理且不會降低USB 3.1 Gen 2信號。這也為今天推出的純供電USB Type C連接器埋下了伏筆。

他說，雖然USB 3.1 Gen 2規(guī)范支持10 Gbps通信速率，并且USB Type C連接器適用于這些速度或超過這些速度時的信號完整性，但電纜的長度和電纜結(jié)構(gòu)的質(zhì)量都可能是限制通信帶寬的一個因素。

至于USB Type C的安裝配置，工程師可以選擇兩種版本的插座將連接器安裝在PCB頂部（SMT）或PCB中的布線空間（中間安裝）。SMT版本插座在產(chǎn)品設(shè)計中需要考慮PCB和連接器的高度；中間安裝版本的插座允許更緊湊的設(shè)計，但沒有了在連接器下放置PCB布線的可能性。

USB SMT和中間安裝配置

總之，USB標準已被廣泛應(yīng)用于信號、連接器和電纜。而USB 3.1 Gen 2和USB Type C連接器的規(guī)格支持標準化的高速和大功率信號傳輸。符合標準的USB Type C插頭和插座設(shè)計可以支持USB 3.1 Gen 2數(shù)據(jù)傳輸速率，并且隨著標準的不斷發(fā)展，有望突破目前的10 Gbps限制。

蘋果也是功不可沒

2020初，歐盟杠上了蘋果，又一次討論統(tǒng)一所有智能手機、平板電腦的標準充電端口，方案就是USB Type-C，矛頭似乎指向了蘋果。而從目前蘋果規(guī)劃來看，其MacBook和iPad會逐步轉(zhuǎn)向USB Type C，iPhone最快也要到2022年。

前不久，歐盟立法機構(gòu)以絕對壓倒性優(yōu)勢通過了一項決議，旨在推動歐盟委員會采取行動，統(tǒng)一智能手機的充電解決方案。這意味著蘋果在歐洲地區(qū)的產(chǎn)品銷售方面必須要做點什么，以解決當前的接口爭議。

目前最新的iPad Pro和平板電腦已使用USB Type C接口，但是iPhone依舊使用Lightning接口，目前只提供Lightning到USB Type C的轉(zhuǎn)接線。歐盟的這一舉動勢必會影響到蘋果的設(shè)備在歐洲地區(qū)的銷售。

iPhone Lightning癡心未改

其實，蘋果與USB Type C早已結(jié)下了不解之緣。

·2015年，蘋果就發(fā)布了首款支持29 W USB PD快充的New MacBook，它是全球第一臺采用USB Type C接口的筆記本。隨機標配的29 W USB Type C充電器在當時已算得上“大功率”了。

·2017年，新款New MacBook的充電器升級到30W，支持5V 3A、9V 3A、15V 2A、20V 1.5A等規(guī)格，可以說是全面升級。

·2019年，蘋果新款MacBook Pro 16寸筆記本替代了原來最大功率87W的PD充電器，配備了更大功率的96W USB Type C電源適配器。這一舉措為第三方配件廠商帶來了無限商機，紛紛開辟全新快充產(chǎn)品線，推動了大功率USB PD快充在筆記本中的普及。

蘋果在筆記本采用USB Type C方面也算不遺余力。只是iPhone還是有所顧慮。蘋果是USB-IF的核心會員之一，參與了USB PD2.0、USB PD3.0等充電標準的制定，并且在USB Type C配件方面沒有單獨加密納入MFi（Made For iPhone）體系，避免了快充標準的碎片化，維護了USB Type C生態(tài)鏈的完整性，這點行業(yè)有目共睹。

行業(yè)已有共識：未來5年內(nèi)，USB Type A和USB Type C將會是主流充電接口，而未來十年，所有接口都將被USB Type C口取代，一個USB Type C充電器就能解決手機、筆記本電腦、相機、剃須刀等一切電子產(chǎn)品的充電問題。而面對大勢所趨，蘋果iPhone更換USB Type C接口是早晚的事。

值得一提的是，相比手機充電接口，筆記本DC電源接口標準諸侯割據(jù)才是行業(yè)的悲哀，轉(zhuǎn)向USB Type C迫在眉睫。

筆記本DC電源接口亟待統(tǒng)一

USB Type C帶來的機遇

基本上，USB Type C標準只代表了當今手機和筆記本電腦等電子產(chǎn)品中的物理連接器，而USB 3.2等數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議只涉及電信號。這些標準彼此相當同義，不過，設(shè)計者可以在他們的系統(tǒng)中使用像USB 3.2這樣的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，同時實現(xiàn)與任何物理USB連接器標準無關(guān)的專有連接器。

