USB-PD將掀起新一波USB應用革命

通用序列匯流排電力傳輸(USB-PD)標準演變，將掀起新一波USB應用革命。USB在資料傳輸方面早已成為業(yè)界普遍采用的標準協(xié)定，而隨著(zhù)更高傳輸速率的USB3.0規格問(wèn)世，更進(jìn)一步增進(jìn)其音訊/視訊傳輸應用的價(jià)值。目前已有許多擴充基座(DockingStation)導入USB3.0方案，僅利用單一USB3.0連接線(xiàn)就能同步支援兩個(gè)1080p顯示器、Gigabit乙太網(wǎng)路(Ethernet)，以及多個(gè)USB3.0和USB2.0接口，可用于連接設備，環(huán)繞立體聲音響，麥克風(fēng)輸入，甚至手機充電功能。

　　由于各種行動(dòng)運算裝置設計持續朝更輕、更薄的結構演進(jìn)，因此對縮減傳輸介面占位空間的需求也更加殷切。為使下世代平板裝置和超輕薄筆電(Ultrabook)更貼近市場(chǎng)需求，相關(guān)設計人員正積極投入研發(fā)USB3.0方案，期透過(guò)單一接口延展出更多的輸入/輸出(I/O)介面，甚至能進(jìn)一步支援更大功率的充電規格，以同步滿(mǎn)足用戶(hù)對平板或筆電的可攜性和可擴展性要求。

　　目前Windows8平板裝置大多只容納一個(gè)USB3.0接口，以及一個(gè)負責影像傳輸的接口，再藉由USB3.0擴充基座提供用戶(hù)額外連接需求;傳統個(gè)人電腦(PC)常見(jiàn)的讀卡器、乙太網(wǎng)路，以及鍵盤(pán)和滑鼠的連接埠皆已陸續被制造商移除。下一階段，USB-IF協(xié)會(huì )正醞釀以USB-PD規范，進(jìn)一步取代各種電子裝置的電源接口(圖1)。

　　擴增大功率充電規范USB-PD應用潛力爆發(fā)

　　USB3.0擴充基座幾乎可支援所有傳統I/O接口，包括資料同步、音訊/視訊傳輸等，但仍缺乏中大功率的充電能力，無(wú)法為一般筆電、Ultrabook及平板提供電力。也因此，USB-IF協(xié)會(huì )遂將供電技術(shù)視為拓展USB應用的布局重點(diǎn)，并于近期發(fā)布新的USB-PD規范，將USB功率標準配置由10瓦(W)提升到100瓦，讓USB成為全方位的裝置對外連接解決方案。

　　傳統的USB充電架構基于主控端(Host)與設備端(Device)連接模式，由主控端負責向設備端供電，因而增加主控端系統功耗。尤其USB2.0和USB3.0因應多元、高速傳輸需求，分別將功率拉升至500毫安培(mA)、900毫安培，可能產(chǎn)生更嚴重的系統功耗，將與當前Ultrabook、Windows8平板的設計理念相互沖突;況且，即便USB裝置端自帶電源也無(wú)法向主控端供電。

　　為改進(jìn)上述不合時(shí)宜的USB充電架構，USB-PD標準新增一個(gè)機制，讓主控端及裝置端可互相供電，這意味著(zhù)主機仍可做為主要的USB傳輸電力來(lái)源，但裝置端亦可提供主機電源，以減輕USB主機在執行大量資訊傳遞或影音同步任務(wù)時(shí)的耗電量。

　　與此同時(shí)，USB-PD也擴展USB充電電壓選項，除既有的5伏特(V)規格外，還加入12伏特和20伏特，在USB介面可承受最高5安培電流的前提下，目前可提供的最大功率為100瓦，并可由設計者靈活調配10、18、36和60瓦解決方案。

　　USB-PD牽動(dòng)系統設計轉變

　　隨著(zhù)USB-PD打破既有充電電壓限制，筆電、平板制造商均可依產(chǎn)品需求設計不同的供電方案，如筆電一般使用20伏特充電，而平板或其他USB連接器則可使用12伏特方案。然而，電子裝置要導入新一代USB-PD規格，須采用新的纜線(xiàn)和連接器，并通過(guò)相關(guān)的安全性和協(xié)定測試。主要是考量USB升級至中大功率充電后，傳統纜線(xiàn)無(wú)法完全滿(mǎn)足USB-PD的電壓/電流額定值，且對裝置內部電路和用戶(hù)使用安全將帶來(lái)一定程度的影響，所以未來(lái)USB纜線(xiàn)和連接器均須增加ID接腳，以提升電路保護功能。此外，USB-PD連接器還須向下相容，以支援現有的USB產(chǎn)品。

　　對于電源供應解決方案業(yè)者而言，發(fā)展USB-PD的技術(shù)挑戰還包括周邊元件的選用，并須考量電力供應和消耗兩個(gè)面向，因應5、12和20伏特電壓或不同的電流規格，投入更多軟硬體研發(fā)資源，以改良現有USB介面的5伏特VBus電源線(xiàn)，提高支援電壓等級至12或20伏特。

　　無(wú)庸置疑，USB-PD產(chǎn)品能否問(wèn)世的關(guān)鍵，就在于負責電源訊號通訊的USBVBus設計。新控制方案須達到夠高的頻率，以免影響傳統USB設備，且須搭配符合USB-PD協(xié)定的纜線(xiàn)與連接器，才能真正實(shí)現中大功率USB充電應用?，F階段，包括威鋒電子等USB3.0晶片商已紛紛投入開(kāi)發(fā)USB-PD方案，將協(xié)助系統廠(chǎng)打造充電、資料傳輸、乙太網(wǎng)路及影音同步連結等功能一應俱全的USB擴充基座，搶攻Ultrabook、平板周邊裝置的市場(chǎng)商機。