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滿足資料、影像、電源傳輸 行動裝置導入USB Type-C介面應用更全面

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在USB Type-C介面上實現USB 3.1 Gen2,可將傳輸速度提升至10Gbit/sec。Parade Technologies

USB Type-C介面普及性越來越高,USB Type-C介面標準與常見Type-A或Type-B最大差異僅在於USB Type-C支援正、反插均可正常使用外,其實導入USB Type-C的優勢還有資料、影像、高效電源傳輸等優點…

USB Type-C介面標準已逐漸普及,與常見在筆記型電腦的USB Type-A、或常見於智慧手機平板電腦的USB Type-B介面,USB Type-C最大的差異在於24根腳位排列為左上與右下對稱排列方式設計,也因為腳位的對稱排列,進而達到正插、反插均可正常使用的介面一大賣點。

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USB Type-C介面的Power Delivery方案應用為新介面重點。(Texas Instruments) 

USB Type-C介面使用率持續提高

即使USB Type-A跟USB Type-B介面的使用普及,USB Type-C介面的導入比例也正快速追上,因為USB Type-C介面在設計彈性上有遠勝於原有USB Type-A/B的多項優勢。

首先,USB Type-C介面可以因線材與使用目的不同,彈性支援USB 2.0/3.1,若僅支援USB 2.0使用內部線材變更便可達到,而線路加入高速訊號對就能支援到USB 3.1 Gen1或Gen2支援的高速傳輸應用,傳輸效能達到5Gbit/sec或10Gbit/sec速度。

此外,USB Type-C介面另可在支援Power Delivery(PD)的環境下,將原有USB的最高5V/3A進行傳輸規格提升,或是透過Power Delivery 2.0版追加的Alternative Mode,讓USB Type-C介面亦可達到傳輸影像資訊的效用。

USB 3.2傳輸速率倍增至20Gbit/sec

2017年9月公布的USB 3.2(版本1.0)指出,USB 3.2新版本可同時使用USB Type-C定義的兩對高速訊號傳輸線,讓數據傳輸速度達到20Gpbs(為USB 3.1 Gen2 10Gbit/sec的1倍),在過去USB 3.1 Gen1或USB 3.1 Gen2規格設計,僅使用到Type-C的一對高速訊號傳輸線,而在對應Type-C新介面方面,適用新介面的線路優勢,USB 3.2則可使用到2對高速傳輸線路,應用新線材優勢,達到USB 3.2傳輸效能倍翻目的。

除速度倍翻效益,傳輸線材距離也是USB 3.2新介面標準另一優勢。USB 3.2在傳輸效能提升至20Gbit/sec,USB 3.1 Gen2的線長規範也可達到2m長度。

USB Type-C介面挑戰更高的充電效能

新一代智慧手機設計,充電效能已經成為設計重點,其中導入USB Type-C介面產品設計可善用Power Delivery方案透過設計整合、大幅縮短設備的充電速度。

在部分實現高速充電的手機設計,會選擇將充電器的輸出電壓提升、藉此達到提高充電瓦數的設計目的,但實際上會因為手機內部的線路限制,讓手機進行高功率充電時而會產生設備高熱問題,影響設備使用安全性。

為了改善充電效能、提高設備安全性,新設計也有選擇將手機內的降壓線路移除,讓充電線路的輸入端與手機內部電池端進行連結,因此產出可程式化電源供應(Programmable Power Supply;PPS)方案,透過定義多種電壓搭配不同電壓區間的步進電流調整,達到滿足實踐PD快速充電的設計目的。

目前這類快速充電設計,會定義5V/9V/15V/20V等四種主要電壓區間,例如5V則為3∼5.9V可調區域電壓;9V為3∼11V;15V為3∼16V;20V為3∼21V區間調整,受電方則能根據實際供電狀態對電源供應器進行50mA或是20mV的電流 / 電壓步進調整。

若產品設計搭配的電源晶片可對應不同電壓 / 電流配置,在傳輸線材條件許可情境下,亦可達到對電池進行6/9/12A等不同程度的大電流充電應用。也就是說,在設備設計、充電的電源供應器均同時支援PD 3.0、QC3.0電源協議,即可採行較高效能進行電池電力的充蓄。

多埠多口充電設計具彈性

另一個USB Type-C介面考量方向在於多埠介面同時進行多口充電的設計,也就是說當電源端為設置多埠USB Type-C進行電力輸出時,多口充電可以在Assured Capacity Ports和Shared Capacity Ports兩種狀態提供電力支援。

Assured Capacity Ports為例,若採總瓦數60W的情境輸出,若在多埠設計下可以採15/15/30W進行各埠輸出設定,每個輸出埠均可視為獨立輸出不會與其他USB Type-C傳輸埠的實際負載而會有所影響。

若多埠情境採Shared Capacity Ports狀態,而是多少埠USB Type-C介面共同均分60W總電力輸出,即多埠輸出的加總不會超過額定輸出功率。不管Assured Capacity Ports或是Shared Capacity Ports設計,目前USB Type-C介面對做為快速充電應用的設計有認證方案,即為將針對對應輸出埠提供額定輸出的最大充電功率驗證與標示,以提供用戶區別與理解該充電應用的效用。

視訊擴展輸出  接線便利體驗更佳

USB Type-C介面另一大特色即整合視訊傳輸,2017年發布DP Alt-Mode(Display Port Alt-Mode 1.0b)即僅小幅更新規格,針對採用USB Type-C介面進行DisplayPort訊號傳輸進行微幅調整,而在2017年幾大手機品牌商,在其旗艦產品導入DP Alt-Mode輸出支援,如Huawei Mate10、htc U11、Samsung S8等機型均導入DP Alt-Mode輸出支援。

意即支援的手機可以透過USB Type-C介面的DP Alt-Mode直接以Type-C轉出HDMI視訊,這對於行動裝置使用Type-C的視訊相關應用彈性將大許多,透過視訊配件整合可令智慧型行動裝置透過大型屏幕、TV家電整合應用的彈性更大。

與一般智慧行動裝置顯示直接投影TV或是視訊播放裝置最大差別在於,透過DP Alt-Mode輸出是不僅僅將行動裝置的顯示畫面放大,而是顯示畫面的直接擴展呈現,甚至可以應用進階視窗操作,進行如電腦設備般的操作體驗,相較原有採觸控操作的手機體驗,新一代應用視訊輸出的設備透過大屏幕轉接,還可延續原有電腦、筆電使用體驗操控如視窗、文件操作,使用智慧型動裝置的螢幕轉接就能維持原有電腦的操作體驗。

USB Type-C介面可以乘載的用途,透過新一代協議持續更新追加,功能性與應用綜效已超越舊式USB相關介面,透過更強悍的傳輸效能提升,與電源快速充電應用、多媒體視訊畫面轉接等加值功能整合,已有逐漸成為主流介面的態勢,加上USB Type-C介面採對稱資料線設計,讓介面正插、反插均可維持相同應用功能,不僅在用戶體驗表現更好,新的線材更彈性的應用,加上主流設備的整合支援,未來發展態勢值得持續關注期待。

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