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【避坑指南】怎样选出想要的TYPE-C扩展坞

2021-09-17 13:54:21 93点赞 324收藏 37评论

创作立场声明:接续上篇文章,继续将在实际使用过程中学习到的知识与妈友分享

追加修改(2021-09-17 14:45:11):
补充四点内容: 一、关于雷电3、4,还有一些带宽上的限制,比如雷电3的数据带宽有22Gbps的限制,雷电4将这个带宽提升到了32Gbps。相当于雷电3硬划分了18Gbps给DP通道,雷电4最小预留8Gbps给DP通道。实际使用上,如果上了双4k60hz10bit,那将是15.64Gbps+15.64Gbps的视频带宽,数据带宽就只剩下了8Gbps。 二、(单接口)扩展坞的产品非常多样,价格在100-300元区间,一个HDMI输出,两三个USB-A输出,或者有RJ45网卡接口,或者有SD/TF读卡器,甚至还有一些带有USB-PD,但可以说,普遍采用了2+2的硬连线方案,最多做一个固件写死的MUX芯片,这种设备能够支持DP 1.4那能够满足4k60hz8bit,上HDR普遍靠8抖10。 三、有部分产品具有两个Type-C接口,那就相对简单了,一个接口负责4+0的全视频信号传输,而另一个则全负责USB数据信号的处理,这样你就可以理解为是两个扩展坞,即便是物理上它是一个盒子。 四、Type-C接口上四对数据线,在DP信号看来因为是单向传输,所以是四套通路;而在USB上看来,因为既收又发,所以算作两条通路,即USB 3.2 Gen 2x2中x2的意义——两条通道。文章中均已DP视角讨论。 说到此,最后谈论(吐槽)一下接口,Type-C看似一线通,但是接口设计在如今的数据需求上已经显现短板。特别是这个接口为了兼容USB2.0/1.1这样的设备,为了兼顾正反盲插的操作,在A6/7和B6/7占用了两对数据通路(能力达到5Gbps*2)却只满足了480Mbps的需求,严重浪费。所以RTX 2080Ti显卡上的Type-C接口将这两对数据通路用于了传输VR视频数据。这样的接口设计还将在USB4/TB4上延续,接口标准应当适时做一修正了。

前情摘要

书接上篇《【避坑指南】2021年分水岭般的4K60p》,那篇文章里汇总了很多基础概念、相关知识,并且把数据拉出来分析了一番。而返回头再来看那篇文章的话,最后的分析更加侧重于DP Alt Mode下显示数据和USB数据的分配问题,其他相关的情况没有提及,现实上,对笔记本电脑具有直接意义。所以这个现实意义就体现在Type-C扩展坞的选择上,本文则补全这一块。

针对Type-C、DP Alt Mode这个问题,我又反复研究了个别扩展坞配件,及其拆解视频,积累了一些知识。于是在此继续分享,明确一些知识,看看如何在Type-C扩展坞的选购上避坑。当然了,鉴于本人的风格——知其然知其所以然,本篇还会侧重一些理论知识。只不过这次会比上回稍微实用一些。不过我还是坚持,知道怎么回事之后,根据自己的实际情况,来选择设备。

Type-C扩展坞到底什么原理

历史上,由于没有统一的实施方案,实现主机接口的外部扩展,只有主机大厂才具备自定义能力,以及生产真·扩展坞的实力,比如最早期IBM ThinkPad的底部接口及其各型底座,以及后期联想在历代机型中开发过的如OneLink、OneLink+等各种接口;同期一些小厂没有主机的设计能力,只能在USB上做文章,弄出了多种USB-Hub。

而现如今,随着DP Alt Mode这项关键标准的制定,以及接口形式的Type-C化统一,外置扩展坞可以不再需要设计专用接口,主机厂、外设厂可以凭借统一的接口各自为战。同时相应芯片的低成本化,以往小厂不能做的事情,现在信手捏来。于是,我们实际看到了一个从几十元到上千元价格跨度的产品集合。知其然知其所以然,我们来大致认知一下相关内容。

