供电能力再提升 USB Power Delivery技术解析

　　爱自己制定接口标准的厂商很多，但能够被市场广泛接受的不多。遥想10年前，手机几乎是不同的品牌用不同的充电器和数据线，相互之间完全不通用。我们其实应该感谢USB-统江湖，USB让电脑、数码产品之间的连接更加简单，我们可以精简掉很多线缆，数据传输和电力供应可以合二为一，然而这也仅限于手机、随身听等小型数码设备。受USB供电能力限制，平板电脑、笔记本电脑等的电源依然还是采用不同的接口标准。不过，随着USB PowerDelivery（USB电力传输）标准的出现，线缆大一统的时代也许快来了。

　　USB PD的规格升级

　　提到USB PD，让人印象最深刻的关键字大概就是“100W”。也许有人会问，区区一个USB接口要这么高的功率干嘛。但实际上你会发现这是很有必要的。既能够很方便地进行数据传输，同时又能进行电力供应，USB的这种多才多艺使之毫无悬念成为了当前应用最为广泛的接口标准。但USB的电力供应是有限的。目前来说，USB 2.0规格能够提供2.5VV功率（通过5V电压传输500mA电流），USB 3.0规格能够提供4.5W功率（通过5V电压传输900mA电流），此外还有一种Battery Charging -1.2舰格允许提供7 5VV的功率（通过5V电压传输1.5A电流）。这样的输出功率对于一般手机、MP4播放器或平板电脑之流是足够了，但遇到显示器、打印机之类的大件，USB仍是心有余而力不足，所以它们不得不另行供电，使得这些设备背后的线缆依然很多。

　　天下大势分久必合，尽量减少各种线缆一直是上游规范制定者们的目标，不仅仅是为了便利，也是为了商业利益。USB PD是USB-IF（USB开发者论坛）于2012年7月推出的标准，并在2013年1月的CES上进行了现场展示。该标准旨在提升USB接口和相关数据线的供电能力。根据USB PD的技术规范，新标准的USB数据线和接口可以承载更高的电压和电流，供电能力最高IOOVV，给笔记本电脑、显示器、打印机等供电都毫无压力，移动硬盘更是不在话下。不过规范强调，需要通过官方认证的USB线缆才可以这样做。

　　这样的技术前途如何呢？我们来看看参与制定标准的企业有哪些就知道了：英特尔、戴尔、富士康、惠普、日本航空电子、力科、LSI、MCCI、微软、MQP、诺基亚、NXP、Obsidian Technology、安森美半导体、瑞萨电子、希捷、SMSC、ST-Ericsson、德州仪器、西部数据。个个都是在业界有足够影响力的大腕，USB PD可谓标准的富二代。

　　USB PD供电规格分为10W、18N、36W、60W与1 00W五种规格。根据官方提供的规格，功率较高时，USB接口还可以提供12V或20V的电压，已经足够给外接HDD、显示器、车载设备、笔记本电脑等供电丁70当然别指望你那根细细的手机数据线能通用，规范里强调了，电流大于j .5A盛电压大于5V环境下，需要新规格的线缆。未来的线缆上都需要有USB PD专用符号，以便与普通USB线缆进行区分。

　　USB PD的接口变化

　　按照惯例，USB规范最大的优点就是历代硬件完全兼容。USBPD要想走得更远，无疑也必须遵守这个惯例。官方表示，现有的USB接口和数据线同样兼容新规范，并且会与USB、Battery Charging1.2电池充电规范，以及现有的USB总线供电应用并存。它包括了以下特性：

