新一代 USB 電力傳輸規格底定,USB-IF 公布 Power Delivery v2.0 標準

作者 | 發布日期 2014 年 09 月 18 日 14:41 | 分類 零組件
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前一段時間可正反拔插的 USB 3.1 Type-C 接頭規範正式完成,除了沒有方向性限制以外,其中也提到電力傳輸可達 100 瓦,為了達到要求,負責制定 USB 3.1 規範的 USB 3.0 Promoters Group 也在日前完成了新版 USB 電力傳輸規範的制定,公開 USB Power Delivery v2.0 規格,同時也在原本的 USB Class 定義了新的分類 Billboard Device Class v1.0 。




以現代人對於 USB 用在充電方面的慣用程度,應該多少對於不同時期規格能提供的電力大概都有所了解,從最早的 5V, 150mA,但現在常見的 USB 2.0 提供了 5V, 500mA,然後來到了 USB 3.0 的 5V, 900mA,為了追上充電需求後面追加出現了 Battery Charging 規格而來到 5V, 1.5A。而新規範提供的高瓦數當然不是採取將傳輸電流提升到 20A 這樣單純且不經濟的做法。如同早先在網路上的消息一般,USB 3.1 除了原本的 5V 以外,另外提供了 12V、20V 不同的電壓,這樣子電流量便可以控制在較為安全的 5A 以內。

當然以這樣的電壓組態來看,我們或許可以看到未來使用電力輸入接口是 USB 接座形式的 USB 外接盒、或者是筆記型電腦。

隨著 USB Power Delivery v2.0 的更新,提供了更多的彈性。首先充電電流傳輸的方向是不固定的,比如說常見的變形平板,在平版本身與外掛的鍵盤通常都各自具有電池,在 USB PD 2.0 規範下,鍵盤內的電池可以透過平板與鍵盤間的連結,從平版的充電器經由平板替鍵盤充電,一旦拔除充電器,則電流可以馬上由鍵盤來驅動平板。另一個例子正是前面提到的,外部的充電器可以透過任意的 USB Port 替筆記型電腦充電,但同時其他的 USB PORT 也可以像一般狀態使用,由電腦提供電力給外部裝置。

另一個變化是,USB 裝置現在必須交涉通知所需的電力,若有新的 USB 裝置加入,則原先已存在的裝置可以透過交涉調整供給量。舉例來說,當我們使用電腦上的 USB Port 替手機充電,原先手機可能會在較高電流的模式下工作讓電可以快點充滿;當我們插入 USB 硬碟外接盒、陣列盒這類裝置時,電腦可以暫時降低供給手機的電力,讓更多的電流可以應付硬碟機馬達開始運轉瞬間的暫態,等到開始正常工作後又能夠重新供給較多的電力給手機進行充電。

為了完成這樣的功能,PD 2.0 規範內允許定義多種替代模式 (Alternate Modes),系統可以與裝置進行交涉並且允許在不同模式間切換,而這些 Alternate Modes 可以透過 Structured Vendor Defined Messages(Structured VDMs)來定義,透過 USB 3.1 Type C 中的 CC Pin 來溝通,甚至可將內部的 PIN 重新定義挪作他用。

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另一個與電力傳輸有關的新規格則是 Billboard Device Class 這個新的 USB 裝置分類。

與我們平常知道 Device Class 拿來定義獨立裝置、或是 USB 的功能的用法不同,這個新分類將會定義如何將 Device Container 內的替代模式告知 HOST 的方法(Method),也包含了人類可讀的支援訊息。不過這個 Device Class 並不會定義切換 Alternate Mode 的方法論 (Methodology),因為在 PD 2.0 規範內已有詳細的定義。

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新增添的 Billboard Device Class 最大好處就是當支援某種 Alternate Mode 的裝置插入至不支援的 Host 時,會跳出提示告知使用者為何無法正常工作,而不是只有擺爛在那一動也不動。正如同這個裝置分類所示,起了告示板(Billboard) 的功用。

這些全新的設計,提供了未來的 USB 有相當多的彈性與發展空間,其中一個可能的應用就是 PCIe Over USB;而 Alternate Modes 的設計也提供了不少在電力傳輸上的新想像,未來也很可能會出現筆電透過 USB 與螢幕連接,但同時利用同一條纜線透過螢幕給筆電充電這樣聞所未聞的新發展。

(本文由 VR-Zone 授權轉載)

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