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USB 知识 关于USB 2.0、USB 3.0、USB4、USB-C、Type-C、PD 快充

USB 知识 关于USB 2.0、USB 3.0、USB4、USB-C、Type-C、PD 快充

发布时间:2024-04-18 09:39:45 最后更新:2024-04-18 10:03:35 浏览次数:1233
一、USB 是什么
USB:Universal Serial Bus,简称 USB。中文翻译Q称为通用串行总线,是一种串口总线的标准,也是一种输入输出接口的技术规范,在现实中频繁应用于 3℃ 数码产品,电脑、手机、打印机、游戏机等,被称为万能接口,目前已经发展为行业标准。

下面这些都可以称为 USB,形态多样,根据物理形态还可以分为 USB-A、USB-B、USB-C 等,另外每种物理形态还有不同的只传输协议,比如 USB 1.x、USB 2.0、USB 3.x等,最主要的区别就是传输速度不同。


二、USB 标准的演变USB 

传输协议的制定组织是 USB-IF,成员有苹果、微软、惠普、因特尔等。从 1996 年的第一代USB 1.0 开始到现在最新的 USB4,中间经历了很多版本,也经历过多次改名。估计有很多朋友不知道他们的区别,那就跟着我一起来看看吧~


USB 协议的发展
1、USB 1.0
1996 年,正式发布第一代 USB 1.0,传输速度仅为 1.5Mbps。最大的特点是支持热插拔,即插即用。如今 USB 1.0 已经成为历史。

2、USB 2.0
2000 年,USB 2.0发布,最高传输速度提高到 480Mbps。这在当时是很快的传输速度了,但是在今天随便一个移动硬盘都是T级别的,一部 2k 4k 的电影也是 G级别,USB 2.0 的传输速度已经不够用

3、USB 3.0
2008年,USB30发布,传输速度提高到5Gbps。

4、USB 3.1
2013年,USB 3.1发布,传输速度达到了10Gbps。从这里开始,USB-IF开始了魔幻操作,对之前的接口标准重命名了,导致现在接口名称混乱。
以前的 USB 3.0 改名为 USB 3.1 Gen 1 又称为第一代 USB 3.1,新发布的 USB 3.1 改名为 USB 3.1Gen 2 又称为第二代 USB 3.1。前面提到的 USB 3.0 消失在了历史长河。

5、USB 3.2
2017 年,USB 3.2发布,最高速度达到了 20Gbps。没有错,USB-IF 组织又对接口标准重命名了
第一代 USB 3.1 改名为 USB 3.2 Gen 1 又称为第一代 USB 3.2,第二代 USB 3.1 改名为 USB 3.2Gen 2 又称为第二代 USB 3.2。就这样,USB 3.1 也消失在了历史长河。
新发布的 USB 3.2(传输速度 20Gbps),叫做 USB 3.2 Gen 2x2 又称为双通道第二代 USB 3.2

6、USB4
2019 年,USB4 发布,分为两个版本,一个是20Gbps,一个是40Gbps。物理接口形态统一使用USB Type-C 接口。
到此总算说完 USB 协议了,为了保证设备兼容性,所有协议都向下兼容。各 USB 协议的理论传输速度对比:


三、USB 接口的识别
前面说的 USB 2.0、USB 3.1、USB 3.2、USB4 指的都是传输标准,需要依赖于物理接口才能实现传输数据、充电等功能。
1、接口类型
目前我们常见的接口有以下几种:
USB Type-A
又称 USB-A,在电脑、手机充电器中很常见。分为公座和母座,常见 USB-A数据线的 A端是公座而充电器上的则是母座。为了区分不同的接口协议,通常使用 USB 3.0 协议的 USB-A接口颜色使用蓝色。


左:USB 2.0的Type-A,右:USB 3.0的Type-A

USB Type-B


又称 USB-B,通常在打印机设备使用,另一端使用 USB-A 连接电脑。


USB Type-C
又称 USB-C,作为新一代通用接口,集成 USB 数据、PD 充电、音视频显示输出等功能,有望成为市场的统一接口。它是随着 USB 3.1(这里特指 USB 3.1 Gen2,现名:USB 3.2 Gen 2,下同)标准被提出来的。


