数据线也有“心脏”?USB Type-C线缆中的E-Marker芯片有啥用?

CFan 电脑爱好者 2021-07-12 09:00产品 标签:线缆 数据线

我们都知道,USB Type-C接口天生就具备数据传输、充电(基于USB PD协议)和音频视频传输能力。但是,上述功能都有强弱之别,并因此衍生出了无数种规格的USB Type-C线缆。

USB Type-C功能的差异

以数据传输为例,USB Type-C可选USB2.0、USB3.0(USB3.1 Gen1,USB3.2 Gen1)、USB3.1 Gen2(USB3.2 Gen2)、USB3.2 Gen2×2(USB4 20)和USB4(雷电3/4)等多档速度标准,分别对应480Mbps、5Gbps、10Gbps、20Gbps和40Gbps。

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以充电为例,USB Type-C线缆虽然都原生支持20V电压,但所支持的电流却存在3A和5A之别。同理,USB Type-C线缆的视频传输能力也是可选项目。

捕获

笔者粗略的统计了一下,按照不同功能等级搭配出来的USB Type-C线缆就有13种之多,其中仅支持3A电流不支持数据传输和视频输出的线缆成本最低,我们可以将其理解为“乞丐版”),支持雷电的线缆规格最高售价最贵,而它也是所有USB Type-C线缆中的“皇帝”。根据上表的数据,从C~M规格的线缆都有一个共性,那就是需要一颗名为“E-Marker”的芯片,那E-Marker到底是什么?

对比

档次高低全看E-Marker

USB Type-C应该是史上最乱的线缆,为了规范它们的功能和电气性能,USB-IF设定了一个硬件门槛:1、想支持5A大电流;2、想支持USB3.0或更高的传输速度;3、想支持视频输出功能,都需要E-Marker芯片的加持。

E-Marker的全称为“Electronically Marked Cable”,我们可以将其理解为USB Type-C线缆的电子身份标签,通过这颗芯片可以读取该线缆的各种属性,包括电源传输能力、数据传输能力、视频传输能力和ID等信息。基于此,输出端(如充电头、笔记本)才能根据输出端连接的设备(如手机或显示器)调整匹配的电压/电流或音视频信号。

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表2中的A、B线缆之所以不需要E-Marker,是因为它们仅需要通过3A电流,无需考虑视频输出能力,USB2.0的传输速度对线缆也没有特别的要求。而C~M规格都绕不开1~3中的至少一项,所以都需要搭配E-Marker芯片用于输入/输出端设备的识别。

需要注意的是,E-Marker芯片自身也存在档次之别。有些仅支持视频输出、有些仅支持USB 3.1 Gen1或USB3.1 Gen2、还有些仅支持5A电流传输,这类仅支持一项特殊功能的E-Marker芯片都属于较低端的存在。中高端E-Marker芯片则拥有更高的集成度,可以支持1~3中的任意2项或全部功能,而支持所有特殊功能的线缆又可以称为“全功能型”。

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在线缆销售详情界面中,通常都会注明它所支持的各项功能和参数信息

但正如前文所述,数据传输速度存在5Gbps、10Gbps、20Gbps和40Gbps,视频输出也有支持单4K@60Hz以及双4K@60Hz或8K@60Hz(雷电),因此全功能型的USB Type-C线缆也有强弱之分,规格越高价格自然也就越贵。

E-Marker芯片怎么看

虽然USB Type-C线缆前后共有2个接口,一般情况下只需在其中1个接口内嵌入E-Marker芯片即可,但也有极少数线缆会在两头接口上配备2颗E-Marker芯片,双芯片的好处是能让充电器读取芯片的成功率更高,保证稳定的大功率传输,当线缆长度达到2米或者更长时性能更好。

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贝尔金雷电3线缆,本图来自充电头网

E-Marker芯片未来的发展方向是更小的封装,因为它的尺寸越大会增加线缆插头部分的复杂度与成本。

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该线缆的E-Marker芯片封装尺寸就有些偏大,本图来自充电头网

在过去的很长一段时间,E-Marker芯片都需要引进。好消息是,如今内地生产E-Marker芯片正在崛起,并被用在了更多品牌的USB Type-C线缆身上。其中的代表有慧能泰(Hynetek)旗下的HUSB330、HUSB332以及威海优微科技旗下的UDP300,它们都通过了USB-IF协会认证,支持最大20V/5A电力传输,HUSB332还支持雷电3 40Gbps高速数据通信。

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慧能泰HUSB330 E-Marker芯片,本图来自充电头网

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根据E-Marker芯片型号,我们可以在网上查找关于它的详细资料

随着第11代酷睿处理器的发布,代表着USB4标准开始正式商用。早在2020年10月中旬,易冲半导体推出了内地首颗,全球第5颗通过USB-IF USB4认证的E-Marker芯片CPS8821,对USB4技术的普及和发展具有里程碑的意义。随着E-Marker芯片国产化进程的加速,中高端USB Type-C线缆的售价也将进一步走低。

需要注意的是,E-Marker芯片只是决定USB Type-C线缆功能和性能的要素之一,想支持更高的传输速度和视频输出能力还需要搭配更好的线缆内部用料。因此,很多线缆内置的E-Marker明明支持10Gbps,但却被用在了仅支持USB2.0和5A充电的低端线缆之上。有关线缆用料的说明,我们会在后面的章节中加以详述。

如何检测E-Marker性能

一般情况下,我们通过USB Type-C线缆的外观无法透视它的功能,很多网店更是缺少在售线缆的参数信息说明。在不拆解的情况下,我们如何才能快速辨别一根线缆的实际性能呢?

ChargerLAB旗下的测试工具系列品牌POWER-Z就可以实现对USB Type-C线缆的测试分析。以POWER-Z KT001为例,该产品可以通过直插充电器或顶部的Micro USB接口供电,通过拨轮进行快充触发,并切换到“E-Mark Info Reader”模式后,再将任意USB Type-C线缆插入底部的USB Type-C接口就能通过屏幕读取E-Marker芯片记录的信息了。如果线缆内部没有E-Marker芯片,插入线缆后POWER-Z KT001屏幕内则不会显示线缆的相关信息。

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笔者手头的POWER-Z KT001上市时间较早,对雷电线缆的数据部分没有定义(最高只能识别10Gbps),但最新上市的部分POWER-Z测试仪却已经可以正确读取雷电线的40Gbps性能信息了。如果你是技术控,或是想测试一下家里的USB Type-C线缆到底是什么等级,有没有被商家骗,可以考虑买一个POWER-Z测试仪亲自试试。

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