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2021年5月，USB-IF發(fā)布了最新的USB PD 3.1標(biāo)準(zhǔn)，在這個(gè)版本中最大的一個(gè)亮點(diǎn)就是，其支持的最大輸出功率從之前USB PD 3.0的100W，提升到了240W！從名字來(lái)看，3.1版本可能只是3.0版本的一個(gè)小突破，但是就功率而言，卻是質(zhì)的提升。USB PD3.1和之前的版本到底有哪些區(qū)別呢？

回看2010年，那時(shí)的USB BC1.2只能支持7.5W的輸出功率（5V/1.5A），在十年間，USB的電力傳輸能力增長(zhǎng)到原來(lái)的32倍，這個(gè)成績(jī)太拿得出手了！USB接口最早被賦予的角色就是傳輸數(shù)據(jù)。沿著這個(gè)“人設(shè)”，USB數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)演化到了USB4。不過(guò)數(shù)據(jù)傳輸并非USB接口的唯一功能，與其并駕齊驅(qū)的還有另外一條標(biāo)準(zhǔn)線，那就是電源傳輸——畢竟，一個(gè)能夠同時(shí)完成數(shù)據(jù)和電源傳輸?shù)慕涌?，才能滿足用戶日益增長(zhǎng)的需求，由此也就誕生了USB PD（USB Power Delivery）標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)際上，今天在不少應(yīng)用中，電源傳輸（而不是數(shù)據(jù)傳輸）往往是USB接口的唯一功能。

USB PD標(biāo)準(zhǔn)歷程

據(jù)統(tǒng)計(jì)，自發(fā)布以來(lái)，USB PD已經(jīng)經(jīng)歷了第14次更新，下面我們就來(lái)一起來(lái)回顧一下USB PD一路走來(lái)幾個(gè)重要的大版本更新。

圖1：USB接口相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展過(guò)程

（圖片來(lái)源：安森美）

USB PD的前身是USB-IF發(fā)布的電池充電（Battery Charging, BC）規(guī)范，主要是為了解決通過(guò)USB接口為電子設(shè)備充電的問(wèn)題，BC1.2支持的充電率為7.5W（5V/1.5A），但是隨著智能手機(jī)等設(shè)備的電池容量越來(lái)越大，這樣的功率水平顯然不能滿足用戶的需求，很多時(shí)候還需要同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和電源傳輸，BC規(guī)范顯然力不從心了，因此USB-IF就定義了一個(gè)全新的USB PD標(biāo)準(zhǔn)。

2012年發(fā)布的USB PD 1.0將最大傳輸功率從7.5W提高到了100W（20V/5A），且定義了18W、36W、60W和100W四個(gè)功率等級(jí)。彼時(shí)USB Type-A/B接口還是主流，因此USB PD1.0為了不影響Type-A/B接口中數(shù)據(jù)線（D+，D-）上的數(shù)據(jù)傳輸，最初是考慮利用VBUS母線進(jìn)行PD協(xié)議的傳輸。但是，由于PD協(xié)議的通信信號(hào)與電源以及USB數(shù)據(jù)之間的信號(hào)完整性等問(wèn)題，一直沒(méi)有找到令人滿意的解決方案，因此USB PD 1.0并沒(méi)有在市場(chǎng)上引起很大的波瀾。

于是在2014年，USB PD 2.0來(lái)了，而且伴隨它而來(lái)的還有一個(gè)全新的USB物理接口標(biāo)準(zhǔn)USB Type-C。在USB Type-C中，定義了專(zhuān)門(mén)用于PD協(xié)議傳輸?shù)腃C線，負(fù)責(zé)在供電和受電設(shè)備之間協(xié)商電力協(xié)議，支持由4種電壓（5A、9A、15A、20A）和2種電流（3A、5A）組合而成的7個(gè)電源數(shù)據(jù)對(duì)象（PDO）——也就是功率等級(jí)，這就使得更精密、更高功率的電源傳輸成為可能，而且可以實(shí)現(xiàn)供電和受電設(shè)備之間的角色轉(zhuǎn)換，電力的雙向傳輸。由此，今天我們所見(jiàn)的USB PD標(biāo)準(zhǔn)的輪廓也就初步成型了。

圖2：USB PD協(xié)議的工作流程

（圖片來(lái)源：安森美）

接下來(lái)，2015年底USB PD 3.0標(biāo)準(zhǔn)推出，與2.0相比增加了對(duì)設(shè)備內(nèi)置電池特性更為詳細(xì)的描述，增加了通過(guò)PD通信進(jìn)行設(shè)備軟硬件版本識(shí)別和軟件更新的功能，增加了數(shù)字證書(shū)及數(shù)字簽名功能，使得這一標(biāo)準(zhǔn)更為完善。但是此時(shí)，市場(chǎng)上的快充標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成井噴之勢(shì)，高通的QC、聯(lián)發(fā)科PE、OPPO的VOOC、華為的SuperCharge等標(biāo)準(zhǔn)紛紛入場(chǎng)，USB PD也面臨這前所未有的競(jìng)爭(zhēng)壓力。

為了應(yīng)對(duì)這樣的挑戰(zhàn)，USB-IF組織在2017年2月發(fā)布了USB-PD 3.0標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)重要更新——可編程電源PPS（Programmable Power Supply），由此一舉奠定了自己在快充領(lǐng)域的統(tǒng)治地位。

