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Type-C到底強在哪?了解USB接口的發(fā)展史,看這一篇就夠了

作者:發(fā)布時(shí)間:2018-12-12657784 次瀏覽

USB接口可能是這個(gè)世界最通用的接口之一,已有24年歷史,我們大多數人見(jiàn)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(gè)個(gè)不通用、反人類(lèi)的爛接口被棄用。為什么USB能經(jīng)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(lái)聊一聊USB的發(fā)展和意義。 

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USB接口即其外觀(guān)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(kāi)來(lái)講。

  

我們熟知的USB2.0

USB全稱(chēng)Universal Serial Bus(通用串行總線(xiàn)),于1994年被眾多PC廠(chǎng)商確立,以解決當時(shí)PC接口不統一的問(wèn)題。對于USB接口的結構,相信每個(gè)人都不陌生。在下圖的4個(gè)觸點(diǎn)中,分別負責包括負責供電的Vbus、GND端子、用來(lái)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。

 

USB.2.jpg

 隨著(zhù)移動(dòng)設備的高速發(fā)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(lái)越易用的USB接口。

多數90后的同學(xué)見(jiàn)證了Mini USB的興衰的,這種接口在MP3、MP4盛行的時(shí)代大行其道,其采用梯形設計以避免用戶(hù)誤差,但它基本只解決了USB體積大小的問(wèn)題。

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隨著(zhù)安卓手機占領(lǐng)大街小巷,其搭載的Micro USB接口也火爆起來(lái),因此直接叫它“安卓口”的人也大有人在。而Micro USB發(fā)布于2007年,并在2009年得到了全球通信協(xié)會(huì )的認可。眾手機廠(chǎng)商達成協(xié)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(guò)插頭底部的凸槽提高了連接穩定性,接口壽命也得到延長(cháng)。

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USB Type-C則是目前全新的USB接口,在筆者看來(lái)它幾乎解決了過(guò)去USB接口的所有缺陷,包括無(wú)需區分正反,最高可支持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(huà)下。在插入USB-C插口時(shí),你能聽(tīng)到一聲清脆的聲音,這個(gè)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(zhù)無(wú)數工程師的心血。

 

USBABC.jpg

USB Type-C的針腳達到了24個(gè),而碩大的USB Type-A最初僅有4個(gè),使人不得不贊嘆科技的發(fā)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(jiǎn)稱(chēng)為Type-C,雖然一語(yǔ)中的但它有更準確的簡(jiǎn)稱(chēng)——USB-C,蘋(píng)果給我們開(kāi)了個(gè)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(fā)布于PC方興未艾的2000年,而它的繼任者USB3.0已經(jīng)是2008年的事。肉眼看來(lái),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(gè)引腳基礎上,USB 3.0加入了5個(gè)全新引腳,除了一個(gè)電源接地引腳外,是2對分別負責讀取和寫(xiě)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(jìn)行數據傳輸,主要原因是USB 3.0工作時(shí)會(huì )在2.4Ghz頻段會(huì )產(chǎn)生嚴重的干擾,簡(jiǎn)單理解是由電磁感應現象導致。所以在手機上使用USB3.0進(jìn)行數據傳輸時(shí),同樣工作在2.4Ghz頻率的WIFI傳輸和PC無(wú)線(xiàn)設備會(huì )受到干擾,傳輸不穩定。USB 3.0U盤(pán)工作時(shí),無(wú)線(xiàn)鼠標會(huì )不受控制即是這個(gè)原因。數據傳輸在如今的云時(shí)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(fā)布后對USB3.0進(jìn)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(guò)修改傳輸協(xié)議等方式,傳輸速度翻了番,達到了10Gbps。而USB-C接口也是隨著(zhù)USB 3.1規范而推出的。

 

我們再來(lái)觀(guān)察上述USB-C的引腳圖,在了解了USB3.0USB3.1規范后,這下就能?chē)L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(jìn)行USB Power Delivery充電,而它的簡(jiǎn)稱(chēng)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(chǎng)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(xié)議、音而其他廠(chǎng)商也可以用它進(jìn)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(jìn)化,達到了近乎最強形態(tài),傳輸數據可以達到10Gbps,傳輸電力在USB PD支持20V5A最高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(lái)了在任何數碼設備傳輸任何數據的廣闊空間。

關(guān)于USB-C的不分正反問(wèn)題,也是全新的CC引腳的功勞,由于USB-C的兩側并不對稱(chēng),CC引腳可以判斷出此時(shí)USB-C插入的方向,進(jìn)而控制其他引腳的傳輸方式,最終實(shí)現不分正反。

 

在不遠的未來(lái),USB-C To USB-C數據線(xiàn)將成為市場(chǎng)主流,在任何情況下我們都可以使用這一根線(xiàn)纜連接手機、電腦、投影儀、充電器,以后就再也不用拿著(zhù)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(fā)揮。而搭載USB 3.2的設備也將于2019年正式與我們見(jiàn)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(guò)直連PCI-ECPU以達到超高速傳輸,帶寬甚至滿(mǎn)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(xié)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收編的還有手機上著(zhù)名的高通QC充電協(xié)議,由于過(guò)去的Micro USB接口只支持2A電流,因此5V2A無(wú)法滿(mǎn)足快充需求,高通修改了MiroUSBD+、D-引腳,發(fā)展出了QC 2.0、QC 3.0兩代快充,最高速度可達到12V2A,但在USB-C提出后,使用全新的CC引腳進(jìn)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(xié)議擁抱了USB PD 3.0充電協(xié)議,進(jìn)行了兼容。

在文章的最后來(lái)所說(shuō)說(shuō)各家手機廠(chǎng)商的快充實(shí)現,首先是行業(yè)大哥蘋(píng)果,蘋(píng)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(guò)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(zhù)老大哥高通,雖支持QC4但由于成本和CtoC線(xiàn)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(zhù)Micro USB接口。

結語(yǔ)

USB接口之所以能夠27年屹立不倒,筆者認為是其開(kāi)放態(tài)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(zhù)USB 2.0的支持,D+D-這兩條引腳如今已經(jīng)很少使用,但USB-IF一直敞開(kāi)著(zhù)懷抱。而擁抱開(kāi)放還是保持閉塞,高通和英特爾已經(jīng)用QC4快充和Thunderbolt給出了答案。


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