USB-PD取代平板電源接口而實現(xiàn)中大功率充電

　　通用序列匯流排電力傳輸（USB-PD）標(biāo)準(zhǔn)演變，將掀起新一波USB應(yīng)用革命。USB在資料傳輸方面早已成為業(yè)界普遍採用的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)定，而隨著更高傳輸速率的USB 3.0規(guī)格問世，更進(jìn)一步增進(jìn)其音訊/視訊傳輸應(yīng)用的價值。目前已有許多擴充基座（Docking Station）導(dǎo)入USB 3.0方案，僅利用單一USB 3.0連接線就能同步支援兩個1，080p顯示器、Gigabit乙太網(wǎng)路（Ethernet），以及多個USB 3.0和USB 2.0接口，可用于連接設(shè)備，環(huán)繞立體聲音響，麥克風(fēng)輸入，甚至手機充電功能。

　　由于各種行動運算裝置設(shè)計持續(xù)朝更輕、更薄的結(jié)構(gòu)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）更貼近市場需求，相關(guān)設(shè)計人員正積極投入研發(fā)USB 3.0方案，期透過單一接口延展出更多的輸入/輸出（I/O）介面，甚至能進(jìn)一步支援更高功率的充電規(guī)格，以同步滿足用戶對平板或筆電的可攜性和可擴展性要求。

　　事實上，目前Windows 8平板裝置大多只容納一個USB 3.0接口，以及一個負(fù)責(zé)影像傳輸?shù)慕涌?，再藉由USB 3.0擴充基座提供用戶額外連接需求；傳統(tǒng)個人電腦（PC）常見的讀卡器、乙太網(wǎng)路，以及鍵盤和滑鼠的連接埠皆已陸續(xù)被製造商移除。下一階段，USB- IF協(xié)會正醞釀以USB-PD規(guī)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(guī)范　USB-PD應(yīng)用潛力爆發(fā)

　　USB 3.0擴充基座幾乎可支援所有傳統(tǒng)I/O接口，包括資料同步、音訊/視訊傳輸?shù)?，但仍缺乏中大功率的充電能力，無法為一般筆電、Ultrabook及平板提供電力。也因此，USB-IF協(xié)會遂將供電技術(shù)視為拓展USB應(yīng)用的布局重點，并于近期發(fā)布新的USB-PD規(guī)范，將USB功率標(biāo)準(zhǔn)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(tǒng)的USB充電架構(gòu)基于主控端（Host）與設(shè)備端（Device）連接模式，由主控端負(fù)責(zé)向設(shè)備端供電，因而增加主控端系統(tǒng)功耗。尤其USB 2.0和USB 3.0因應(yīng)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(yán)重的系統(tǒng)功耗，將與當(dāng)前Ultrabook、 Windows 8平板的設(shè)計理念相互衝突；況且，即便USB裝置端自帶電源也無法向主控端供電。

　　為改進(jìn)上述不合時宜的USB充電架構(gòu)，USB-PD標(biāo)準(zhǔn)新增一個機制，讓主控端及裝置端可互相供電，這意味著主機仍可做為主要的USB傳輸電力來源，但裝置端亦可提供主機電源，以減輕USB主機在執(zhí)行大量資訊傳遞或影音同步任務(wù)時的耗電量。

　　與此同時，USB-PD也擴展USB充電電壓選項，除既有的5伏特（V）規(guī)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(shè)計者靈活調(diào)配10、18、36和60瓦解決方案。

　　USB-PD牽動系統(tǒng)設(shè)計轉(zhuǎn)變

　　隨著USB-PD打破既有充電電壓限制，筆電、平板製造商均可依產(chǎn)品需求設(shè)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(dǎo)入新一代USB-PD規(guī)格，須採用新的纜線和連接器，并通過相關(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(tǒng)纜線無法完全滿足USB-PD的電壓/電流額定值，且對裝置內(nèi)部電路和用戶使用安全將帶來一定程度的影響，所以未來USB纜線和連接器均須增加ID接腳，以提升電路保護(hù)功能。此外，USB-PD連接器還須向下相容，以支援現(xiàn)有的USB產(chǎn)品。

　　短期內(nèi)，USB-PD因增加系統(tǒng)復(fù)雜性，可能使設(shè)計成本攀升；不過，其帶來的應(yīng)用效益將更具價值，將改變?nèi)藗儗P電一定需要電源轉(zhuǎn)換器（Adapter）的舊思維。未來只要一個支援USB-PD的接口就能取代電源轉(zhuǎn)換器，直接為電子裝置充電。

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

　　無庸置疑，USB-PD產(chǎn)品能否問世的關(guān)鍵，就在于負(fù)責(zé)電源訊號通訊的USB VBus設(shè)計。新控制方案須達(dá)到夠高的頻率，以免影響傳統(tǒng)USB設(shè)備，且須搭配符合USB-PD協(xié)定的纜線與連接器，才能真正實現(xiàn)中大功率USB充電應(yīng)用。現(xiàn)階段，包括威鋒電子等USB 3.0晶片商已紛紛投入開發(fā)USB-PD方案，將協(xié)助系統(tǒng)廠打造充電、資料傳輸、乙太網(wǎng)路及影音同步連結(jié)等功能一應(yīng)俱全的USB擴充基座，搶攻 Ultrabook、平板周邊裝置的市場商機。