這主要是因?yàn)?，PPS做了兩件卓有成效的工作：

PPS中將USB PD供電電壓/電流的顆粒度做了進(jìn)一步的細(xì)化。上文提到，USB 2.0中支持七個(gè)PDO（電源等級(jí)），而在USB-PD 3.0 PPS中，PDO的可編程電壓可在3.3V到21V之間以20mV步進(jìn)進(jìn)行設(shè)置，同時(shí)可編程的電流則可以在5A內(nèi)以50mA步進(jìn)進(jìn)行設(shè)置，此舉使得整個(gè)電力傳輸過(guò)程中，可以根據(jù)受電方的實(shí)際情況靈活地調(diào)整功率，采用最佳的供電策略，有利于供電效率的提升。與其他同類(lèi)快充標(biāo)準(zhǔn)相比，優(yōu)勢(shì)明顯。

在PPS中進(jìn)一步強(qiáng)化了USB PD與USB Type-C這個(gè)物理接口的“強(qiáng)綁定”關(guān)系，對(duì)于其他基于USB Type-C進(jìn)行電源傳輸?shù)目斐錁?biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了“收編”，基本上收錄了市場(chǎng)上主流的快充標(biāo)準(zhǔn)。至此，USB PD在快充江湖的統(tǒng)御地位也就確立了。

坐穩(wěn)了快充江湖的頭把交椅，USB PD的下一步會(huì)怎么走，也就成了大家好奇的地方。這不，新近推出的USB PD 3.1就給出了一個(gè)答案。

 USB PD 3.1的“野心”

如果細(xì)究起來(lái)，其實(shí)240W的最高輸出功率，只是USB PD 3.1中一個(gè)比較“拉風(fēng)”的標(biāo)簽，實(shí)際上這次版本更新的地方并不止于此。具體來(lái)講，包括以下幾項(xiàng)：

 USB PD 3.1將原有的USB PD 3.0內(nèi)容定義為“標(biāo)準(zhǔn)功率范圍（SPR）”，而在此基礎(chǔ)之上，增加了“擴(kuò)展功率范圍（EPR）”，前者的最高輸出功率還是100W，而后者則最高支持240W。

為了支持EPR，USB PD 3.1新增加了28V、36V和48V三個(gè)固定電壓檔，支持的最大輸出電流仍為5A，最高可以達(dá)到240W。

同時(shí)，USB PD 3.1還新增三種可調(diào)電壓檔（AVS），可以從15V到28V、36V、48V三種最大電壓間，以最小100mV步進(jìn)進(jìn)行調(diào)壓，并且繼續(xù)沿用基于PDP的恒功率限制模式。

圖4：USB PD標(biāo)準(zhǔn)和目標(biāo)應(yīng)用

可見(jiàn)，USB PD 3.1的目的就在于：在傳承PPS精細(xì)化的功率調(diào)節(jié)優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步擴(kuò)大所支持的功率范圍，這也就使得USB PD可覆蓋領(lǐng)域大大擴(kuò)展，未來(lái)游戲筆記本、服務(wù)器、電動(dòng)工具、通信電源、電動(dòng)自行車(chē)都有望被圈入U(xiǎn)SB PD的版圖之中。這應(yīng)該就是USB PD 3.1的市場(chǎng)“野心”所在。

 廠商聞風(fēng)而動(dòng)

正是意識(shí)到USB PD 3.1將帶來(lái)的巨大市場(chǎng)前景，相關(guān)的技術(shù)供應(yīng)商已經(jīng)聞風(fēng)而動(dòng)。

英飛凌已經(jīng)推出了首款支持USB PD 3.1的高壓MCU——EZ-PD™ PMG1（Power Delivery Microcontroller Gen1），該器件集成了經(jīng)市場(chǎng)驗(yàn)證的USB PD協(xié)議棧，能實(shí)現(xiàn)可靠的性能和高互操作性，支持USB PD 3.1規(guī)范中定義的240W更大功率。如此快的響應(yīng)速度，很是令人佩服。

圖5：支持USB PD 3.1的EZ-PD™PMG1微控制器

（圖片來(lái)源：英飛凌）

PMG1 MCU采用Arm Cortex-M0/M0+處理器，片內(nèi)集成了256 KB閃存和32 KB SRAM、USB全速級(jí)外設(shè)、GPIO引腳、門(mén)驅(qū)動(dòng)電路、LDO和高壓保護(hù)電路。此外在安全性方面，該器件還提供硬件和固件保護(hù)，包括過(guò)壓和過(guò)流保護(hù)、短路和反向電流保護(hù)、安全固件啟動(dòng)和簽名固件更新等。

同時(shí)，PMG1 MCU內(nèi)置可編程模擬和數(shù)字模塊，有助于將定制智能模擬傳感器集成到應(yīng)用中；它還支持現(xiàn)場(chǎng)編程，支持簽名固件更新，可以有效提升開(kāi)發(fā)的靈活性和效率。

每一次技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的升級(jí)和更新，都是令人興奮的。而想要透徹地理解這個(gè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，就免不了也來(lái)一個(gè)“哲學(xué)三連問(wèn)”——它是誰(shuí)，從哪里來(lái)，要到哪里去？通過(guò)本文，想必大家對(duì)于USB PD應(yīng)該會(huì)有一個(gè)更為清晰的洞察。未來(lái)應(yīng)該如何與這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)伴同行？路，已經(jīng)在你的腳下。你對(duì)USB PD 3.1標(biāo)準(zhǔn)中最大輸出功率為240W是怎么看的？USB PD未來(lái)發(fā)展走向如何？歡迎在文末留言參與討論。