价差100倍从何而来?细数USB Type-C数据线背后的猫腻

CFan 电脑爱好者 2021-07-19 09:02产品 标签:数据线

CFan曾在《数据线也有“心脏”?USB Type-C线缆中的E-Marker芯片有啥用?》一文中提到,USB Type-C线缆的实际性能不仅限于E-Marker芯片,还需要匹配的用料。而这个用料,则包括接口(又称公头)以及线缆。

USB Type-C针脚连接

USB Type-C接口内拥有24组针脚,一根线缆支持多大的电流、多快的数据传输速度和视频输出等功能需要连接不同数量和类别的针脚。

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比如,仅支持5A充电不支持数据传输的线缆只需与USB Type-C接口内VBUS+GND(传输5A电流)、CC+VCONN(用于Type-C通讯)相连接的针脚即可。

如果需要USB2.0速度的数据传输功能,还需要再加上D+/D-针脚,实际出线数量需要6根。这种标准的线缆对接口的要求不高,只需采用普通FR4材质的4层PCB材料即可满足5A电流传输等级。

但如果是全功能的线缆,在前者的基础上还需用上对应USB3.1的TX1+/TX1-、RX1+/RX1-、TX2+/TX2-、RX2+/RX2-以及边带信号SBU1/SBU2,实际出线数量至少是16根。

此外,这类接口还需要选择高频、高性能的6层PCB板材,高速信号线的走线要非常小心,因为超过5Gbps的高速率已经进入到微波领域,通过连接器和线缆传输如此高的速率必须考虑通道的不连续性引起的失真,为了将失真程度保持在一个可控的水平,需要线缆通过阻抗、延迟、时滞、衰减和串音等一系列测试项目。

USB Type-C线缆用料

通过连接USB Type-C接口内不同数量的针脚,并搭配相应的E-Marker芯片可以获得不同功能和性能,但这还不够。因为电力、数据和音视频传输最终还需落实到线缆内的数据和电力线芯上,而后者的用料将直接决定各类信号的传输质量。

比如,真正讲究的线缆都需要在内部加入钢套和硬封胶进行保护绝缘,线身内套上金属屏蔽网和屏蔽铝箔防止信号干扰,通过填充铁氟龙绝缘体、凯夫拉线、抗拉线和棉线来增加线缆的柔韧度等等。越高档的线缆直径越粗,但通过上述手段优化后,可显著提升其耐弯折的能力,有效抵抗日常磨损。

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而一些不讲究的线缆,要么特别细,摸起来就感觉质量极差,要么就特别硬,弯曲收纳时都怕将其折断。

我们不妨以某知名数据线品牌为例,看看它对旗下不同规格USB Type-C线缆的内部用料说明。以支持5A和USB2.0数据传输的线缆为例,其内部只需4组线芯,并使用普通的加粗镀锡铜芯即可。

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对于支持5A、10Gbps数据传输和音视频输出的线缆,就需要采用10根镀锡铜芯和8根镀银铜芯设计了。如果是支持40Gbps的雷电线,还需要对镀银铜芯进行加粗。

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支持音视频输出的线缆,为了保证信号的稳定大都还需采用同轴电缆结构,每根线都包括独立的绝缘保护套层、外导体屏蔽层、绝缘层和内导体等(图21)。

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但是,当信号在同轴电缆内传输时,其受到的衰减与传输距离和信号本身的频率有关。对于高频信号,传输距离越远,信号衰减越大。因此,最高端的雷电线长度普遍不超过0.5米,超过0.5米需要搭配额外的芯片对信号进行放大,成本极高。

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一般0.5米的雷电线售价多在250元以内,而2米长度的售价就需要600元左右了,而且后者在连接非雷电协议的存储外设时,只能以USB2.0的速度进行数据传输。

USB Type-C线缆的混乱之源

虽然USB Type-C接口已经拿下了除iPhone之外的几乎所有电子设备,但与之配套的线缆规格之乱也令人眼花缭乱,原因就是不同类型产品对它的要求有高有低。比如,蓝牙耳机身上的USB Type-C接口只要能1A充电就成,支持65W PD快充的移动电源也仅需3A。移动硬盘身上的USB Type-C接口只负责传输数据,市面上那些低价线缆其实都是给上述设备准备的,够用即可。

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相对而言,笔记本和手机身上的USB Type-C接口才对线缆有着更高的期待值,但这也需要因具体的型号而定。

以笔记本为例,很多中低端产品身上的USB Type-C接口仅支持5Gbps的数据传输,好一些的支持10Gbps的数据传输,更好一些的在数据传输之余还支持PD协议的充电和DP视频输出功能,这一类型的USB Type-C就是我们常说的“全功能型”。

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数据型的USB Type-C接口可以搭配纯USB Hub扩展出更多USB、网线接口或读卡器

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全功能USB Type-C接口可以搭配包括HDMI和充电接口在内的高端扩展坞

在高端笔记本身上,我们还能看到皇帝级的雷电3/4接口,随着第11代酷睿笔记本的普及,雷电接口逐渐往中端市场下探,很多4000元价位的第11代酷睿轻薄本都已标配雷电4。

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雷电接口可以搭配外置显卡扩展坞或5K~8K分辨率的显示器

在手机领域,以华为Mate/P系列和坚果R2为代表产品身上的USB Type-C接口都支持视频输出,相当于全功能型,也能搭配上图中的扩展坞,将画面输出到显示器端,并使用键盘鼠标操作。可惜,手机圈更多机型的USB Type-C接口仅支持18W PD充电(不包括私有快充协议)和USB2.0的数据传输能力。

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从经济性的角度来看,我们应该根据手头上具体设备身上USB Type-C接口的功能搭配够用就好的线缆。但从实用性的角度来讲,笔者还是推荐大家购买至少1根支持5A、10Gbps和DP视频(4K)输出的全功能USB Type-C线缆,品牌数据线的售价多在60元~80元之间,性价比最高,而且足以满足家中各类电子产品的充电、数据传输和外接显示器的需求,无论什么设备都能拿来即用且不影响性能。

至于雷电线,除非你想外接超5K分辨率的显示器或外置显卡,而且家里的PC还得配有这种接口,否则没有必要挑选这类皇帝级别的线缆。

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