類似的邏輯也適用于USB PD規(guī)范。如USB PD 3.0標準中所定義的，USB Type C連接器支持高達5 A的額定電流和20 Vdc的額定電壓，可以提供高達100 W的功率。雖然兩者經(jīng)常在一起，但電源傳輸規(guī)范實際上是由充電電路控制的，且僅受物理USB Type C連接器的電壓和電流額定值的限制。然而，正是USB Type C更高的功率能力為其在電力傳輸領(lǐng)域創(chuàng)造了新的機遇。

USB Type C供電更具優(yōu)勢

標準的24觸點USB Type C連接器支持高達100 W的電源傳輸，但其16個觸點是用來傳輸數(shù)據(jù)的，另有4個電源觸點和4個接地觸點。事實上，許多應(yīng)用都需要大量的電力，卻不需要數(shù)據(jù)傳輸。這時，USB Type C就成了取代標準直流電源連接器一個有吸引力的選擇，也為工程師提供了可能感興趣的解決方案。

USB連接器無處不在，使用USB作為電源傳輸方法的最大好處是標準化。而USB Type C作為許多電子設(shè)備中的通用連接器，也不斷迎來發(fā)展機遇。上面說過，歐盟已經(jīng)在推動將Type C連接器作為在其成員國銷售的所有設(shè)備的標準。不可低估的是，只需要一根現(xiàn)成的電纜就可以連接到各種各樣的設(shè)備，從而為最終用戶提供了極大的便利。

CUI Devices工程副總裁Jeff Smoot認為：“在許多不同產(chǎn)品中使用單一的現(xiàn)成電纜類型的便利性對最終用戶來說是極其誘人的。但最終用戶并不是唯一受益的人，因為由于USB的廣泛使用，OEM也可以進入穩(wěn)定的供應(yīng)鏈，而其標準化提供了一定程度的互操作性和簡化的設(shè)計集成。USB Type C連接器還具有比大多數(shù)直流電源連接器更小的占位面積，匹配周期額定值高達10000次，魯棒性和可靠性可見一斑?！?/p>

成本、復雜性和故障率走低

去掉16個數(shù)據(jù)傳輸觸點的USB Type C連接器簡化了設(shè)計，不僅降低了零件成本，而且降低了復雜性和故障率，減少了可能發(fā)生故障的觸點和焊點。雖然不能用于傳輸數(shù)據(jù)，但它可以與傳輸數(shù)據(jù)和電源的任何標準USB Type C電纜配合使用，因此最終用戶在與產(chǎn)品交互時不需要額外的步驟或硬件。

也許有人認為，因為這些連接器不傳輸數(shù)據(jù)，他們只需要一個特殊的僅限于供電的USB Type C電纜。但事實并非如此，因為它們可以用任何標準的數(shù)據(jù)+電源USB Type C電纜進行連接，因為沒有額外的硬件或功能要求，這進一步增加了便利性。
需要注意的是，沒有了數(shù)據(jù)傳輸觸點，則不會發(fā)生USB 3.0電源協(xié)商過程。這意味著充電設(shè)備將默認為5 V和1 A的USB標準電源傳輸速率。對于所有其他情況，純供電USB Type C連接器的功能將像任何其他電源插座一樣，由適配器/充電電路來控制充電。

其他功率考慮因素

USB Type C連接器已經(jīng)在許多應(yīng)用中找到了歸宿，但是DC電源連接器和其他專用電源連接器仍然有它們的用途。首先，由于USB Type C連接器的硬上限為100W，因此不適合需要超過100W的設(shè)計。USB Type C的標準化封裝外形也提供了一系列優(yōu)點，但如果設(shè)計需要其他封裝外形或封裝尺寸，則可能會受到限制。簡單地說，如果需要一個更高度定制的解決方案，USB Type C可能會受到其標準化（占用空間、大小和規(guī)格）的限制。

USB Type C將逶迤前行

USB Type C連接器和電源傳輸標準為電源管理和傳輸開辟了一條新途徑。雖然不是最終解決方案，但其強大的功能和全球標準化使其成為許多不同產(chǎn)品的最佳選擇。

純供電USB Type C插座具有成本低，設(shè)計集成簡單，在供電是唯一功能的情況下，為設(shè)計師提供了更多的供電選擇。

刪繁就簡，純供電USB Type C將加快其在更多應(yīng)用中的普及，必將普惠眾生！
?