USB Type-C

这里不得不提-下 USB 3.1。
这里所说的 USB 3.1指 USB 3.1 Gen2,而 USB 3.1 Gen1 只是USB 3.0的改名,功能完全没有变化。
这就是 USB-IF 在改名的时候太草率,导致现在命名混乱。
编码标准变化从 USB 3.0的 8b/10b 升级为 128b/132b,编码损耗从 20% 降低到 3%。
直观感受是传输速度损耗从 20% 降低到 3%,等于原来只能负载 80%,现在变成负载 97%。
最大支持 100W 电力输出
电压不只局限于 5V,还提供了其它多种规格,对充电来说,等于多了很多选择,USB Type-℃ 除了拥有 USB 3.1 的特性外,还具备:
     1.无方向,支持正反盲插
     2.支持雷电, 3(Thunderbolt 3)传输协议,传输速度将从 USB 31的 10Gbps 提高至 40 Gbps

2、什么是 PD 快充
全称叫 USB Power Delivery,简称为 USB PD,是 USB-IF 组织制定的充电标准和技术,最早发布于2012 年。

从 USB 2.0 开始,一个叫 Battery Charging 的工作小组(归属于 USB-IF 组织),开始研究让 USB提供供电功能。直到 BC v1.2规范发布,最大也只支持 7.5W 充电,在之前小型设备小容量电池时代能满足充电要求,但是在今天已经没办法满足了。苹果万年不变的「五福一安」,只有 5W 的功率充满电要好几个小时,实在没办法忍受。
为了解决更大充电功率的问题,USB-IF 又成立了另外一个工作小组 Power Delivery。然后就有了现在使用的 USB Power Delivery(PD)充电标准。

USB PD 1.0
2012 年发布 USB PD 1.0,可以使用 5V、12V和 20V 电压充电,最高功率达到100W。支持以下功率配置:

   10W:5V2A
   18W:12V 1.5A
   36W:12V 3A
   60W:12V5A、20V 3A
   100W:20V 5A

USB PD 2.0
2014 年发布 USB PD 2.0,改成使用 USB 3.1 标准的 USB Type C 接囗。


USB PD 3.0
2015 年发布 USB PD 3.0,加入 PPS(Programmable Power Supply),兼容各家快充协议,最新规范已经支持高通 QC4 快充协议。这个就厉害了,目标是消灭其它快充协议,唯我独尊。

USB PD 2.0和 USB PD 3.0 支持以下功率配置,充电功率比 1.0 版本扩大了很多。

因为种种原因,USB PD 10基本不被市场采用。相比之下,较新的 USB 2.0和 USB PD 3.0 比较受市场认可,使用的也比较多。
USB PD 快充要统一市场还任重道远。国内手机厂商自研的快充技术已经成为了各自的宣传卖点,恐怕短时间内无法让手机厂商放弃自己的快充技术。从长远来看,统一快充技术对于规范市场是有好处的,消费者再也不用担心各种设备的充电问题了。

3、不是所有的 USB Type-C 都是全能

USB Type-℃ 只是一个物理接口形态,虽然支持 PD 充电、USB 数据传输、DisplayPort 显示,但是实际上,还要看设备厂商有没有搭配对应的功能。设备制造商可以自由的选择要支持的功能,也可以提供全功能的 USB-C 接口,但是基于成本等其它原因,可能只有一项或者某几项功能。

有些设备虽然使用 USB Type-C 接口,但是不一定是使用 USB 3.1的接口协议。(这里所说的 USB3.1 是指 USB 3.1 Gen2,现名:USB 3.2 Gen 2,下同)

所以,千万不要认为 USB Type-C 就是 USB 3.1,而反过来,如果一个接口使用了 USB 3.1 标准,那么物理接口形态一定是 UsB Type-C。
在购买 USB-C 接口的设备时,要特别注意接口支持的功能。像下面这款电脑,特别标识了全功能USB Type-C 接口。

4、UsB Type-C 不是 USB PD
USB Power Delivery,简称为 USB PD,是 USB-IF 组织制定的充电标准和技术,最早发布于 2012年。可以将 USB 电源能力提升到 100W。这两个名词不能互换。另外,不是有 USB-C 接口就一定支持 PD 快充协议。

5、关于 Type-C 这个名词
从 USB-IF 官方资料来看,是没有这个叫法的,官方推荐的叫法只有全称 USB Type-C,及简称 USB-C

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