升級還是權(quán)謀？從USB PD 2.0到3.0
如同iPhone的出現(xiàn)，才讓智能機真正主導手機市場一樣，Type-C口發(fā)布后，USB PD才正式進入大眾的視野。而事實上，USB PD 1.0的標準在2012年的7月份就已經(jīng)發(fā)布。那個時候，USB接口是傳統(tǒng)的TYPE-A和TYPE-B，所有的連線資源，都已經(jīng)被VBUS、GND和DATA傳輸線所占據(jù)。于是，USB-IF打起了VBUS和GND的主意，通過一個高頻載波，把USB PD協(xié)議的通信數(shù)據(jù)調(diào)制到VBUS上，接收端則從VBUS上進行信號的隔離和解調(diào)。
圖1 失敗的嘗試--基于FSK調(diào)制的USB PD
不得不說，這是一個非常好的IDEA，因為那個時候，電力線載波技術(shù)在迅猛發(fā)展，室內(nèi)低壓電力線的載波技術(shù)，甚至大有對寬帶網(wǎng)絡取而代之的架勢。因此，把這項技術(shù)應用到USB總線上，似乎是順水推舟。然而，事實證明，這是一次失敗的嘗試，涉及到PD信號與電源以及USB數(shù)據(jù)之間的信號完整性等問題，具體原因不再贅述。
時間到了2014年8月份，USB-IF一口氣發(fā)布了具有革命性意義的TYPE-C 1.0接口標準和USB PD2.0標準，從而實現(xiàn)了在專用的通信線CC上，進行USB PD通信信號的傳輸。
圖2 USB PD與TYPE-C接口的完美結(jié)合--使用CC線進行BMC編碼傳輸
這兩份同一時間發(fā)布的標準，相輔相成，描述了一幅有線接口革命的宏大圖景。為此，小編還曾在一年前撰寫過一篇名為《有線接口時代最后王者》的文章，描繪了type-C接口對消費類電子應用帶來的革命性變化。USB PD讓神奇的USB TYPE-C接口，不但具有傳統(tǒng)的電能、數(shù)據(jù)傳輸能力，還具備了音視頻傳輸能力。而且，不論是電能、數(shù)據(jù)、還是音視頻傳輸速度，都比傳統(tǒng)的傳輸線要更為出色。因此TYPE-C接口毫無疑問將會壟斷現(xiàn)有的消費類電子傳輸接口市場。當然，不排除未來會出現(xiàn)用光纖作為傳輸媒介的有線接口以進一步提高傳輸速度。
從技術(shù)角度來看，USB PD2.0是非常讓人著迷的，整個標準非常開放，提供了電能和數(shù)據(jù)、音視頻傳輸?shù)耐暾麉f(xié)議框架，同時又留有VDM，即自定義數(shù)據(jù)包功能，讓企業(yè)可以進行私有協(xié)議處理，進行電池管理，固件升級，私有加密等。可以說，已經(jīng)是一個比較完善的體系了。正當業(yè)界為之歡呼雀躍，并試圖進行消化吸收時，USB-IF組織卻在2015年底，推出了USB PD 3.0版本，讓業(yè)內(nèi)玩家震動不小。讓我們來看看，這次大的改版，重點改動了什么？
第一、 增加了對設備內(nèi)置電池特性更為詳細的描述
第二、 增加了通過PD通信進行設備軟硬件版本識別和軟件更新的功能
第三、 增加了數(shù)字證書及數(shù)字簽名功能
圖3 PD3.0可以獲取設備內(nèi)部電池組的詳細情況
第一點改動，能夠讓連接雙方，更清楚對方的電源狀況，從而協(xié)調(diào)好雙方的供電策略。對于利用USB PD協(xié)議組建低壓智能供電網(wǎng)絡來說，極為重要?？梢詤f(xié)調(diào)在各種電源狀況下的供電拓撲結(jié)構(gòu)。例如，電網(wǎng)停電時應急供電電處理策略，協(xié)調(diào)電網(wǎng)供電和家用太陽能發(fā)電裝置的供電策略，往電網(wǎng)反向供電策略等?？梢宰孭ower變得更加SMART。
圖4 USB PD3.0支持在線升級
第二點軟件升級功能，則可以讓設備的兼容性變得更加優(yōu)秀，所有的TYPE-C廠商都可以把自己的最新固件版本發(fā)布到互聯(lián)網(wǎng)上，這樣就可以通過PC以及手機等，對非聯(lián)網(wǎng)的外圍配件進行及時更新了。就如同微軟的win10系統(tǒng)能夠?qū)崟r在線解決硬件驅(qū)動程序問題一樣。USB PD設備的內(nèi)部固件，也成為傳統(tǒng)硬件驅(qū)動資源的一部分。
