挑选USB转Type-C苹果转手机转换头C接头转换usb,找哪款好?

USB-C接口尺寸为8.3×2.5毫米,小于当前PC的USB接口,但略大于许多手机采用的尺寸6.85×1.8毫米的micro-USB接口。至于电力传输规格,线材标准为直流电5V、5A,而连接器为3A。Type-C由于不兼容现有的任何类型,因此需要额外设计转接设备。全球首套USB 3.1主控端与设备端原型,则由ASMedia于2014年的USB-IF年会中发表。

USB 3.0 Promoter Group主席Brad Saunders在接受采访时表示:“虽然USB技术在设备连接和设备充电中是最受欢迎的,但是我们仍然意识到我们需要开发一个新的接头来满足不断发展的设计趋势,比如设备尺寸和可用性的进步。新的USB-C接头将迎合市场的需求并为未来的USB版本奠定一个基础。”

USBType-C是在2013年底公布,2014年开始有量产产品推出,经过多年的发展,如今已经成为了主流的USB接口。

目前不仅新推出的智能手机基本上都支持Type-C接头了,还有笔记本电脑、数码相机、智能音箱、移动电源等等设备也都开始采用Type-C规格的USB接口了。比如苹果已经完全将旗下的MacBook笔记本电脑改为了纯USBType-C接口来让用户传输数据或充电。更有市场传言,苹果将会在未来的iPhone上也采用USBType-C接口。

Type-C相对于其它接口的优势:

  • 最高可以支持5A大电流,
  • 在USB4标准支持下,最高可传输速率可达40Gbps。
  • 通过USB Power Delivery技术,可用于3C产品(如笔记本电脑、智能手机)的充电。
  • 增进的电磁干扰(EMI) 与射频干扰(RFI mitigation)特性。

  • 第二款引入USB-C的产品是谷歌于2015年出产的Chromebook Pixel,但同时保留了传统接口。
  • 第三款引入USB-C的产品是苹果公司于2015年出产的全新MacBook。(由于最度只有5Gbps,所以文件传输速度比旧款Mac的Thunderbolt接口慢。)
  • 第四批引入USB-C的产品为主板,2015年华硕、技嘉、微星、华擎主板开始使用USB-C接口。

USB3.1(Type-C)运行速度高达10Gbps,支持100W充电,并且可以插入AppleiPad自己的Lightning连接器。据USB-IF贸易组织称,这是一个“20年连接器”,它看起来像是一个真正的赢家。其中存在设计师面临的挑战:处理嵌入式设计中的信号完整性和速度问题;可容纳100W的功率,可以在任一方向流动!并将Type-C连接到上面列出的传统接口。

快速提示#1:重新驱动(或不驱动)Type-C

专用于以高达10Gbps的速度运行,USB3.1的Type-C连接器可通过24条信号线将各种数据移动(图2)。双向连接器(A侧和B侧)每侧有12条线,只有4条映射到USB1.1和2.0(Vcc,Ground,D+,D-);其余的用于差分信号或功率。

就像图1所示的USBType-C的功能不够令人印象深刻,这12条线可以同时做很多事情。例如,Type-C电缆最多可以同时连接四个DisplayPort通道,或带有两个DisplayPort通道的USB3.1,以及USB2.0和USB-PD(电源传输)。另外,还可以混合使用HDMI,PCIExpress和其他差分标准。该电缆支持2米或10Gbps1米处的5Gbps。

快速提示#2:功率(全)选项

新型Type-C连接器可以处理高达100W的电力给显示器供电,或为笔记本电脑,笔记本电脑或2:1(图6)等大型设备充电。此外,电源可以在任何方向流动,因此您的智能手机可以为您的笔记本电脑充电(短时间)。USB-IFBC1.2()规范涵盖了以前的USB充电方案(请参阅本文“USB如何充电任何电子设备”)。Type-C的新规范涵盖在PowerDelivery2.0(PD)规范中(请参阅“超移动,便携式嵌入式系统的3大基本技术”)。
根据PD规范确定电源要求,选择电压和提供电流的机制非常复杂,并且基于USB-IF协议(鼓励读者查阅上述文章)。表2列出了按照PD规范的Type-C中的关键电源选项。

