又小又好用 全新USB Type-C接口解读

　　USB数据线谁没用过？可是在苹果新MacBook的发布会上，人们惊讶的看到，苹果只使用了一个小小的接口，就将充电、数据传输、视频传输合为一体，最大限度的节省了空间。随后我们发现这个神奇的接口叫做USB Type-C，支持最新的USB 3.1传输规范。等等，USB 3.1？USB Type-C？它和现在的USB 3.0有什么差别？又和目前的USB 3.1 Micro-A接口有什么不同？又有哪些令人新奇的新设计？今天，本文就和你一起了解这些问题。

　　从1996年USB标准诞生开始到现在，USB已经走过了三代历程。目前最新的USB 3.1的相关标准早在2013年中期就已经确认，但是它真正火爆却是在苹果2015年发布会上。在这次发布会上，苹果推出了使用USB Type-C接口的MacBook后，人们发现这一个小小的接口，竟拥有传输数据、传输视频、高速充电三大功能，还没有方向性，可以任意插拔。经此一役，USB Type-C可谓赚足了眼球，再加上其支持USB 3.1的高速数据传输标准，一时间，USB Type-C成为很多用户眼中的未来新星。与此同时，大量主板厂商和移动设备厂商也宣称自己将在未来的产品中采用USB 3.1的相关标准，有关USB 3.1的相关内容被热炒起来。那么，从技术和规范上来看，USB Type-C究竟是怎样的呢？它和USB 3.1有什么关系呢？为了解答这个问题，我们先来一起了解为什么厂商要在目前的USB接口之外，开发一款全新的USB Type-C吧！

　　USB 3.0和USB 3.1，拖了移动时代的后腿？

　　如果要说为什么发展出了USB Type-C，那么还得回顾一下USB接口的发展历程。USB接口首个规范在1996年发布，被称作USB 1.0。随后的USB 2.0在2000年也正式发布。USB的大规模普及和应用正是从这个时候开始。USB在当时的优势就是兼容性好，接口设计方便易用，安全性和耐久性都很不错。随后新的USB 3.0标准在2008年也正式成文予以公布。基本继承了USB 2.0接口设计的思路和方案，而且在外观上尽可能对USB 2.0做到向下兼容。不过，如果是笔记本电脑之类的产品还好说，对小体积设备使用的Micro USB系列的接口来说，USB 3.0就不得不“另辟蹊径”，加入额外的组成部分来实现高速传输了。

　　这样一来，USB 3.0在小尺寸产品上的发展实际上不是很顺利，尤其是体积不降反增让很多厂商难以接受。但是事情还没结束，2013年，USB 3.1规范又正式发布。USB 3.1规范除了在传输速度和编码方式上有革命性改变外，基本承袭了2008年USB 3.0的接口设计方案。如果说，在七八年前、甚至更早时间的人们设计USB 3.0和USB 3.1的接口规范时，并没有考虑到今天移动计算时代的需求，但在如今移动互联已成定局时，传统的USB接口尤其是Micro USB系列接口已经很难适应全新移动设备的发展需求。

　　具体来说，目前的USB 3.0/3.1接口存在以下问题：首先，USB 3.1接口依旧比较厚、比较大，难以适应现在手机、平板等设备的设计需求。比如USB 3.1 Micro-AB，虽然在厚度上维持了之前的水平，但是宽度大幅度提升，占据了不小的面积。

　　其次，现有的USB 3.1各系列连接器可靠程度不太好，难以满足设备可靠性需求。

　　第三，现有的USB连接器存在方向性，用户很难在未辨识方向的情况下正确使用它，甚至会出现连接器强制插入损坏的情况。

　　第四，现有的USB连接器本身扩展能力不强，充电能力也不出色，因此很难满足未来使用的需求。

　　在这种情况下，USB连接器需要作出重大改进才能满足未来技术发展的需求。于是，USB组织干脆重新制定一个新的借口来替代之前的USB接口，以满足移动计算时代的应用需求，这就是USB Type-C诞生的背景。

