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如何选购USB Type-C数据线
现在新出的(安卓)手机几乎都是Type-C接口了,消费者因各种需求在网店购买Type-C数据线时,会发现Type-C数据线的价格从9.9元包邮到几十上百元(雷电接口甚至上千元)的都有。为何价格差异会这么大?本文就讲讲一些Type-C数据线的知识。
功能差异
以充电为例,USBType-C线缆虽然都原生支持20V电压,但所支持的电流却存在3A和5A之别。同理,USB Type-C线缆的视频传输能力也是可选项目。
从此表可以看出,以数据传输为例,USB Type-C可选USB2.0、USB3.0(USB3.1 Gen1,USB3.2Gen1)、USB3.1 Gen2(USB3.2 Gen2)、USB3.2 Gen2×2(USB4 20)和USB4(雷电3/4)等多档速度标准,分别对应480Mbps、5Gbps、10Gbps、20Gbps和40Gbps。
E-Marker芯片
从C到M类型,都需要E-Marker(全称为“ElectronicallyMarked Cable” ),我们可以将其理解为USB Type-C线缆的电子身份标签,通过这颗芯片可以读取该线缆的各种属性,包括电源传输能力、数据传输能力、视频传输能力和ID等信息。基于此,输出端(如充电头、笔记本)才能根据输出端连接的设备(如手机或显示器)调整匹配的电压/电流或音视频信号。
在USB-IF协会的标准,传输电流在3A或者3A以下的线缆都不要求配E-Marker芯片;当电流超过3A时,才必须配E-Marker芯片。目前市面上很多USB PD充电的功率没有达到60W以上,所以标配的都是不带E-marker芯片的线缆,以节约成本。
当USB-C线缆的传输速度为USB 2.0时,是不要求配E-marker芯片的。但是当传输速度达到USB 3.1 Gen1(5Gbps)或者USB 3.1 Gen2(10Gbps)时,就必须使用E-Marker芯片,这与USB-C线缆对功率没太大关系。但是E-Marker芯片在标记线缆数据性能的同时,也会标记线缆的电力传输能力。
虽然USB Type-C线缆前后共有2个接口,一般情况下只需在其中1个接口内嵌入E-Marker芯片即可,但也有极少数线缆会在两头接口上配备2颗E-Marker芯片,双芯片的好处是能让充电器读取芯片的成功率更高,保证稳定的大功率传输,当线缆长度达到2米或者更长时性能更好;而且E-Marker芯片是越小越好,毕竟E-Marker芯片的发展方向是更小的封装,因为它的尺寸越大会增加线缆插头部分的复杂度与成本。
针脚
USB Type-C接口内拥有24组针脚,一根线缆支持多大的电流、多快的数据传输速度和视频输出等功能需要连接不同数量和类别的针脚。
比如,仅支持5A充电不支持数据传输的线缆只需与USB Type-C接口内VBUS+GND(传输5A电流)、CC+VCONN(用于Type-C通讯)相连接的针脚即可。
如果需要USB2.0速度的数据传输功能,还需要再加上D+/D-针脚,实际出线数量需要6根。这种标准的线缆对接口的要求不高,只需采用普通FR4材质的4层PCB材料即可满足5A电流传输等级。
针脚
名称
功能
针脚
名称
功能
A1
GND
接地
B12
GND
接地
A2
SSTXp1
SuperSpeed差分信号#1,TX,正
B11
SSRXp1
SuperSpeed差分信号#1,RX,正
A3
SSTXn1
SuperSpeed差分信号#1,TX,负
B10
SSRXn1
SuperSpeed差分信号#1,RX,负
A4
Vbus
总线电源
B9
Vbus
总线电源
A5
CC1
Configuration channel
B8
SBU2
Sideband use(SBU)
A6
DP1
USB 2.0差分信号,position1,正
B7
Dn2
USB 2.0差分信号,position2,负
A7
Dn1
USB 2.0差分信号,position1,负
B6
Dp2
USB 2.0差分信号,position2,正
A8
SBU1
Sideband use(SBU)
B5
CC2
Configuration channel
A9
Vbus
总线电源
B4
Vbus
总线电源
A10
SSRXn2
SuperSpeed差分信号#2,RX,负
B3
SSTXn2
SuperSpeed差分信号#2,TX,负
A11
SSRXp2
SuperSpeed差分信号#2,RX,正
B2
SSTXp2
SuperSpeed差分信号#2,TX,正
A12
GND
接地
B1
GND
接地
注:USB 2.0差分信号只会连接其中一边;因USB Type-C Plug无B6、B7。
但如果是全功能的线缆,在前者的基础上还需用上对应USB3.1的TX1+/TX1-、RX1+/RX1-、TX2+/TX2-、RX2+/RX2-以及边带信号SBU1/SBU2,实际出线数量至少是16根。
此外,这类接口还需要选择高频、高性能的6层PCB板材,高速信号线的走线要非常小心,因为超过5Gbps的高速率已经进入到微波领域,通过连接器和线缆传输如此高的速率必须考虑通道的不连续性引起的失真,为了将失真程度保持在一个可控的水平,需要线缆通过阻抗、延迟、时滞、衰减和串音等一系列测试项目。
线缆用料
通过连接USBType-C接口内不同数量的针脚,并搭配相应的E-Marker芯片可以获得不同功能和性能,但这还不够。因为电力、数据和音视频传输最终还需落实到线缆内的数据和电力线芯上,而后者的用料将直接决定各类信号的传输质量。比如,真正讲究的线缆都需要在内部加入钢套和硬封胶进行保护绝缘,线身内套上金属屏蔽网和屏蔽铝箔防止信号干扰,通过填充铁氟龙绝缘体、凯夫拉线、抗拉线和棉线来增加线缆的柔韧度等等。越高档的线缆直径越粗,但通过上述手段优化后,可显著提升其耐弯折的能力,有效抵抗日常磨损。
以支持5A和USB2.0数据传输的线缆为例,其内部只需4组线芯,并使用普通的加粗镀锡铜芯即可。
如果是支持5A、10Gbps数据传输和音视频输出的线缆,就需要采用10根镀锡铜芯和8根镀银铜芯设计了。如果是支持40Gbps的雷电线,还需要对镀银铜芯进行加粗。而且当信号在同轴电缆内传输时,其受到的衰减与传输距离和信号本身的频率有关。对于高频信号,传输距离越远,信号衰减越大。因此,最高端的雷电线长度普遍不超过0.5米,超过0.5米需要搭配额外的芯片对信号进行放大,成本极高,这也是品牌的雷电线超过1.5米动辄就上千的原因。
最后如果你是技术控,或是想测试一下自己买的USBType-C线缆到底是什么等级,有没有被商家骗,不妨考虑买一个POWER-Z测试仪亲自试试。 四川 李运西编者补充:今年5月份,USB-IF协会定稿的USB Type-C接口和线缆v2.1版本标准协议,近日已经在官网正式签署并对外公布。相比于上一个版本,v2.1标准最大的变化在于将USB PD协议下原来最高20V/5A的供电提升到48V/5A,最高功率从100W升级到240W。考虑到功率的进一步提升,或许以后通过USB Type-C线除了满足手机、轻薄本等设备的供电需求外,还可以为更多的电子设备供电,例如高性能游戏本。当然还需要注意的是,v2.1现在是可选协议非必须,如果要实现满载240W的供电,要配套专门增强过的EPR(Extended Power Range,扩展功率范围)特殊线材才行,而非当下的SPR(标准功率范围)线材。
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