USB Type-C 眼见也许不为实

《电脑爱好者》2016年第1期 2016-07-28 10:33专题 标签:USBType-C接口

USBType-C接口无疑是2015年科技界的“宠儿”,无论是PC主板、笔记本、手机或是平板身上都能看到它的影子。实际上,USB Type-C就是眼见不一定为实的典型范例,因为外表相同的USB Type-C接口中,在功能和性能上可能存在着云泥之别。

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让USB Type-C引起广泛关注的MacBook12

 

什么是USB Type-C

USB Type-C这么火,那它到底是个啥?实际上,USB Type-C就是一种物理接口的定义规范,与我们熟悉的SATA、HDMI、Lightning没什么分别,只是它的倡导者是USB推广小组,因此我们习惯将其视为下一代USB的通用接口。

具体来说,USB Type-C接口的尺寸为8.3mm×2.5mm,大小与时下主流的Micro-USB相当(图1),而它却参考了苹果Lightning的杀手级卖点:反正都能插。此外,USBType-C接口内涵更多的24个针脚,也因此获得了无限的可能:更高速的USB传输速度、高达100W的供电潜力、轻松传输4K级别的视频信号,造就了“N合1”的全能属性(图2)。

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图1

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图2 :MacBook 12通过扩展坞可让USBType-C轻松实现一拖多

可惜,USB Type-C的“全能”只是理论层面。虽然目前配备USB Type-C接口的设备无数,而且它们的接口、数据线看起来也是一般无二,但赋予USB Type-C的功能和性能却出现了极大的差异。接下来,就让我们深入扒一扒USB Type-C接口的表面之下的秘密吧。

USB2.0还是USB3.x

作为下一代USB标准的USB Type-C,很多用户都会将它与USB3.1划上等号。在这里就需要普及一个常识了:

USB Type-C只是下一代USB接口的物理结构标准,无论是USB3.1、USB3.0还是USB2.0,它们都能选USB Type-C作为自己的接口。比如,目前在售配备USB Type-C接口的手机中,只有ZUK Z1和Lumia 950/XL的接口支持USB3.0(符合USB3.0标准的Type-C又称“USB 3.1 Gen1”)(图3),而像乐视手机、一加2、魅族Pro5等手机依旧停留在USB2.0阶段。换句话说,USB Type-C能否达到USB3.1或USB3.0的速度,关键还得看(配备USB Type-C接口的)设备有没有内置相关的主控芯片,和是否采用USB Type-C标准的接口没有半点关系。

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图3 :ZUK Z1手机

小提示

之所以USB3.0一直没能在手机领域普及开,是因为设备在以USB3.0模式进行数据传输时会对网络信号造成干扰,容易引起网络掉线等问题。而USB3.1主控芯片还不成熟,所以现阶段依旧是USB2.0一统江湖的局面。

此外,USB Type-C接口也并非是USB3.1的唯一选择,标准的USB(Type-A)和Micro-B型接口同样可以做到USB3.1的速度。比如(图4)的SSD移动硬盘就是选择了Micro-B型的USB3.1接口。

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图4

火速链接

更多有关USB Type-C和USB3.1之间的关系,感兴趣的读者可以参考本刊2015年05期《不服测个速? USB3.1上演“极速风暴”》这篇文章。

供电参数取决电源芯片

网上有一种说法,称USB Type-C可带来100W的电力传输能力,因此可以作为移动设备(主要以笔记本为主)的充电接口来使用。不过,这个功能却并非所有USB Type-C都能享用,因为它需要额外的硬件支持:符合“USB-PD”(USB Power Delivery)协议标准的电源管理芯片(图5),而且需要在设备(如笔记本)和充电器两端都加入此类芯片才可以。

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图5

小提示

标准的USB Type-C接口最高支持5V/5A的供电参数,而加入USB-PD协议芯片的目的则是将其提升到20V/5A标准。此外,标准的USB Type-C型数据线最高仅支持3A的电流,如果某款大功率设备想使用USB Type-C作为充电接口,还需配备单独定制的USB Type-C充电线。

可惜,USB-PD协议芯片的成本较高,部署起来也需要一定的研发实力。所以时至今日,只有苹果新MacBook 12和谷歌的ChromebookPixel 2直接将USB Type-C作为了充电接口(图6 )。

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06-1(和06拼在一起)

图6 :Chromebook Pixel 2笔记本

网上还有一个说法,由于USB Type-C的供电能力在标准的MicroUSB接口之上,所以基于前者设计的智能手机都能获得更快的充电速度。这个说法就更不靠谱了,一款手机是否支持快充与采用USB Type-C还是MicroUSB接口无关,关键还是在有没有搭配符合快充协议的电源管理芯片。

比如,一加手机2等手机虽然配备了USB Type-C接口,但依旧仅支持标准的5V/2A(10W)充电。而同样采用USB Type-C接口的乐视手机1S和魅族Pro5(图7~8),则分别通过额外的高通QC2.0快充芯片和联发科MTK Pump Express Plus快充芯片,获得了最高24W的充电能力。

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图7

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图8

总之,与传统的USB Type-A和MicroUSB接口相比,USB Type-C接口虽然在理论上可承载更大的电压(5V~20V)与电流(3A/5A),但实际可以享用多少就取决于具体的电源管理芯片和数据线的质量了。我们可以将USB Type-C理解为直径10cm的水管,MicroUSB接口就好似5cm的水管,但在单位时间里可以流出多少水,还得看水龙头(电源管理芯片)的规格。

不是谁都能传输视频

在手机领域,很多手机可通过Micro USB实现MHL视频输出功能,而在最新款笔记本身上我们也能看到和USBType-C长得一模一样的雷电3(Thunderbolt 3)接口。那么,配备USBType-C的手机还能实现MHL功能吗?笔记本上的USB Type-C是否就等于雷电3呢?

