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攻克了这个技术难题,USB Type-C就离真正爆发不远了

2016/01/04
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阅读需 36 分钟
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小编语:USB Type-C 已经让业界激动了一整年,如果能解决掉最后的干扰难题,应用爆发确实不远了,而芯片厂商在这一新的接口技术上面的投入也将看到回报。目前能看到的这一新技术催生了一些新型芯片的需求,且它本身的性能提升将促使终端接口出现新一轮更迭,这些对芯片产业都是大大的利好,就看谁能抢得先机,争取到 3C 和手机品牌的大客户订单了……

USB Type-C 将带来更快速与便利的传输体验,并有望一统过去纷杂的高速传输介面,因此备受众家厂商看好。随着晶片商陆续克服 USB Type-C 缆线与讯号干扰等设计挑战后,USB Type-C 应用可望在 2016 年全面出笼。

USB Type-C 应用商机将全面引爆。新一代 USB Type-C 连接器因具备正反面皆可插拔的特性,且能在同一条 USB 缆线上实现数据、影音与电力传输,发展前景备受看好。近期苹果、Google、微软及小米等品牌厂接连推出搭载 USB Type-C 接口的智慧型手机、平板与笔记型电脑,更将此技术之发展热潮推向高峰。


据了解,USB Type-C 是一种新的接口规格,正确名称为“USB Type-C”或“USB-C”,其相容于 DisplayPort、MHL 与 Thunderbolt 3 等高速影音传输介面,并可选择性加入支援 USB 3.1 Gen 1(5Gbit/s)和 USB 3.1 Gen 2(10Gbit/s)、USB PD(充电功率达 100 瓦,20V/5A)及替代模式(Alternate Mode)等功能。

由于 USB Type-C 功能组合与充电模式多样,因而容易发生线缆与终端装置规格不匹配的情形,亦促使电子标记(E-marker)晶片角色日益突显。

强化线缆安全性 E-marker 晶片扮要角

图 1 威锋海外新事业发展部经理 Terrance Shih 指出,USB Type-C 较适合搭载于行动装置,其不见得会取代 USB Type-A 或 USB Type-B 的产品。

 

USB Type-C 气势如虹,众家厂商为抢搭此波商机纷纷投入开发,然而,不见得每一条 USB Type-C 线缆都能进行高功率充电,因此消费者一旦使用错误规格的线缆充电,恐将促使装置无法顺利运作,严重时更将导致线缆烧毁,为防止上述情形发生,便须导入 E-marker 晶片,藉以大幅增进安全性。

威锋海外新事业发展部经理 Terrance Shih(图 1)表示,USB Type-C 搭载 PD 后,可组合成多种充电模式,同时由于市场上 USB Type-C 线缆规格众多,消费者若未审慎分辨并选用适合自家装置规格的线缆,将容易导致使用体验不佳,甚至造成装置损坏,而 E-marker 晶片可详细记录线缆功能与规格,并将相关资料传递给 USB Type-C 应用装置,以确保装置与线缆间能顺利运作,提升产品品质与安全性。

Shih 进一步指出,尽管 USB-IF 协会对 USB Type-C 线缆与充电规格有明确定义,但有些线缆制造商并未真正深入了解,因而制造出错误规格的线缆,导致消费者无法使用。另一种情形,则是消费者购买的线缆虽然符合充电规格,但因与装置本身规格定义不匹配而无法正常运作。

为了解决上述的困扰,USB Type-C 线缆必须搭载 E-marker。因为 E-marker 会预先烧入各式线缆规格、电流承载大小等资料,故终端装置能藉由该晶片来得知线缆能提供何种充电模式,藉以达到防护效果。

有鉴于 E-marker 对 USB Type-C 应用发展的重要性,威锋很早就展开相关晶片布局,并于 2015 年中量产第一代 E-marker 晶片,至今已出货约一百二十万颗;而该公司近日发布的第二代 E-Marker 产品,尺寸进一步缩小,可提供 DFN10 3×3 毫米与 DFN8 3×2 毫米两种封装尺寸,已取得 USB-IF 协会认证,预计于 2016 年第一季导入量产。

除了线缆设计须谨慎小心之外,由于 USB Type-C 的传输速度一举从 5Gbit/s 跃升至 10Gbit/s,亦将面临诸多讯号干扰的问题。

 

 

 

实现 10Gbit/s 传输率 讯号干扰为首要挑战

祥硕产品中心资深经理张钦俞(图 2)表示,USB Type-C 欲统一众多介面,来提供更佳的资料、影音与电力传输。在资料传输上,其传输速度增进至 10Gbit/s、提升资料编码 / 解码效率,以及支援 Multiple-IN,同时也增进影音串流频宽,使其可传输更高解析度、即时且不会断讯的影音,并提升充电功率最大到 100W。

张钦俞指出,从 Apple、Google 发表的产品能观察到终端应用朝向美观、轻薄短小、简易操作与统一介面的趋势迈进,因此未来 USB 插槽将可能只剩下一个孔或两个孔可供使用,然而,在插孔有限的情形下,使用者却有诸多应用必须执行,因此传输的频宽便显得更为重要,故传输频宽也不断扩大,譬如 USB Type-C 便可支援最高达 10Gbit/s 的传输频宽。