　　USB 3.1和USB 3.0家族的接口大观

　　之前说USB 3.0和USB 3.1的接口设计存在问题，那么，究竟USB 3.0和USB 3.1的接口长啥样呢？下面本文就来和大家一起总结一下目前比较常见的USB 3.0和USB 3.1插接器。需要说明的是，由于USB 3.0和USB 3.1不同类型的接口外观完全一样，因此大家只需要了解其中一种即可。

　　先来看比较常见的USB 3.1 A型和B型。

　　USB 3.1的A型接口基本上完全承袭了USB 3.0的A型接口外观和规范，这也是人们最常见的USB数据线类型，它最常被使用在诸如移动硬盘、外接电源、主板后置扩展接口等部位。USB 3.1 A型作为原始的、标准的USB 3.1接口，内部拥有8条内部线路，除了Vbus和GND作为电源线外，其余的3对线路全部是数据线。其中为了兼容USB 2.0以及之前的标准，D+和D-的位置和USB 2.0以及之前的标准相同，传输能力也一样。剩余的SSRX和SSTX是专门为高速传输设计的新数据线接口。对传输线来说，目前还没有新的消息显示USB 3.1需要更换传输线才能实现高速度，一般来说，用户之前的USB 3.0传输线和接口都能对USB 3.1做到无缝兼容。

　　除了USB 3.1 A型接口外，还有USB 3.1 B型接口，这种接口多用在诸如打印机、显示器、USB扩展设备的接口上，一般不算很常见。USB 3.1 B型公口外观正视图有点像一大一小两个长方形叠加，数据线布置和定义基本上和USB 3.1 A型接口类似，因此它只是USB 3.1 A型接口的“变体”。

　　无论是USB 3.1 A型还是B型，体积都很大，很难用在小型设备上，因此USB 3.1也设计了Micro小型接口，比如USB 3.1 Micro-B以及USB 3.1 Micro-AB等不同的接口，在保证兼容性的前提下尽可能提升速度。从外观来看，USB 3.1 Micro接口很像在USB 2.0 Micro接口的基础上额外增加了一个“小接口”，并使用特殊的结构连接起来。这样能够保证在较小的体积内保存更多的传输线路并维持更高的传输速度。

　　全面进化—USB Type-C特性一览

　　俗话说，不怕没有问题，就怕不知道问题。USB家族接口存在的问题，恰好为新一代USB接口的改进留下了足够的空间。实际上，USB Type-C也正是根据这些问题进行改进而来。从目前的技术版本来看，目前USB Type-C拥有以下特性：

　　1.可靠、无方向性的插接

　　之前的USB特性就是存在方向性，无论是USB A型接口还是USB Micro家族的接口，用户在插拔插头之前，都需要认真辨识插口方向再行插入，否则轻则插不进去，重则损坏设备。但是USB Type-C不存在这样的问题，它没有方向性，只要正确插入即可，无论正反都OK。

　　继续深入来看的话，USB Type-C将所有的信号引脚都设计在了接口中央的“舌头”上，正反各12个，绝大部分对称排布。在每组各12个信号接口中，包含了接地、USB 2.0数据信号、USB 3.0高速信号、供电信号、边带（非USB传统信号）信号等多个数据接口。总的来说，正反对称的设计是USB Type-C无方向性的最大功臣。

　　在尺寸方面，USB Type-C大小大约为8.3mm×2.5mm，和目前的USB 2.0 Micro-B也就是最常见的手机充电口基本相当，远远小于USB 3.0 Micro-B的尺寸，这也是其可以轻松在小型化设备上普及的原因之一。

　　2.更长的使用寿命、更耐插拔

　　一般来说，插接件这种设备，耐久性一方面通过设计来保证，一方面通过材质来保证。USB Type-C在设计上取消了正反差别后，用户插错的可能性就大大降低，很难出现暴力插拔的现象。不仅如此，之前USB Micro家族在设计和结构上存在一定缺陷，尤其是USB 3.0 Micro-AB这样的“分体式”插头，比较容易损坏。