USB Type-C与MHL

对老款手机而言,MHL本来就是一个可选功能,需要手机内部集成相关的解码芯片,而MHL线缆再通过对Micro USB接口的5个脚针重新定义从而完成视频输出(图9)。到了USB Type-C时代,MHL依旧是一个可选功能,只是MHL联盟与USB推广小组针对USB Type-C做了进一步的优化。

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图9

简单来说,USB Type-C的MHL功能被列入全新的“MHL AlternateMode”(MHL Alt Mode)协议规范(图10)。该补充协议包含了对USB Type-C转HDMI Type A连接线、USB Type-C协议转换适配器和支持MHL Alt Mode的MHL扩展坞的支持。与MicroUSB的MHL功能相比,采用MHL Alt Mode协议的USB Type-C可通过USB标准ID、供应商定制消息以及MHL功能指示来显示支持USB PD,也可同步传输MHL音视频、USB功能和充电功能,而且无需改变MHL接收端上的引脚定义/映射。

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图10

目前配备USB Type-C且支持MHL功能的手机主要以乐视手机为主,如果某款手机支持该功能,一定会在产品参数页作为卖点标出(图11),大家可以根据需要加以留意。

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图11

USB Type-C与雷电3

雷电(Thunderbolt)的发展算是比较“悲催”的,因为它一直就没有属于自己的物理接口,只能依附在其他协议的物理接口之上。比如雷电1和雷电2使用的是miniDP(Mini DisplayPort)(图12),而最新的雷电3则以附属在USB Type-C之上,而这也就是为什么USBType-C和雷电3长得一模一样的原因。

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图12

英特尔六代酷睿处理器平台(Skylake)原生支持USB Type-C和雷电3,但笔记本厂商抢先武装雷电3接口的热情并不高。原因很简单:成本。雷电3涉及到PCIE通道的重新分配问题,布置起来有一定难度,所以仅被一些定位高端的六代酷睿笔记本所采纳。

总之,笔记本身上的USB Type-C接口不一定支持雷电3,但雷电3接口一般都能向下兼容USB3.1。为了将二者区别开来,在雷电3接口旁边会强制性地印有闪电的标识(图13),而雷电3的传输线缆内部也需要集成英特尔授权的物理芯片(图14 图注:本图仅供参考),普通的USB Type-C数据线是无法直接传输雷电3的视频画面的(需配备转接头)。

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图13

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图14 :本图仅供参考

USBType-C线的隐患

在我们的印象中,随便一根MicroUSB数据线,既可以用在平板电脑身上,也能用于智能手机,而且几乎不存在任何兼容性和安全方面问题。很遗憾,当数据线步入USB Type C时代后,我们在购买兼容数据线时就不能如此草率了。

武装USB Type C接口是一加手机2的主要卖点之一,但它标配的那根USB TypeC数据线却“闯了祸”。

简单来说,USB Type-C的接口有一组CC阵脚(图15),专门判断是否插入设备、方向,以及其他的设定。根据USB Type-C 1.1的定义规范,需要为USB TypeC公头的CC接脚配上1组56kΩ±5%规格的电阻,用于防止大电流事故。可惜,一加手机2的USB Type C数据线没有严格按照USB Type-C1.1标准执行(图16),仅选用了10kΩ的电阻器,导致数据线会发送错误的信息给到充电器/电脑,让它们“以为”另一头的设备可以承受3A的大电流。

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图15

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图16

问题来了,一加手机2的USB Type C数据线无法承载3A大电流,但它会错误的让充电器以为它可以支持3A的电流通过。于是问题就严重了,像NEXUS6P/5X等手机支持5V/3A快充,如果你用了一加手机2的USB Type C数据线,很可能导致数据线甚至手机烧毁。有些电脑已经配备了支持快充的USB接口,使用一加手机2的数据线给NEXUS 6P/5X这类支持超过2A大电流的手机充电,也会导致电脑的USB接口直接过载超负荷,安全隐患同样非常严峻。

可见,虽然USB Type-C数据线长得都是一般无二,但一些小细节的差异却可能产生严重的安全隐患。因此,我们在购买兼容USB Type C数据线(包括转接头)时千万不要贪图便宜,同时也希望手机厂商也能更用心地准备安全配件,不要再出现一加手机2数据线的尴尬。

小结

USB Type-C最大的意义就是有望终结无数的USB接口标准(图17),而它又好似一个DIY平台,厂商可以根据需求,通过加装不同的协议芯片激活24个针脚的隐藏功能。为了方便让用户区分外观一致USBType-C接口的不同功能,USB-IF组织为USB Type-C接口制定了一系列的Logo(图18),比如拥有“SS”和“SuperSpeed”等标志代表该接口支持USB3.0;拥有“SuperSpeed+”、“10”、“10Gbps”标识代表支持USB3.1;以电池图样作为背景的USB Type-C代表集成了USB-PD芯片,可作为设备的充电接口。可惜,USB-IF组织定制的这一标识需要授权费(每年约4000美元),能否在行业内普及还是未知数。

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图17

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图18

扩展阅读:Type-C的缺点

USBType-C的开放性和灵活性存在BadUSB漏洞,黑客可避开数据读取区,将恶意代码存放在USB设备控制器的固件存储区,让用户在没发现它之前就将恶意代码感染给电子设备,而这个隐患暂时还没有太好的解决方案。此外,由于USB Type-C接口和线缆做工要求比MicroUSB更高,为了保证传输速度和供电质量,普遍更短更粗(相对)。