圖5 PD3.0定義了數(shù)字證書功能
第三點數(shù)字證書功能，估計是這次升級最重要的功能了?？梢宰屗械腡YPE-C產(chǎn)品必須獲得USB-IF組織使用私有密鑰簽發(fā)的數(shù)字證書才能暢行無阻。無證書的產(chǎn)品，則可能不被其他廠商的TYPE-C產(chǎn)品所接受。這項功能有非常積極的意義，可以避免不合格的TYPE-C接口設備，因為品質(zhì)問題而傷害正常的設備。在企業(yè)信息安全應用中，也可以由企業(yè)自己來發(fā)布安全證書，讓非企業(yè)內(nèi)部的USB設備無法接入，這會比現(xiàn)有的USB加密技術(shù)更安全，因為在通過CC線完成安全認證之前，存儲媒介與系統(tǒng)之間是物理隔離的。當然，我們也希望USB-IF能夠真正的讓會員企業(yè)受益，而不是如同蘋果的MFI那樣，通過提供認證和數(shù)字證書，去換取巨額商業(yè)利益。
圖6 USB PD 3.0完美兼容2.0無需硬件改動，產(chǎn)品開發(fā)不必猶豫
對于國內(nèi)廠商來說，技術(shù)歸技術(shù)，更重要的還是看產(chǎn)品研發(fā)路線怎么走。以小編觀點來看，不必太多關(guān)注這些升級。首先，從協(xié)議上來說PD2.0是PD3.0的子集，也就是說，PD3.0是天然兼容pd2.0的。其次，從硬件層面來說PD3.0與PD2.0的鏈路層和物理層完全兼容，也就是說，產(chǎn)品升級的時候，無需進行硬件改動，只需要進行在線軟件升級。因此，不論從協(xié)議本身還是從市場戰(zhàn)略的角度來看，都可以積極的去開發(fā)USB PD 2.0的產(chǎn)品，到了必要的時候，升級固件部分去兼容PD3.0即可。說到這個問題，剛好澄清一下MACBOOK2016升級的問題，其實，APPLE這次升級，與PD3.0沒有任何關(guān)系，也沒有加入數(shù)字證書這類東西。而是增加了對PD2.0協(xié)議的時序約束，類似USB-IF的compliance test。所有不被兼容的設備，都是自己產(chǎn)品的問題，千萬不要誤導業(yè)界廠商，認為USB PD協(xié)議經(jīng)常更新，導致產(chǎn)品兼容性不好，TYPE-C市場慎入等。實際上，所有的市場玩家，包括VL，F(xiàn)RESCO，LDR都已經(jīng)或者正在加入USB-IF，并接受compliance test，只是因為各家的研發(fā)重點不同，所以，升級相應速度不一樣，LDR作為大陸廠商，反應速度是最快的，MACBOOK2016面市后的一個月內(nèi)就已經(jīng)發(fā)布了與之在協(xié)議上完美兼容的USB PD適配器芯片LDR6021以及DOCKING芯片LDR6023升級版本。
圖7 LDR6023與MACBOOK2016配合完美實現(xiàn)Power_SWAP
而歐美及臺系芯片廠家則因為研發(fā)投入方向問題，一直還沒有推出完美解決的版本，甚至仍然維持著macbook2015的錯誤協(xié)議版本，至今未做任何改動。
以上是小編學習USB PD3.0標準后，所得的一些粗略見解，個人認為從USB PD2.0到USBPD3.0是一次很有建設性意義的進步，為USB-IF點贊。當然，解讀難免有謬誤之處，權(quán)當拋磚引玉。希望大家一起努力，進行基于TYPE-C口應用的更多創(chuàng)新。
C-FORCE，是專門研究USB TYPE-C接口以及USB PD協(xié)議的技術(shù)研究小組，后續(xù)將陸續(xù)推出《基于USB PD的快速充電方法》、《國內(nèi)整機廠家如何玩轉(zhuǎn)TYPE-C》等行業(yè)相關(guān)論文，歡迎關(guān)注。
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