　　USB Type-C在尺寸维持和USB Micro B相当的规格的同时，使用完全对称外观并采用圆弧形连接，受力部件主要是外部金属壳，强度更高且更不容易损坏，中央的数据通道被弧形外壳保护，很难受到破坏。设计要求显示，USB Type-C能够维持10000次以上的插拔不会损坏，按照一天插拔3次来计算的话，USB Type-C插接口至少能使用10年时间。

　　3.最高可支持USB 3.1的通讯协议，支持高速传输

　　USB Type-C针脚定义兼容性非常好，除了两组支持10Gbps数据传输的Tx/Rx通道、最高可实现20Gbps的数据传输能力外，还预留了单独引脚给之前的USB 2.0设备，使其能够平滑过渡至USB Type-C。从这一点来看的话，USB Type-C接口本身可以搭配任何规范的USB传输协议使用，从USB 1.0到USB 3.1均可。

　　当然，作为全新的接口，USB Type-C目前都搭配USB 3.0和USB 3.1规范使用，这被称作USB Type-C Gen1和USB Type-C Gen2，其中前者使用USB 3.0规范，最高传输速度为5Gbps，后者使用USB 3.1规范，最高传输速度为10Gbps。目前苹果在MacBook上使用的是USB Type-C Gen1，采用的是USB 3.0标准，实际理论最高数据传输能力最高为500MB/s。

　　4.全面增强的数据传输能力。

　　从USB Type-C的发展角度来看，USB组织可真的没将它当做简单的数据传输接口来设计，而是将其定义为“能够连接高性能外设的多功能连接器”，目前的消息是，USB Type-C已经可以支持多屏显示、4K超清分辨率传输，在存储方面支持SSD、RAID、混合硬盘模式等，未来还将进一步拓展更多的连接模式（比如显示接口标准组织VESA就正在准备将DisplayPort接口和USB Type-C“融合”到一起）。由于USB Type-C设计的灵活性，未来甚至可能出现支持USB Type-C的PCI-E转接设备出现，更进一步拓展USB Type-C的适用范围。

　　集中到移动设备上来看的话，USB Type-C支持视频传输无疑大大增强了移动设备使用的方便性。现在很多流行的移动设备都只会配备一个USB接口，不再额外提供HDMI接口，因此在接驳诸如4K超清设备时往往不够方便。但是USB Type-C支持视频传输后这个困难就迎刃而解了，用户可以使用USB Type-C来连接4K显示设备实现大屏幕播放。根据相关数据表明，在USB Type-C Gen 2也就是使用USB 3.1协议时，USB Type-C能够实现4K Cinema分辨率、30Hz的视频播放，其播放能力和带宽与HDMI 1.4相当，使用比后者还更为方便，值得期待。此外，USB Type-C也已经提供了HDCP支持，版权保护也不再成问题，只要未来操作系统和软件能够提供对USB Type-C的视频输出支持，显示器也使用USB接口的话，不需要电源线也不再是难题了。

　　5.更强的供电能力

　　之前的USB接口在供电能力上已提升了多次，但是依旧不能满足用户和产品的需求。这次USB Type-C干脆直接将供电能力上限提升至最大100W，并针对不同的设备提供不同的供电方案。

　　USB Type-C能够实现五种不同的供电配置，包括最传统的5V@2A（10W）方案以及新加入的12V@1.5A（18W）、12V@3A（36W）、20V@3A（60W）以及最大的20V@5A（100W）。更大的供电能力不但能更快速的充电，还能使得部分设备不再需要外接电源可以依靠USB Type-C来直接使用（当然需要搭配拥有相应供电能力的USB Type-C线缆使用）。不过考虑到USB Type-C的电能来自于主机中的电源，因此在供电能力方面，USB Type-C受到的制约也比较多，未来也可能有一些更好的解决办法出现。

　　6.更出色的抗干扰能力

　　在USB 3.0 Micro接口的信号干扰问题出现后，如何保证目前高速接口的信号屏蔽就成为一个重要的问题。USB Type-C宣称在这方面做出了优化，不再会干扰到附近的设备。不过目前这方面内容没有太多资料，因此只有等产品大面积应用后才能进一步考察了。

