Type-C到底强在哪?了解USB接口的发展史,看这一篇就够了

USB接口可能是这个世界最通用的接口之一,已有24年历史,我们大多数人见证了从USB 2.0规范到如今USB 3.2规范的蜕变,也目睹了一个个不通用、反人类的烂接口被弃用。为什么USB能经久不衰?USB接口究竟是什么样子的?今天笔者就从USB接口的变革USB规范的演变目前的USB三方面来聊一聊USB的发展和意义。

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USB接口即其外观上的变化,而USB规范则主要指USB的性能参数,本文为了通俗易懂故分开来讲。


我们熟知的USB2.0

USB全称Universal Serial Bus(通用串行总线),于1994年被众多PC厂商确立,以解决当时PC接口不统一的问题。对于USB接口的结构,相信每个人都不陌生。在下图的4个触点中,分别负责包括负责供电的Vbus、GND端子、用来数据传输的Data+、Data-端子,至于端子为什么成对,可以理解为正极负极,端子要成对才能做事。

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 随着移动设备的高速发展,USB-IF组织分别推出了mini USB、Micro USB、USB Type-B、USB Type-C等USB接口以替代“巨大”的USB接口,因此传统的USB接口在当下有了新的名字——USB Type-A

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越来越易用的USB接口。

多数90后的同学见证了Mini USB的兴衰的,这种接口在MP3、MP4盛行的时代大行其道,其采用梯形设计以避免用户误差,但它基本只解决了USB体积大小的问题。

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随着安卓手机占领大街小巷,其搭载的Micro USB接口也火爆起来,因此直接叫它“安卓口”的人也大有人在。而Micro USB发布于2007年,并在2009年得到了全球通信协会的认可。众手机厂商达成协定,在自家设备上采用Micro USB接口。Micro USB的高度相比Mini USB减小一半,以及通过插头底部的凸槽提高了连接稳定性,接口寿命也得到延长。

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USB Type-C则是目前全新的USB接口,在笔者看来它几乎解决了过去USB接口的所有缺陷,包括无需区分正反,最高可支持5A大电流。其在USB 3.2标准支持2.56GB/S的速度传输视频、声音信号等功能更不在话下。在插入USB-C插口时,你能听到一声清脆的声音,这个声音是USB-IF对于USB Type-C的强制要求,它看似平凡,背后却隐藏着无数工程师的心血。

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USB Type-C的针脚达到了24个,而硕大的USB Type-A最初仅有4个,使人不得不赞叹科技的发展。这些针脚的作用就不给大家叙述了,感兴趣的读者可以自行查阅,所以相比Micro USB接口,USB Type-C在体积上增大了。人们常常将USB Type-C简称为Type-C,虽然一语中的但它有更准确的简称——USB-C,苹果给我们开了个好头。

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阔别8年的USB3.0规范

我们大多数人都亲历了从USB 2.0到USB3.0的变革。USB 2.0发布于PC方兴未艾的2000年,而它的继任者USB3.0已经是2008年的事。肉眼看来,可能USB 2.0到USB 3.0的最大差别是USB 3.0换了蓝色插口,但其中的变化要远比看到的更多。相比上文接口的变化,规范的升级才是USB真正的升级。

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在兼容USB 2.0的4个引脚基础上,USB 3.0加入了5个全新引脚,除了一个电源接地引脚外,是2对分别负责读取和写入的引脚RX+、RX-和TX+、TX-。另外USB 3.0的供电能力相对USB 2.0的500mA提升到了900mAh。在速度上的体现则是USB 3.0的速度达到了5Gbps,与PC上SATA3接口的6Gbps仅差20%。

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USB 3.0标准已推出了十年之久,但仅有三星、ZUK等数部手机采用USB 3.0进行数据传输,主要原因是USB 3.0工作时会在2.4Ghz频段会产生严重的干扰,简单理解是由电磁感应现象导致。所以在手机上使用USB3.0进行数据传输时,同样工作在2.4Ghz频率的WIFI传输和PC无线设备会受到干扰,传输不稳定。USB 3.0的U盘工作时,无线鼠标会不受控制即是这个原因。数据传输在如今的云时代不再重要,所以USB 2.0在手机上则一脉永流传了。

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USB 3.1的最大改变——USB Type-C

由于USB 3.1发布后对USB3.0进行了微调,所以USB 3.0有了新的名字,USB3.1 Gen1。而真正的USB3.1叫做USB 3.1 Gen2,USB 3.1相比3.0在数字上仅提高“0.1”,但其变化可谓改头换面,下文暂且将USB 3.1 Gen2 直接叫做USB3.1。

