“更快，更高，更強(qiáng)”是我們耳熟能詳?shù)膴W林匹克格言，如果現(xiàn)在將這句格言用到電子行業(yè)，那就應(yīng)該是“更快，更小，更易用”：USB 連接新標(biāo)準(zhǔn)的吶喊。
您可能已經(jīng)看到，目前在售的新一代計(jì)算產(chǎn)品中廣泛采用了最新的 USB Type-C (USB-C) 端口，這種趨勢(shì)有望在未來進(jìn)一步強(qiáng)化，因?yàn)?USB-C 具備通過單一的有線連接來傳輸數(shù)據(jù)、電力甚至音頻的獨(dú)特能力。市場(chǎng)分析公司 ABI Research 認(rèn)為，我們已經(jīng)到達(dá)了 USB Type-C 采用的臨界點(diǎn)；到 2021 年，配備這種 USB 連接器的智能手機(jī)全球出貨量估計(jì)將達(dá)到 8.3 億部。這種連接器的寬度僅為 9 mm，高度僅為 3.5 mm，比前幾代連接器要小巧得多，它讓設(shè)備制造商能夠開發(fā)出體積更小的設(shè)備。它的問世可謂恰逢其時(shí)，完美地迎合了新興產(chǎn)品組的需求，例如家庭自動(dòng)化以及物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，包括能夠與這種更小、更簡(jiǎn)潔的最新連接器封裝完美搭配的智能傳感器。
易于使用
針對(duì) USB-C 應(yīng)用的電纜能夠從任何一端插入，滿足筆記本電腦等設(shè)備的電源需求，使得用戶無需攜帶多根不同用途的線纜。
這種通用性源自于連接器內(nèi)部更加復(fù)雜的結(jié)構(gòu)（圖 1）。首先，它有更多的導(dǎo)線。USB Type-A 和 Type-B 連接器需要四根或五根導(dǎo)線，與它們不同，USB-C 包括 24 個(gè)觸頭，允許雙向插入，并支持四個(gè)電源和接地對(duì)，以及兩個(gè)信號(hào)對(duì)。此外，它的額定耐久性增加至 10,000 次插入，相比以往版本的 1,500 次插入有了大幅增加。
圖 1：USB-C 連接器規(guī)格比早期標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格（圖片來源：CUI Devices。）
USB-C 的電源和接地對(duì)的額定電壓高達(dá) 20 V，電流額定值也有所增加，總額定值達(dá)到 5 A，通過單個(gè) USB-C 連接可提供高達(dá) 100 W 的功率傳輸。此外，每個(gè)數(shù)據(jù)引腳對(duì)可以管理最高 10 Gbps 的數(shù)據(jù)傳輸速率，這意味著該連接器的總傳輸能力達(dá)到 20 Gbps。
最新的 USB-IF 數(shù)據(jù)和功率規(guī)格
USB-IF 的最新數(shù)據(jù)和功率規(guī)格迫使我們必須大幅提升 USB-C 的傳輸能力，特別是在 USB 功率輸送 (USB PD)、USB 3.1 第 2 代和近期敲定的 ment-library/usb-32-specification-released-september-22-2017-and-ecns" target="_blank">USB 3.2 高速數(shù)據(jù)規(guī)格中：
USB PD 利用所有四個(gè)電源和接地對(duì)，充分發(fā)揮了 USB-C 的 100 W 功率傳輸能力
USB 3.1 第 2 代利用一組數(shù)據(jù)通道，定義了 10 Gbps 的傳輸速率
類似地，USB 3.2 控制兩組 10 Gbps 數(shù)據(jù)通道，維持高達(dá) 20 Gbps 的傳輸速率
從概念上說，將 USB-C 標(biāo)準(zhǔn)（僅定義物理連接）與 USB PD 和高速數(shù)據(jù)規(guī)格（包括 USB 3.1 第 1 代 (SuperSpeed) 和 USB 3.1 第 2 代 (SuperSpeed +) 以及 USB 3.2）區(qū)分開非常重要。
例如，雖然 USB-C 連接器的設(shè)計(jì)支持 USB PD 標(biāo)準(zhǔn)，但要協(xié)商和管理對(duì)互連設(shè)備的功率輸送，仍必須有兼容 USB PD 的主機(jī)控制器。此外，還必須對(duì)電纜進(jìn)行配置才能支持該標(biāo)準(zhǔn)。
USB PD 不僅僅是增加了功率！它還有利于雙向功率輸送，可大幅提高用戶設(shè)備充電和供電的靈活性。在此基礎(chǔ)上，由于 USB PD 能夠通過 VBUS 連接進(jìn)行功率協(xié)商，而不是使用數(shù)據(jù)連接，因而能夠同時(shí)傳輸功率和數(shù)據(jù)流。表 1 顯示了 USB 輸送能力在最近幾代產(chǎn)品中的提升過程。
| 規(guī)格最大功率最大電壓最大電流USB 2.02.5 W5V500 mAUSB 3.0 和 3.14.5 W5V900 mAUSB BC 1.27.5 W5V1.5 AUSB Type-C 1.215 W5V3 AUSB PD 3.0100 W20 V5 A |
表 1：USB 功率輸送規(guī)格
在高速數(shù)據(jù)規(guī)格方面，USB 3.1 第 2 代定義了數(shù)據(jù)和功率信號(hào)，但沒有指定物理連接。這使得我們能夠使用傳統(tǒng)的 Type-A 或 Type-B 連接器和電纜來連接 USB 3.1 第 2 代設(shè)備并達(dá)到 10 Gbps 的數(shù)據(jù)傳輸速率，只要它們具備足夠的電流、電壓和信號(hào)完整性特征。同樣，我們只需使用簡(jiǎn)單的硬件適配器，便可使用 USB-C 連接器提供 USB 2.0 等傳統(tǒng)連接標(biāo)準(zhǔn)。
進(jìn)行連接
很顯然，并非所有 USB-C 連接器或電纜組件都是“生而平等”，優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品能夠提供更出色的性能，在更長(zhǎng)的電纜上展示更可靠的通信能力。
除了考慮為未來產(chǎn)品選擇的材料和 USB-C 連接器的質(zhì)量之外，設(shè)計(jì)人員還可在兩種版本的 Type-C 插座之間進(jìn)行選擇，請(qǐng)參見圖 2。傳統(tǒng)上，標(biāo)準(zhǔn) SMT 安裝插座位于 PCB 的上面。但在這種情況下，總裝配高度為 PCB 厚度與連接器高度之和。或者，中間安裝式連接器可以安裝到 PCB 的凹陷處；雖然這樣可減小總裝配高度，但中間安裝式連接器不允許出現(xiàn)信號(hào)線在連接器下方走線的情況。
圖 2：SMT 和中間安裝式 USB-C 連接器（圖片來源：CUI Devices）。
總結(jié)
在消費(fèi)類電子產(chǎn)品市場(chǎng)中，USB Type-C 連接器的應(yīng)用正在迅速普及。為了滿足這種持續(xù)增加的需求，電子元器件制造商 CUI devices 推出一系列高質(zhì)量 USB Type-C 插頭和插座，包括 SMT 和中間安裝類型。這些連接器的設(shè)計(jì)旨在達(dá)到 USB 3.1 第 2 代規(guī)格中定義的通信速率，同時(shí)滿足設(shè)計(jì)人員的當(dāng)前和未來需求。CUI Devices 還提供具有多種插頭和插座選項(xiàng)的 USB 電纜組件。