　　1．能在现有的USB设备上完美运行。

　　2．兼容USB 2.0、USB 3.0线缆与连接器。

　　3．禁止用于非合法的线缆(如常见的带两个USB插头的YCable)上，以减少设备损坏风险。

　　4．在发送端及接收端采取高效益低成本的设计架构，电源管理机制能针对不同负载进行供电调整，藉而使工作效台%优化。

　　5．电源管理机制通过VbusPin与设备进行电压和电流需求值的沟通，不需额外的硬件及设定。

　　6．供电端(Source)与接电端(Sink)可互换角色，属双向式电源供应，在电源传输上有高度的弹眭。

　　由此可见，USB PD依然继承了家族“平易近人J’的优点，只会在现有的USB 2.0和3.0的基础上发展。从目前设定的USB PD标识来看，与老的标识几乎没什么区别。用户是不会有心思去仔细分辨这些东西的，所以一旦条件成熟之后，USB PD接口的升级大概会由硬件商强制推广并带着“润物细无声”的效果，悄悄潜伏到大家的周围。

　　既然USB PD要继承前辈的意志，其接口规格就不能有太大变化。但是靠目前USB接口的引脚定义，已经腾不出空间来传输高达100N的功率。所以需要在接口中增加一些设备检测引脚。按照官方规范，USB PD分为USB 2.0 PD A．USB2.0 PD B、USB 3.0 PD A与USB3.0 PD B这四个主要标准。下面的图表分别揭示了它们之间的区别。

　　从表格可以看出，USB 2.0/3.0PDA型标准都是在接收插座里面增加了两个“PD检测”端，并加长了A标准插头的长度以接触到PD检测端。系统通过判断PD检测是否有接触，来判断是否为支持线缆。USB2.0/3.0 PD B型标准则是在接收插座中增加了ID端子，用来判断是否为支持线缆。另外根据B标准插头里电容器的安装位置来判断是3A线缆还是5A线缆。电容器位于l D端子和电源地之间则为3A线缆，位于ID端子和Vbus之间则为5A线缆。

　　USB PD控制方式的变化

　　对于很多电子产品而言，OOW功率并不低——台灯仅35W就能照亮整个房间，电烙铁同样35W却能熔掉焊锡拯救家电。要让USB PD不出事，相应的控制芯片也必然会增加。那么USB PD控制芯片能不能整合到现有的USB控制器内呢？USBPD标准的起草人Intel表示，这样做既不经济也无必要。最好的解决方案是在供电方和受电方之间加装PD芯片，以确定所需电压值和电流值。

　　USB PD规范中将供电方称为“Provider”，受电方称为“Consumer”。PD芯片的作用是在Provider和Consumer之间，利用Vbus传输频率为23.2MHz、速度为300kb/s的“FSK”信号( Frequency Shift Keying)进行数据沟通，以确定实际传输的电压和电流规格，然后开始供电。这一连串动作由控制芯片中的“DevicePolicy Manager”模块负责。至于数据交换，依然是D+／_＼StdASST X+/-等信号引卿负责，与供电并不冲突，也就确保了兼容性。

　　爱较真的同学大概要问，万一PolicyManager抽风怎么力、7我的U盘会不会插上去就冒烟？目前我们并没有看到规范对此进行解释，但我们相信，USB-IF绝不敢把这样的杀伤性武器随意推广给用户。在设备安全方面，他们一定会有足够的考虑。

　　USB PD的花样未来

　　每当放眼机箱背后，都不由得为各种杂乱的线缆叹息。引入USBPD之后，在PC环境下，主机可作为Provider，向显示器或其他外接设备供电：而显示器和笔记本电脑同样也可以作为Provider对其他设备供电。这种双向供电的灵活运用，必将极大改善线缆混乱的现状。对硬件商来说，其升级的成本也并不高，只需增力口“Provider”年口“Consumer”之间沟通的USB PD芯片即可。

　　作为USB的竞争对手，雷电接口有着更快的传输速度，但USB却剑走偏锋，对供电能力进行升级。速度快一点或慢一点对很多人来说不算个事儿，但提升供电功率却是让人能实实在在感受到实惠的行为。以后，你的家里、办公室的电源插座上，USB接口也许会代替很多插孔，USB的垄断地位更加难以撼动。一般来说，垄断绝不是什么好事，但这种能给人们带来极犬便利的垄断方式，我们似乎想不出什么拒绝的理由，那不如安心享受吧。