值得注意的是,新的100W(任一方向)PD选项如何与传统的BC1.2规范共存。设计人员需要了解他们的系统需要提供什么样的功率要求,并且必须包含必要的充电,开关和枚举电路。除了最新的PD规范外,最大USB功率为15W(),这对所有手持移动设备,便携式硬盘和USB配件都足够了。只有笔记本电脑和显示器(可能不是“嵌入式系统”)可能需要>50W(图7)。

快速提示#3:很难保留传统

很明显Type-C连接器和电缆应该能够替代大多数传统串行接口,从PCIe到HDMI。它甚至会取代所有以前版本的USB连接器和电源适配器。

但是过渡到全C型的世界还需要一段时间。同时,嵌入式设计人员需要将一种信号类型转换为另一种信号类型。例如,系统内PCIExpress将需要转换为运行Type-C,并可能与USB3.0或3.1一起运行。DisplayPort,HDMI,SATA等将同样需要转换。这些转换中的大多数都会在源系统和目标系统中进行。

在Type-C接口定义诞生之前,USB接口家族已经有了Type-A、Type-B、Mini-A、Mini-B、Micro-A和Micro-B几种形式,在我们日常生活中相对比较熟悉是Type-A(广泛应用于电脑、充电器等)和Micro-B(广泛应用于手机、平板等移动设备)。

理解USB Type-C,需要和USB标准进行区分。USB标准是对数据传输协议所做的规范,由于USB的标准化组织USB-IF的命名方式较为混乱(如USB 3.0又被称为USB 3.1 Gen 1),给消费者造成了比较大的困扰,最简单的方式是通过最高传输速率进行区别。最高数据传输速率是USB标准最重要的参数指标,目前最新一代标准USB 3.1 Gen 2可以达到10Gbps。

对于Type-C接口来说,USB 2.0/3.0/3.1标准均可以支持,因此使用Type-C接口并不意味着更高的数据传输速率,支持的USB标准才是关键。

从另外一个角度,USB 3.1标准支持Type-A、Micro-B和Type-C三种物理形态,因此传统的数据连接线同样可以实现高速数据传输。

为方便区分支持不同标准的USB接口,USB-IF采用了改变接口颜色的办法,黑色代表USB 2.0,蓝色代表USB 3.0,浅蓝色代表USB 3.1。

深入剖析,把握USB Type-C接口的核心竞争力

在对Type-C接口的定义有了清晰认识之后,我们开始讨论他的主要优势,从1.1小节中可以看到Type-C接口在最高传输速率上并无特别之处,那么它受到产业界广泛追捧的原因是什么呢?

首先,从外观形态上看,USB Type-C接口体积较小,相比支持USB 3.0及以上标准的Micro-B接口更加轻薄,更适合应用在移动设备上,同时支持正反两个方向插入,方便消费者在多种环境下使用,带来更好的用户体验。

其次,Type-C由于标准化充电协议USB PD的加成,在充电方面有着得天独厚的巨大优势,可以达到更高的充电效率,并实现双向充电。

从表1中我们可以看到USB标准对于最大传输电流的规定,USB 2.0及以前限流500mA,USB 3.0及以后限流900mA,以标准电压5V计算,最大传输功率仅为4.5W。2010年颁发的USB BC(Battery Charging)1.2充电协议支持5V/1.5A充电,但依然无法满足人们对于快速充电的需求。

在这样的背景下,快速充电技术近两年迅速兴起,目前主要的解决方案有高通的Quick Charge,MTK的Pump Express和OPPO的VOOC。无论哪种方案,核心思想均为通过非认证协议对通过USB接口传输的电压或电流进行调节,达到提高充电功率的目的。

高通Quick Charge支持5V、9V和12V三种电压,最大充电电流可达3A。搭配Type-C连接器使用时可提供最高36W的充电功率,目前已经推出了4.0版本。联发科Pump Express快速充电技术原理和高通方案类似,同样使用提高充电电压的方式,最高充电功率可以达到24W。OPPO VOOC 快充技术采用不同的技术路线,采用提高电流的方式提高功率,但必须搭配自身特制的连接线以减小传输损耗。

