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接口这么多 但只有USB Type C会成主流

导读: 通用串行总线(USB)是连接计算机系统与外部设备的一种串口总线标准,也是一种输入输出接口的技术规范,被广泛地应用于个人电脑和移动设备等信息通讯产品。最新一代是USB 3.1,传输速度为10Gbit/s,三段式电压5V/12V/20V,最大供电100W ,新型USB Type C插型不再分正反。

  在科技领域近二十年发展中,USB承担着举足轻重的作用,比如在传输数据和电量方面,很大程度上影响着我们的生活,加之USB Type-C技术的普及,再一次将USB推上了风口浪尖。为此,本文侧重介绍USB基本工作原理、发展历程,以及USB3.1与Type C的一些特点,希望对读者有些帮助。

  USB Type-C

  USB工作原理

  USB是一个外部总线标准,用于规范电脑与外部设备的连接和通讯,USB接口即插即用和热插拔功能,接口可连接127种外设,如鼠标和键盘等。USB是在1994年底由英特尔等多家公司联合在1996年推出后,已成功替代串口和并口,已成为当今电脑与大量智能设备的必配接口。

  USB发展历程

  USB 1.0

  USB 1.0是在1996年出现的,速度只有1.5Mb/s,1998年升级为USB 1.1,速度也大大提升到12Mb/s,在部分旧设备上还能看到这种标准的接口。USB1.1是较为普遍的USB规范,其高速方式的传输速率为12Mbps,低速方式的传输速率为1.5Mbps,b/s 一般表示位传输速度,bps 表示位传输速率,数值上相等。B/s与b/s,BPS与bps不能混淆。

  USB 2.0

  USB2.0规范是由USB1.1规范演变而来的,传输速率达到了480Mbps,折算为MB为60MB/s,足以满足大多数外设的速率要求。USB 2.0中的“增强主机控制器接口”定义了一个与USB 1.1相兼容的架构,可以用USB 2.0的驱动程序驱动USB 1.1设备。也就是说,所有支持USB 1.1的设备都可以直接在USB 2.0的接口上使用而不必担心兼容性问题,而且像USB 线、插头等等附件也都可以直接使用。

  对于工程师来说,开发USB2.0 接口产品主要障碍在于:要面对复杂的USB2.0协议、自己编写USB设备的驱动程序、熟悉单片机的编程。这不仅要求有相当的VC编程经验、还能够编写 USB接口的硬件程序,所以大多数人放弃了自己开发USB产品。

  USB 3.0

  由Intel、微软、惠普、德州仪器、NEC、ST-NXP等业界巨头组成的USB 3.0Promoter Group,该组织负责制定的新一代USB 3.0标准。USB 3.0的理论速度为5.0Gb/s,其实只能达到理论值的5成,那也是接近于USB 2.0的10倍了。USB3.0的物理层采用8b/10b编码方式,这样算下来的理论速度也就4Gb/s,实际速度还要扣除协议开销,在4Gb/s基础上要再少点。可广泛用于PC外围设备和消费电子产品。

  USB 3.0在实际设备应用中将被称为“USB SuperSpeed”,顺应此前的USB 1.1 FullSpeed和USB 2.0 HighSpeed。

 

  下一代的Type-C USB接口,可支持正反两面插,并且传输数据信号强,但目前生产商有限。

  USB 3.1

  USB 3.1规范在2013年发布,分为Gen 1和Gen 2两个版本。实际上Gen 1版本只是USB 3.0的一个马甲(理论最高仍然是5Gbps,并无改变),但仍有Type-C的USB 3.1 Gen 1销售,也就相当于USB 3.0 Type-C。USB 3.1仍保留了Type-A版本。USB 3.1有很大改变,不仅Gen 2版本可以提供两倍于 USB 3.0 的传输速度,而且同时发布的Type-C接口使用了防呆设计,支持正、反插,但USB 3.1不向下支持,需要使用转接头。

  2013年12月,USB 3.0推广团队已经公布了下一代 USB Type-C 连接器的渲染图,随后在2014年8月开始已经准备好进行大规模量产。新版接口的亮点在于更加纤薄的设计、更快的传输速度以及更强悍的电力传输。Type-C双面可插接口最大的特点是支持USB接口双面插入,正式解决了“USB永远插不准”的世界性难题,正反面随便插,同时与它配套使用的USB数据线也必须更细和更轻便。

  USB 3.1和USB Type-C不是一个概念

  有些人一定已经注意到了,有时USB 3.1和USB Type-C这两个词在某些场合下是可以互换的,这就导致了许多人对这两个概念之间的界限比较模糊。简单的说,USB 3.1是一个行业标准,同时也是目前标准的修订号,这是一项技术标准,并不是物理产品。但是USB Type-C则是一种新型的连接器,有Type-C插头和Type-C插座组成。

  更重要的是,虽然USB Type-C是基于USB 3.1进行设计,但是并不意味着使用这种连接方式的设备支持USB 3.1标准。比如诺基亚N1平板,尽管同样使用了USB Type-C插头,但是依然还是USB 2.0设备。同样的概念也适用于OnePlus 2智能手机。

  与此同时,对于使用USB 3.0 Type-A接口的设备来说,这种以蓝色为标志的接口经常出现在笔记本电脑和台式机上,却兼容USB 3.1标准。所以这么做有什么意义呢?为什么有些设备使用了不兼容USB 3.1标准的USB Type-C接口呢?没错,就是为了方便。

  总的来说USB Type-C具有以下特点:

  1.最大数据传输速度达到10Gbit/秒,也是USB 3.1的标准;

  2.Type-C接口插座端的尺寸约为8.3mm×2.5mm纤薄设计;

  3.支持从正反两面均可插入的“正反插”功能,可承受1万次反复插拔;

  4.配备Type-C连接器的标准规格连接线可通过3A电流,同时还支持超出现有USB供电能力的“USB PD”,可以提供最大100W 的电力。

  USB Type-C将成为USB连接的主导

  USB Type-C插头和接口可以支持USB 3.1高速连接,可以在显示端口中传送4K标准信号、并且承担100w的电源,并且这一切都在同一时间完成,只要满足所有技术标准就可以。由于目前来看 USB Type-C将不会过时,因此未来将很有可能成为USB连接的主导形式。

  目前,一些厂商和产品已经开始有所行动。比如苹果的MacBook就是用了Type-C单接口设计,可以用来充电、传输数据以及视频输出等多个功能;谷歌的Chromebook Pixel也配备了两个USB Type-C接口,并且实现相同的作用。

  不过,USB Type-C的逐渐普及将导致目前大量的现有USB数据线缆失去作用,因为它们并不兼容USB Type-C。我们无法将microUSB插入到USB Type-C接口中,不过相比于USB Type-C带来的更多优势,淘汰旧有的一批连接标准也是大势所趋。

  总结:在未来一段时间内,设备兼容性尚存在一定问题,在USB Type-C接口普及之前,用户还需要使用各种转换设备进行接口转换才能够顺利使用。例如 USB-C to USB Adapter 转换器,USB-C Digital AV Multiport Adapter(HDMI转换器), 电源方面,还需要USB-C 电源适配器。

责任编辑:Alvin
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