中華民國106年 12月17日
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新一代 USB 電力傳輸規格底定


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。

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。

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。


【101創業大小事/整理報導】

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