USB PD协议基于USB 3.1标准和Type-C接口,充电电流和充电电压均可灵活配置,电流可以选择1.5A、2A、3A和5A,电压可以选择 5V、12V和20V,充电功率有10W、18W、36W、60W和100W几种规格可选。

从下图可以看到,当充电电压大于5V或充电电流大于1.5A时,需要使用新型连接线缆;而当充电功率达到60W时,传统的Micro B接口已经不再适用,当充电功率达到100W时,标准的Standard A型接口也不再适用,因此我们认为随着快速充电技术的发展,Type-C接口将成为最佳选择。

Type-C接口对USB PD协议的支持是由其自身的结构决定的。从下图中可以看到,Type-C接口内部除了专用数据线之外,还有四根VBUS线,因此具有更强的电流传输能力,同时,还拥有两根专做USB PD通信使用的CC线,从而可以实现双向充电。这些特质是传统USB接口所不具备的。

2017年2月,USB-IF发布了USB PD协议的重要更新,正式推出了旨在同一快速充电技术规范的PPS,不允许USB接口通过非USB PD的协议来进行电压和电流调整。同时,谷歌在最新的Android 7.0 OEM规范中强调:使用USB接口的手机,快充技术必须支持USB PD。这样前文提到的高通、MTK和OPPO的快充方案,在未来只能使用Type-C接口和USB PD协议实现。目前高通的下一代快充技术Quick Charge 4.0已经正式宣布支持Type-C接口和USB PD协议。

第三,USB Type-C接口可以通过Alternate Mode实现更高数据速率的高清影像传输。Display Port、Thunderbolt等数据传输协议可以在此模式下利用USB的收发通道进行高清视频等数据的传输。

Type-C的这一特性在4K高清视频传输、VR/AR等应用上具有重大意义。以VR为例,目前高端的VR设备均基于PC,如HTC Vive和Oculus Rift,需要使用三根cable线(音视频、数据、充电)完成PC和VR设备的连接,使用较为繁琐。智能手机连接VR设备的便携性是其显著优势,如果手机采用USB Type-C接口,利用DisplayPort视频输出,则可以在任意厂商的智能手机上使用VR头盔。

总结来看,我们认为USB Type-C接口在轻薄度、数据传输速率、充电功率、支持双向充电、图像传输协议兼容性等方面具有较为明显的优势,并且得到了产业界广泛的支持,整体生态环境日渐成熟,未来将成为消费电子设备接口的不二之选,有望“一统江湖”。

苹果和安卓双双发力,Type-C接口普及有望加速

苹果新产品或将引入Type-C接口,市场小高潮可期

2017年2月,知名媒体华尔街日报爆出苹果将从新款iPhone开始全面使用USB Type-C接口。2017年7月,专业媒体充电头网曝光了新款iPhone的充电器实物图,从曝光图看出,充电器端接口已经由传统的Type-A变为了Type-C。

充电头网同时曝光了两张iPhone新产品原型机无线充电器的照片,从中可以看出:iPhone新产品无线充电器采用了单线圈设计,兼容WPC Qi标准,输入电压为5V-12V,输出电流为0.6A-2A,输出功率5W-10W,效率为70%至85%,充电器沿用Lightning接口。

2012年9月,苹果在iPhone 5的发布会上正式公布了Lightning接口,取代了之前使用9年的30针Dock接口,移动设备首次支持可正反插的接口。到目前为止,Lightning接口一直被应用在iPhone和iPad产品上。

深入剖析苹果的Lightning连接器的发展现状,可以发现苹果依靠自身的话语权和产业链地位,已经在连接器领域建立起了一个完整而封闭的生态系统。苹果的连接器产品除官方出品之外,同时还对第三方厂商开放,但必须通过苹果的MFi认证。MFi是苹果的一种发展计划与授权认证程序,其含义是“Made For iPod/iPhone/iPod”,只有通过MFi认证的连接器才可以搭配苹果的电子产品正常使用。

苹果的Lightning连接器并非是类似传统USB连接线的被动线缆,根据专业网站chipworks在2012年的拆解报告,苹果的Lightning连接器内部共有四颗芯片,除了NXP的主控芯片(图18上方)之外,通过一颗TI芯片(图18下排中间)实现安全加密功能,第三方厂商必须使用这颗芯片才能通过MFi验证。