　　USB Type-C：从经典走向未来

　　看了上文的介绍，想必你已经对USB Type-C的优势有了比较深入的了解。从USB规范1996年正式发布到现在，USB这个寿命已经接近20年的传输协议，正在全新的设计和规范下焕发出新的生命力。USB Type-C依靠更小的尺寸、更高的可靠性、更出色的扩展性、更快速的充电能力、更宽广的连接范围和更优秀的抗干扰设计，必将成为未来存储设备、移动设备的标准配置。纵观目前的市场，USB Type-C的竞争对手屈指可数，除了英特尔和苹果一直在推广的、成本较高的雷电接口外，USB Type-C的各方面优势相当大。

　　目前苹果在MacBook上抢先使用了USB Type-C，带来的示范效果非常出色，想必未来USB Type-C将成为笔记本电脑的标准配置，除了充电，还能传输数据顺便输出视频，微软也表示Windows 10操作系统将原生支持USB Type-C，这也为USB Type-C的发展打下了良好的基础。对消费者来说，现在我们所需要做的，就是默默等待USB Type-C的产品逐步上市，然后享受科技的便捷就可以了。

　　TIPS：为什么新的智能手机还在使用USB 2.0接口？

　　目前USB 3.1 Micro接口在手机上还没有任何应用，只有一部分厂商使用了USB 3.0 Micro接口。绝大部分厂商依旧坚持USB 2.0 Micro，也有部分厂商本来已经使用了USB 3.0 Micro接口，但是在新一代手机设计中又“倒退”回了USB 2.0 Micro接口。

　　这样奇怪问题出现的主要原因是，USB 3.0 以及更高速的接口在使用时可能对附近的2.4G无线信号、4G手机型号甚至Wi-Fi信号产生严重的干扰，具体表现为：手机信号不能坚持在4G频段上，跌回3G甚至2G；蓝牙连接失效，蓝牙音箱、键盘鼠标统统失灵；手机Wi-Fi掉线、速度大幅度降低等。因此，虽然说信号干扰问题和手机、平板厂商对设备的设计有关，但是不可否认的是，USB 3.0 Micro接口在传输数据时信号屏蔽控制的确不够到位。对部分厂商来说，多一事不如少一事，在干扰问题没有彻底解决之前，干脆就只用USB 2.0 Micro，等待技术进一步成熟。

　　USB 3.1和USB 3.0数据传输能力和实际传输能力之间的关系

　　说起速度，经常看到USB 3.0的数据传输能力高达5Gbps，也许大家会认为换算一下岂不是就是625MB/s，那为什么文章里会写成500MB/s？实际上，USB 3.0速度定义中的5Gbps描述的是USB 3.0每次数据交换时最多可传递数据的速度，并非是真正的数据传输速度。因为在实际使用中，USB 3.0虽然每次通信都能传输10bit编码，但是其中只有8bit为有效数据（称为8b/10b 编码方案），这样一来，USB 3.0的最大理论传输速度就是5GHz×8bit/10=4Gbps，折算下来就是500MB/s。

　　同样的问题也出现在USB 3.1上。USB 3.1的通信速度被直接翻了一番，提升到了10GHz（也被称为10Gbps），与此同时，之前的8b/10b的编码方案由于实际效率较低也被抛弃（只有80%的数据传输效率），USB 3.1改进了算法，采用了一种称之为128b/132b的传输方案，每次传输的数据更多，达到了128bit，包含校验信息一共132bit，传输效率高达97%，这样一来，USB 3.1的速度就是10GHz×128/132=9.67Gbps，大约1.21GB/s，最大理论传输速度达到了USB 3.0的2.4倍。采用USB 3.1的USB Type-C Gen 2的实际最大传输速度也应该是1.21GB/s。

　　如果严格追求的话，USB Type-C Gen1、USB Type-CGen2以及USB 3.0、USB 3.1使用5Gbps、10Gbps来描述速度都是不够准确的，准确的描述方法应该采用GT/s这个单位，GT/s表示每秒数据传输次数，避开了相关有效数据、传输总数据之间的关系。这样一来，USB 3.0的速度可以表示为5GT/s，USB 3.1则是10GT/s，这样就不存在争议了。

　　文/张智衍