主机端、设备端原理图主机端、设备端原理图

在一个实现了显示输出的扩展坞的主机端和设备端基本如图示结构。其中最关键的就是双侧的MUX芯片(multiplexer数据选择器)。由于Type-C线缆中的线路有限,显示和数据共六路信号要通过四路主干数据通道传输,于是双侧的MUX均只能取舍,要么给4Video+0USB,要么2Video+2USB,这也就是DP Alt Mode——上篇有介绍。插上数据线,双端的主控芯片相互握手,确定MUX状态,作为下游输出的设备端向主机端明确到底是4+0还是2+2。但是实际上,设备端(扩展坞)的控制芯片(Dock Controller)在出厂时已经通过固件设定了一种模式,即2+2,甚至有一些设备直接省略了这个芯片用硬连线实现2+2。

第二个关键的芯片,个人认为应该是Video Sink。大家的Type-C扩展坞买来普遍是想要显示输出的,而这个芯片就决定了到底输出能力如何。从主机显卡过来的信号,经过两层MUX,再到这个芯片,是2Lane的DP信号,按照HBR2的能力顶格8.64Gbps(仅够4k30hz),按照HBR3的能力那就能到12.96Gbps(满足4k60hz8bit)。然后这个芯片传话给DP或者翻译成HDMI甚至转码为VGA,通过物理接口将数据发送出去,根据芯片的能力实现接口输出的能力。而另外一个较为关键的芯片USB-Device,那就是各种扩展了,上游MUX能够给到2*5Gbps的能力,下游扩展USB-C、USB-A、网卡、耳麦(声音芯片)、SD/TF读卡器,以及各种能够通过USB扩展出来的新鲜玩物。

具体案例

ThinkPad USB-C Dock Gen 2 (40AS)

经过比选,我为新笔记本电脑配置了这个扩展坞,设备能力在此官方说明:ThinkPad USB -C Dock Gen 2(我个人倾向于到美国网站看说明,比较全而且内容清晰完整,照顾大家我切了繁体中文,其实看英文会更准确)。拆开之后,板子和芯片说明那个如下。

ThinkPad USB-C Dock Gen 2 主板ThinkPad USB-C Dock Gen 2 主板

可以看到,从右到左,首先经历了TUSB1064(详细文档:datasheet)这个MUX,旁边的CY7C65210(详细文档:CY7C65210, USB Billboard Controller)控制TUSB1064的工作状态,即4+0还是2+2。图上可以相对清晰的看到数据线走向,其中比较明显的是从TUSB1064左侧接出四对到VMM5322BJG(没有文档,只有介绍:视频接口IC,查找VMM5320)。燃鹅接出四对又怎样,控制芯片锁死了2+2模式。但无论如何,2Lane的DP经过这个芯片转换成2*DP 1.4接口和1*HDMI 2.0接口。再往左走,TUSB1064的其他一些接线通过穿板走到VL820-Q7(文档:威鋒電子,一拖四的USB Hub),两路走USB-A 10Gbps,一路走下游VL820-Q8,一路走GL850G(一个USB2.0/1.1的USB Hub)。最后,VL820-Q8连接一个USB-C接口一个USB-A接口,以及一个网卡控制器RTL8153B和一个音效CX21985。整个板子的结构就这样弄清除了个大概,那是不是一下子会看板子了呢。

其中两个重点,一个是MUX芯片(TUSB1064),看其详细的数据指标文档,提到了支持DP 1.4支持USB 10Gbps,而且可以由GPIO或者I2C来控制4+0还是2+2,但是很明显,控制芯片(CY7C65210)的固件写明白了就是2+2。甚至我还找到了这个扩展坞的固件升级程序,确实有一个小组件是控制芯片的固件,但是全是无法猜透的编译二进制文件,只能作罢。另外一个就是VideoSink芯片(VMM5322BJG),这个芯片一样支持DP 1.4 / HBR3,要注意这一点,这个芯片输出两路DP 1.4和一路HDMI 2.0,所以它会混流,从上游主机端以DP 1.4 / HBR3 / 2Lane进行通信,达到12.96Gbps的带宽,然后向下游三个输出端口根据显示器的能力输出信号。但这里有一个超纲题,我利用这个盒子做到了4k60hz8bit + 2k60hz8bit,按照带宽加和,应该是12.54+5.63=18.17>12.96,这点我没有想透,也许开启了DSC。

