USB Power Delivery将促使3C与移动设备充电标准趋于一统

2014-10-02 15:30:17来源: DIGITIMES 关键字:USB  Power  Delivery
  过去各种ICT装置得仰赖其专属充电/供电配件,造成携带不便与日后随装置淘汰的浪费与环保议题,继欧盟立法统合手机厂以microUSB为唯一充电标准,USB-IF协会正全力推广架构于USB的Power Delivery(PD)充电/供电源规范,使现有ICT装置从显示器、桌机、周边到平板、手机等,只凭一条USB连接线连接就能传输资料同时充电…

3C供充电配件各行其道

各种IT、3C装置依照设计功率、输出入电压或插孔孔径的不同,有其专属的电源供应器/充电配件,大小、线材长短、变压器大小不一,拥有笔电、手机、平板与周边的用户,出差在外每个装置的充电配件都要带齐全;常遇到带笔电充电器的人整天担心不够电,忘了带手机充电线又没多带颗电池的人,得到处借充电线来充电,也是办公室常有的情况。


USB Power Delivery拓朴与运作架构。Source: USB-IF

   
具备USB PD 2.0的USB 3/3.1连接线将可从笔电端、萤幕端或Hub端送出所有连在USB汇流排线上的装置电力。Source: USB-IF

另外一方面,当IT、3C装置因为故障、效能不足或年限到了要淘汰时,其专属电源供应器/充电配件即便功能正常无误,往往处置方式就是跟着装置一起丢弃,造成充电/供电器无法循环回收再利用的环保议题。

架构于USB的供充电规范-从BC 1.2、microUSB到PD

USB(Universal Serial Bus;通用序列汇流排)自1996年1月提出时,就以其即插即用的便利性,12年(1996~2008)从1.5Mbps到USB 3.0的5Gbps(3,200倍传输速率)大跃进,从家中电视、笔记型电脑、平板电脑、智慧手机、外接储存装置、数位相机,办公室中的工作用电脑、印表机,甚至汽车中的车载资通讯娱乐系统(InfoTainment),都仰赖USB来进行资料传输,可说是最广泛应用的传输介面。

如果USB能再提供充电/供电功能,应可鼓励各种ICT装置的充电/供电配件简化并且相互通用,减少资源浪费与解决环保问题。

在USB 2.0时代,可提供5V@500mA=2.5W的电力,而USB-IF协会旗下Battery Charging工作小组开始推动以USB/miniUSB/microUSB连接线做为行动装置电池供电器的充电规范。包括2007年Battery Charging(BC) v1.0规范,与2009年BC v1.1规范;2008年USB 3.0规范推出后,可提供5V@900mA=4.5W的电力。

2010年12月的BC v1.2规范,提供可同时传输/充电的SDP慢充模式、可直接使用AC交流电的DCP、CDP快充模式,进一步支援5V@1500mA=7.5W的电流功率。

2009年6月欧盟与Nokia、三星、LG、Sony Ericsson等14家手机厂达成协议,进而于2011年建议采用microUSB介面作为智慧手机充电规格标准,藉此减少充电器在3C产品损坏后无法重复利用的情形;当越来越多手机商均以microUSB做为充电规格后,欧盟开始强制规范自2017年起,所有智慧手机均需使用microUSB接头;就连采自家专属lightning传输/供充电界面设计的苹果,也不得不针对欧洲市场,提供microUSB转换配件以符合欧盟规范。

欧盟下一步计画让笔电产品也能使用相同充电介面,甚至进而推广,让各种ICT装置的电源供应器/连接线能够简化甚至统一成一种,不仅能够彼此互用,也减少资源浪费与解决环保问题。

Power Delivery百瓦供电  笔电平板手机周边连接充电一条通

无论是USB 2.0的2.5W、USB 3.0的4.5W或BC 1.2的7.5W,这些过去伴随在USB汇流排的充电/供电规格,虽可符合像是手机、MP3的充电需求,但往往需要耗费很多时间才能充饱电;即便是BC 1.2规范上,仅7.5W的供充电功率,光对一般智慧手机充电就要耗费数十分到数小时不等,对稍大尺寸的平板甚至笔电装置,要做充电/供电根本办不到。

于是USB-IF另外成立了电力传输(Power Delivery)工作小组,着手进行藉由USB汇流排提供更大功率充电/供电电流的雄心。2012年7月首度公布USB Power Delivery(PD) 1.0规范,透过5种供电设定级别(Profile 1~5),最高达100瓦的电力传输量,以及供电端(Source)与接电端(Sink)可以互向的双向式的电源供应特性,让各种装置均能透过单独一条USB线缆满足供电需求,缩短装置充电时间并优化行动应用的便利性。同时能够跟既有USB 3.0/2.0、BC 1.2/1.1/1.0充电规范相容。