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相比USB 3.0,USB3.1在硬件不变的前提下,通过修改传输协议等方式,传输速度翻了番,达到了10Gbps。而USB-C接口也是随着USB 3.1规范而推出的。

我们再来观察上述USB-C的引脚图,在了解了USB3.0和USB3.1规范后,这下就能尝试理解其针脚了。相比USB 3.0的9引脚,USB-C提升到了24引脚,数据传输引脚翻了倍,新加入了CC引脚,以进行USB Power Delivery充电,而它的简称就是我们熟知的USB PD快充。

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其新加了一组SUB引脚,它支持Alternate Mode(可选模式),适合传输非USB信号,厂商可以自定义这组引脚的作用,因此USB-C也支持了DisplayPort视频传输协议、音而其他厂商也可以用它进行HDMI传输。MHL视频传输等。

USB接口终于在USB-C完成了全面的进化,达到了近乎最强形态,传输数据可以达到10Gbps,传输电力在USB PD支持20V5A最高100W的电力输出视频信号、音频信号也样样精通,USB在PC上得以通用后,目前又迎来了在任何数码设备传输任何数据的广阔空间。

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关于USB-C的不分正反问题,也是全新的CC引脚的功劳,由于USB-C的两侧并不对称,CC引脚可以判断出此时USB-C插入的方向,进而控制其他引脚的传输方式,最终实现不分正反。

在不远的未来,USB-C To USB-C数据线将成为市场主流,在任何情况下我们都可以使用这一根线缆连接手机、电脑、投影仪、充电器,以后就再也不用拿着扩展坞、转接器、适配器这样的东西了。而目前在手机上流行的USB-A To USB-C在几年内也可以寿终正寝

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如今一统天下的USB

USB 3.1推出的三年后,USB 3.2于2017年正式被提出,相比USB 3.1数据传输速度又翻了倍,达到了20Gbps,比传统的HDMI 1.4接口还要更快,连接4K级别的显示器完全绰绰有余,而成倍的提升完全依靠USB Type-C中增加两组数据传输引脚,在USB 3.2上这两组引脚才得到了真正的发挥。而搭载USB 3.2的设备也将于2019年正式与我们见面

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雷电(Thunderbolt)接口推出于2011年,由半导体巨头intel巨头提出,其通过直连PCI-E和CPU以达到超高速传输,带宽甚至满足外置显卡的需求。但由于高成本与微软的不支持一直沦为小众,2015年其在新一代雷电3在保持传输协议不变的前提下将接口更换成USB-C接口,带宽翻倍达到了40Gbps,其能够双4K(4096×2160)60Hz显示器输出,或外置GTX2080Ti显卡。MacBook 电脑的4雷电口全部支持供电、数据、视频输出、音频输出也是托了USB-IF的福。

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被USB收编的还有手机上著名的高通QC充电协议,由于过去的Micro USB接口只支持2A电流,因此5V2A无法满足快充需求,高通修改了MiroUSB的D+、D-引脚,发展出了QC 2.0、QC 3.0两代快充,最高速度可达到12V2A,但在USB-C提出后,使用全新的CC引脚进行充电沟通显然是更好的方法,于是在QC4/4+上,高通抛弃了自己的私有协议拥抱了USB PD 3.0充电协议,进行了兼容。

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 在文章的最后来所说说各家手机厂商的快充实现,首先是行业大哥苹果,苹果iPhone8 及更新的手机、平板全部支持USB PD快充,iPhone能达到15W左右,而iPad 11英寸能达到30W。三星在note7后收紧了充电管理,采用自家AFC快充电速度9v电压功率仅10W多。华为过去的SCP快充为5V4.5A,功率22.5W,全新的40W超级快充则是10V4A。小米跟着老大哥高通,虽支持QC4但由于成本和CtoC线的不便利,因此标配9V2A 18W QC3.0充电器。OPPO则是声名远扬的5V4A的VOOC闪充和今年配备于高端机高达10V5A的Super VOOC闪充。vivo的双引擎闪充为10V2.25A,但在8102年的今天,vivo X23依然采用着Micro USB接口。

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结语

USB接口之所以能够27年屹立不倒,笔者认为是其开放态度和保持兼容,如今的USB Type-c在如此小的体积下仍然保持着USB 2.0的支持,D+D-这两条引脚如今已经很少使用,但USB-IF一直敞开着怀抱。而拥抱开放还是保持闭塞,高通和英特尔已经用QC4快充和Thunderbolt给出了答案。

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