戴尔DA310

一款好用不贵而且设计很有特色的产品,对比DA300主要指标是多了PD。

DA310结构拆解,图片来自知乎LeavesDA310结构拆解,图片来自知乎Leaves

这个扩展坞功能上,没有什么硬伤。线缆直接分拆两个板子,通过主机端的MUX实现Type-C的正反插判断,既然都硬走线了,肯定2+2。两个板子分别是视频子板(以及PD功能)和数据子板。视频子板最大的芯片是RTD2182S,实现了HDMI、VGA、DP以及进一步USB-C DP Alt Mode的输出。至于数据子板上,FL5500提供了1拖4 USB3 HUB,两路USB-A输出,一路到RTK8153网卡,空置一路。

DockCase DPR91S

一款神奇的产品,神奇在于,前边说了除了硬连线,如果通过控制芯片,是可以控制MUX进行4+0和2+2的切换的,而且如果把这个做到运行时动态切换,那岂不美哉。之前有过一款产品是有一个切换的拨动开关,而本款产品,通过配置实现“软”设置。

PS8822逻辑结构,图片来自官网PS8822逻辑结构,图片来自官网

这款设备采用了PS8822(PS8822 – USB-C® Retiming/Redriving Switch for USB 3.2 Gen 2x1 device and DP HBR3 Sink,支持USB 3.2 Gen 2(10Gbps)和DP Alt Mode / DP 1.4 HBR3。但是这款设备的Video Sink选用了相对价格低廉的PS186(PS8822 – USB-C® Retiming/Redriving Switch for USB 3.2 Gen 2x1 device and DP HBR3 Sink),将DP 1.4转换成HDMI 2.0,这其中从带宽方面看HDMI 2.0的14.4Gbps成为瓶颈——别忘了盒子还能设置为4Lane模式,那将是25.92Gbps的超级带宽,可惜了。别的,这款盒子就没有什么特别项了:FL5500除了USB-A口,下游接RTL8153网卡和GL3231S SD/TF读卡器。

绿联8K USB-C扩展坞

绿联Type-C扩展坞8KUSB-C转HDMI2.1转换器3.0分线器适用笔记本电脑接电视大屏8K拓展坞转接头3.0HUB集线器199元京东去购买

绿联最近出品的一款扩展坞,亮点是HDMI 2.1,终于摆脱了14.4Gbps的束缚,可以迈向至少4k60hz10bit (15.68Gbps),当然HDMI 2.1的总体能力是能够支撑到8k30hz10bit乃至8k120hz10bit(DSC压缩)。拆开来看,没有MUX芯片,没有控制芯片,只有三个芯片:PD、USB、Video。线路上,2+2定死,那么即便HDM 2.1,受到上游只有DP 1.4 / HBR3的话,最大仍然是12.96Gbps,这么说HDMI 2.1还是2.0,无所谓喽。从芯片看,采用VMM6110,上游也仅支持HBR3,即便将来连接一台DP 2.0的主机,对不起,这个盒子还是怂。当然从芯片的维度,支持4Lane输入,那就是25.92Gbps了。

雷电3/4

以上说的都是DP Alt Mode,Type-C的四对数据线中既要承载数据又要承载视频,然后各自找各自的线,各自传各自的信号。而雷电呢,则高端多了,雷电双端其实也都有MUX型的东西,只不过这个芯片更高端,可以干更高级的事情——将数据混流。

雷电4原理图雷电4原理图

TB4的总带宽与TB3一样是40Gbps,相当于每条数据通道提供了10Gbps的能力,TB Switch将上游过来的PCIe和DP信号进行混流,统一打包塞给对端的TB芯片,对端的TB芯片解码分流,再给下游的相应芯片用于输出。于是这就不再局限于到底是4+0还是2+2了,这是4/4的模式。当然了,高端的能力,总是需要高端的价格来表现其高端。

总结

设备千千万,价格高高低。我们始终没有足够的钱把所有设备都买来实验出到底哪个适合自己,但是通过网上的各类评测,我们能知道大概。可是现在的评测灌水与否,虽不是普遍,但也无法控制良莠。那干脆,自己搞清楚其内在逻辑,通过拆解文章,看到其中的芯片版型架构,进而搜索相关资料,得出自己的结论——别人说始终是别人说,自己说才是自己说。

希望第二篇略深奥的文章—划掉—文档,能够给大家提供一些进一步的知识。

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37评论

  • 精彩
  • 最新
  • 文章太硬,跟不上。倒是推荐几款性价比好的产品啊

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    性价比要看你的价格能力。没有完美的产品,只有适合的东西,搞清楚怎么选,自然知道该选哪个了

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    可以从性价比和性能两个方面去推荐一些产品,你这写文章写了就跟没写一样,都是一堆空话

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  • 我要求不高,能4lane dp1.2转成hdmi2.0 14.4就完美了… [喜极而泣] 大佬有这种扩展坞吗?