图 2 祥硕产品中心资深经理张钦俞观察,未来应用朝轻薄美观发展,因此在 USB 插孔有限的情况下,提升数据传输频宽有其必要性。


张钦俞认为,尽管 USB Type-C 能提供众多优势,但也面临讯号干扰挑战。过去从 USB 2.0(480Mbit/s)迈向 USB 3.0(5Gbit/s)时,便曾遭遇讯号干扰的问题,而现今 USB Type-C 从 5Gbit/s 攀升至 10Gbit/s,其资料传输量变得更大,加上使用者的终端应用来源多元及系统连结复杂,在在皆使讯号干扰的挑战更为加剧。

张钦俞补充,虽然讯号干扰会成为 USB 3.1 的设计挑战,但此挑战并非无法克服,设计者可透过学习与经验累积来解决此问题。

此外,张钦俞认为相关的 USB Type-C 应用即将来临,并看好主控端、笔电和行动装置将成为日后的潜力应用;同时该公司为了抢进 USB Type-C 市场,亦积极投入开发主控端晶片,据悉,此产品已通过认证。

值得关注的是,新介面诞生,除了会遇到设计挑战,也将对旧有元件或应用市场带来新变化与影响。


冲击电源转换器市场 USB PD 减少充电配件

图 3 ROHM 中国台湾设计中心技术协理吴建霖表示,USB-C 的潜力应用如智慧手机、笔电、数位相机、外接式硬碟盒、列印机和汽车等。

 

商家厂商相继推出采用 USB Type-C 介面的笔电与智慧手机后,进一步助长其声势,然而,由于 USB Type-C 支援 USB PD 标准后,消费者只须利用具有 USB PD 功能的线缆,便能替各种装置充电,因此势必对电源转换器市场造成一定影响。

罗姆(ROHM)中国台湾设计中心技术协理吴建霖(图 3)表示,欧盟将于 2017 年时规定制造商须生产规格与介面能共用的充电器接头,来减少各式复杂的充电器废弃物,以达环保目的,此将促成 USB PD 更加蓬勃发展。

此外,USB PD 的优势包括可自动检测连接装置所需的功率,同时过去 USB 2.0 标准、USB BC 1.2 标准分别只能提供 2.5 瓦(W)、7.5W 的充电功率,但 USB PD 将功率大幅提升至 100W;任何搭载 USB Type-C 介面的终端装置如智慧手机、扩充基座、桌上型电脑、LCD 萤幕,甚至是汽车等,皆能透过 USB PD 线缆进行双向充电。

吴建霖指出,对消费者而言,有了 USB PD 之后,出国旅行毋须再携带各种终端装置的电源转换器,便能替各种装置充电,因此随着 USB PD 的发展,电源转换器商将受到较多冲击;而罗姆也看好 USB PD 的市场潜力,日前则推出外部元件较少且整合性较高的 USB PD 控制 IC,现今出货量约两百万颗,已有笔电、二合一(2 in 1)笔电、平板和行动电源等领域的厂商采用。

另一方面,因 USB Type-C 可提供影音与电源传输,未来当所有的影音讯号与电源皆整合至机上盒(Set Top Box),使用者可透过 USB Type-C 线缆连接至机上盒来传输影音与电源,故面板背后便毋须重复搭载整合影音与电源的印刷电路板(PCB),从而有助节省成本,以及驱动更薄的面板出现。

 


机上盒采纳 USB-C 催化薄型电视发展

USB Type-C 介面有助电视萤幕更加轻薄。USB Type-C 连接器可同时支援影音与电力传输,机上盒(STB)若搭载此一接口,将可透过一条 USB Type-C 线缆将影音讯号与电力传送至电视萤幕,让电视面板毋须再内建电源板,从而节省电视开发成本,并实现更轻薄的设计。

图 4 技流科技业务开发协理庄益林认为,USB Type-C 提供 10Gbit/s 的资料传输功能,可望加速 4K、8K 解析度的应用普及。

 

技流科技(GRL)业务开发协理庄益林表示,因 USB Type-C 支援 DisplayPort 等介面,加上又能传输电源,机上盒制造商若采用 USB Type-C 接口并整合影音和电源供应功能,日后电视萤幕只要以一条 USB Type-C 线缆与机上盒连接,便能获得影音与电力来源,可节省电视面板背后的印刷电路板,让电视萤幕更加轻薄。此外,USB Type-C 可提供 10Gbit/s 的资料传输功能,亦有助加速 4K、8K 解析度的产品问世。

庄益林进一步指出,由于 USB Type-C 整合多种影音介面,恐将对 HDMI 高速影音传输介面造成影响。因 HDMI、MHL 须要收取权利金,而 USB Type-C 毋须收取权利金,加上 HDMI 的接头较大及其架构问题,如果 HDMI 不改变接头,或改采 USB Type-C 的接头,当 USB Type-C 市场接受度提高及众多品牌大厂投入的情况下,HDMI 有可能渐渐被淘汰。

现今 USB Type-C 的产品可大约分成六种类型,包括笔电 / 平板 / 智慧手机;线缆;显示转换器(Dongle)/ 扩充基座(Docking);电视 / 萤幕;充电器等。而 USB Type-C 应用约分为以下四种:1. 仅具接头正反插功能;2. 支援正反插及影音输出;3. 支援正反插、影音和电源供 / 受电;4.Thunderbolt 3 支援 USB Type-C。

庄益林强调,由于 USB Type-C 能提供诸多应用,故相容性是待克服的挑战,若不相容的话,可能会导致上述功能无法运作,或促使线缆 / 装置烧毁,因此线缆多搭载 E-marker、Dongle 多搭载告示板(Billboard),以切换到正确的电源传输模式,提升安全性。

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