USB Power Delivery技术与架构详解

USB Power Delivery (USB PD)在充电/供电规格上,制定了最基本的Profile 1 (提供5V@2A, 10W供电,适用于手机、数位相机等可携装置)、Profile 2 (提供5V@2A、12V@1.5A, 10~18W供电,适用于平板电脑、外接储存装置)、Profile 3 (提供5V@2A、12V@3A, 10~36W供电,适用于Ultrabook、变形平板等装置)、Profile 4 (提供5V@2A、12/20V@3A, 10~60W供电,这是microUSB能支援的最大供电规格,适用于一般高效能笔电、AIO电脑),以及最高级别Profile 5 (提供5V@2A、12/20V@5A, 10~100W供电,用于标准A/B与Type-C连接头,可接液晶显示器、平面电视)。

USB PD架构上定义了供电端(Provider)与受电端(Consumer),两端各自有数据沟通以及提供额外电力的IC晶片(SuperSpeed InterChip;SSIC),并利用23.2MHz的VBUS收发载频,以300kbps传输速度来传递Frequency Shift Keying(FSK)信号,并决定实际发送的电压值与电流值;而在8月新公布的USB PD 2.0规格,则首度支援新型态的无方向性Type-C连接头,并改采藉由CC汇流排进行双向沟通并决定发送电压/电流值。

支援USD PD的连接头,则在传统USB连接头图案左边加了SS字母,而同时支援USB 3.1与PD 2.0的USB连接头,还在右上方多加了一个10的字母,代表着具备10Gbps的高传输速率。以USB PD Standard-A连接器为例,在板端的USB PD Standard-A插座内增加了PD Detect脚位,利用USB接头与插座之间的侦测脚位接触与否,来判断所连接的缆线是否支援USB PD规格。

USB PD Standard-B连接器,则透过 USB PD Standard-B插座内的ID脚位,来判断所连接的缆线是否支援USB PD规格。同时依据内置电容位置,来判断承受3A电流或5A电流负载。

USB PD的应用与市场动态

传统的使用情境,主机多半作为供电端,提供电力给连接的萤幕显示器(或萤幕自己独立接电源)、笔电或硬碟;手机和硬碟作为受电端,可吃主机或笔电的电。在2013年美国CES国际消费性电子展中,USB-IF协会首度展示一部接电且符合USB PD规格的显示器,透过USB缆线供电给一部设计功率65瓦的笔记型电脑,并可再与另一台萤幕相连作为延伸桌面显示。

当显示器、笔电与平板都支援USB PD时,显示器、笔电与平板可是供电端也可以当受电端。当笔电、平板电力不足或没带电源供应器时,可透过萤幕来供电;当萤幕需要电力时,也可透过主机、笔电或平板进行供电。这两者也可以在其他装置像是手机、外接硬碟等需要电力时,透过USB Hub的连接来传送电力,或者反过来透过Hub传送电力给笔电、平板,同时仍可进行资料传输。

这样双向性的灵活串接运用,只要在产品供电端与受电端增加USB PD数据沟通IC,随插即充的梦想即可实现。USB PD技术根基于既有低价且已大量普及的USB 介面与缆线,未来在各种USB PD产品应用想必可以加速普及,自然也成为各厂家在2014H2~2015年所期待的新技术应用。

就市场面来看,除了英特尔(Intel)为USB PD的主要技术推手,包括德州仪器(TI)、被微晶片科技(Microchips)购并的标准微系统公司(SMSC),已于2013年就率先展示PD 1.0供充电晶片,另外美商安森美半导体(ON Semiconductor)、荷商恩智浦半导体(NXP)等大厂,也是初期开发USB PD的SSIC数据沟通晶片的先驱者。

台达电(Delta Electronics)已着手研发符合USB PD 1.X的电源供应器/供充电配件,优先于PC产品导入(Profile 4/5),随后导入行动装置产品。创惟科技(Genesys Logic)的Power Delivery 1.0晶片产品于2013年下半发布,支援PD 2.0的晶片产品则预计2015年上半发布。祥硕(ASMedia)则预计于2014年第3季,发表相关USB PD的应用产品。

关键字:USB  Power  Delivery

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/xfdz/2014/1002/article_37289.html
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