内部多颗芯片的使用毫无疑问增加了Lightning连接器的成本。通过整理比较苹果、三星和第三方厂商的连接器价格可以看到,苹果原装的Lightning连接器价格是三星原装的USB Type-C连接器的大约三倍,而从同一品牌的第三方厂商产品看,Lightning连接器价格是USB Type-C连接器的大约两倍。

从积极角度出发,苹果的MFi验证流程保证了整个接口生态环境的封闭性,提升了Lightning连接器的安全性,防止因使用品质较差的连接器出现使用事故,因此我们认为未来苹果在移动设备端还将继续沿用Lightning接口。

尽管从2012年至今,苹果的移动设备端一直使用Lightning接口,但苹果并未停止在USB Type-C接口方面的研发工作。

2016年,苹果公司推出了一款可以实现USB Type-C和Lighting接口直连的数据线,这款数据线有1米和2米两种规格,售价分别为188元和258元。我们认为,这是苹果将Type-C接口逐步导入iPhone和iPad产品中的重要信号。

综合苹果的媒体信息,我们认为苹果在新款iPhone上的接口设计在手机端将沿用传统的Lighting接口,以延续整个接口生态系统的安全性和封闭性,连接线另一端将由USB Type-A换为Type-C,以支持USB PD协议,实现更高的充电功率,同时Lightning接口同样将进行相应的升级。

我们认为, Type-C接口的趋势已经被苹果认可,应用范围即将从Macbook推广至iPod、iPad和iPhone,掀起一轮消费电子产品普及USB Type-C接口的浪潮。

根据市场调研机构IDC的数据,2016年iPhone销量达到2.15亿部,仅次于三星的3.11亿部。另外一家权威市场调研机构IHS的数据显示,2016年单一机型销售榜单上前四名均被苹果占据,分别是iPhone 6S、iPhone 7、iPhone 7 Plus和iPhone 6S Plus。我们认为,苹果的技术路线选择仍然是全球智能手机行业最重要的风向标,一旦选用Type-C接口将对整个行业产生较大的催化作用。

接口由Type-A转换为Type-C带来了连接器单体价值量的提升(1米长连接器由148元涨至188元)。按照市场调研机构IDC的数据计算,2016年iPhone和iPad随机器销售的Lightning连接器约2.6亿根。假设未来iPhone和iPad产品年销售量保持稳定,按照1米长USB Type-C转Lightning连接器价格188元计算,市场价值量便达到了约500亿元。

另外根据雷锋网报道,第三方配件商生产的Lightning连接器方面,规模大一些的厂家月销量可达200万条,而月销量在几十万条规模的厂商“不计其数”,从京东上看到这些连接器的价格从9.9元到69元不等,我们认为这部分的市场容量同样相当可观。

总结来看,苹果假如在新的iPhone产品连接器中使用USB Type-C接口,对于Type-C的普及将会产生重大意义,考虑到苹果智能设备风向标的指向作用,我们预计未来会有更多厂商跟进。

安卓市场,USB Type-C已成燎原之势

相比苹果构建封闭生态系统的核心理念,安卓平台则从上线时起便保持着开放、兼容的姿态,因此Type-C接口在安卓阵营普及的更加迅速。

从2017年发布的安卓新机型上看,多款安卓手机在终端侧使用了USB Type-C接口。我们对使用USB Type-C接口的安卓品牌、机型和价格进行详细整理后发现:USB Type-C接口已经从旗舰机型向中低端机型渗透,越来越多的1500元至2500元价位的智能手机开始使用Type-C接口,这标志着USB Type-C的生态环境已经趋于成熟,成本下降至可全面普及区域。

此外,在苹果的带动之下,越来越多的安卓手机开始取消3.5mm耳机插孔,USB Type-C接口耳机成为新的潮流。2017年,小米6、努比亚Z17和锤子坚果Pro均采用了这样的设计。

取消3.5mm接口的好处主要有两点:一是可以将数模转换芯片(DAC)和音频放大器芯片从手机内部移到耳机连接器中,节省手机内部空间;二是提高手机的密闭性,利于防水设计。

我们预计,考虑到USB Type-C在充电、音视频数据传输、兼容性等方面的巨大优势,未来将成为安卓智能设备的标配。

(节选自海通电子研究)

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