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    你用线吧,那种标称8k的,以防万一,但一般转hdmi的虽然都是2.0,就怕谁给你弄个2lane

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  • 感谢该文,让我突然搞明白了为什么我的AS40不能在我的XB271HU上开高刷(因为XB271HU是DP1.2,只支持HBR2,加上dock的2 lanes下来,无法支撑高刷)。特地上来感谢一下作者!

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    这不应该是那篇分水岭4k60p的作用么 [想一想]

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  • 请问大佬,想在IPAD上实现C口充电、USB传输,偶尔外接显示器,可以帮忙推荐一款集线器吗?

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    超。。。超纲了,苹果主机端的芯片不详,而且还爱整封闭系统,如果想省心,官网配件区找一找吧

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    直接买个苹果标配的LG5k显示器一步到位,自带反向充电,usb c hub

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  • 就想入一个支持4K60hz,再加两三个USB-A接口。请推荐一款200-300内的

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    只要笔记本有DP1.4,那就随便盲选

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  • 楼主戴尔的tp16有研究吗,如何

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    TB16吧?老的雷3扩展坞么?

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    对啊,怎样性能

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  • 对于幼儿园毕业的我来说,这文章太难了。。。。

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    现在usb、雷电乱七八糟的协议把本来一个通用的接口搞得复杂无比

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  • 作者写的这篇文章也是我之前研究的问题:最近换了一台4k60 8bit的显示器,但是我的surface go只有一个type-c,想要实现拓展坞接显示器和键鼠要好好找一番。后来在淘宝翻了好久才找到两个符合我的要求的,一个是绿联的80865,这个比较贵,但是接口多。另一个89,只有1xUSB2.0+DP+PD。

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    求另一个89元拓展坞叫啥?同go,我也想买

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    ***一定要买DP的,不要买HDMI版。

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  • 想问下绿联这个扩展坞怎么同时支持8k+usb3.0的?

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  • cpstar

    作者
    通过评论再补充一点,第一张原理图,主机侧的USB-HOST其实是四条线接入MUX芯片上,如果外置设备不需要DP Alt Mode,那就是完全执行USB3.2 Gen2x2

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  • 总觉得扩展坞的价格好贵~~

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  • 直接雷电4,啥也不用研究 [高兴]

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  • 那你能帮帮我吗 [小眼睛]

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  • 笔记本是今年新出的 THINKPAD X13,一开始买了三个type-c扩展坞(价钱都在130-199之间),用扩展坞的HDMI接口连显示器就间歇性黑屏,换了三个品牌的扩展坞4根hdmi线都没解决,包括秋叶原的线,还好京东可以7天无理由退,现在买了一个299块钱十二合一的扩展坞,带dp接口的,用了一天还没黑屏,不知道是不是不会出现黑屏了

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    什么牌子的

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    Gopala299的

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  • 只想要一个带充电,usb,tf卡,网卡的,用来给手机用,有没有便宜的推荐呢?

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    绿联有一款,就是不带3.5口

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  • vga+tf读卡器+usb3.0,有啥性价比推荐么?

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  • 之前买了一个带pd充电的,但这充电速度实在是太慢了,我玩5个小时游戏电量就掉到15% [尴尬]

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  • 市场上有pd口同时支持电源充电和视频输出的扩展坞吗?就像typec显示器的pd口一样.

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  • UP太硬了!请教个问题,想捡40A9的垃圾,我是单2560x1440,us网站看到40a9单DP支持4K30fps,那么4096*2160/2560/1440=72fps,能这么算吗?再加上一堆外设的话,带宽会不会有问题?

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    算法大概OK,只是其中视频信号除了可以倍差计算的核心显示像素以外,行频场频是不该倍差计算的,但比例小误差不大。然后这个坞没见板子,但大概猜,还是2+2线路布局,两路视频两路数据,所以互不干扰。显示方面,应该是一个芯片(很可能还是VMM的)下挂两路DP一路VGA,但是芯片只能处理DP1.2,所以上限UHD10bit33Hz/UHD8bit33Hz,1440p则是10bit73Hz/8bit90Hz,相关的数据链路能力可以参考本人另外一篇文章。

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    太nb了,说up不是行业内人士,我大概是不认可的

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