缆线相容性/信号干扰挑战有解 USB Type-C应用大爆发

Julia9393

缆线相容性/信号干扰挑战有解　USB Type-C应用大爆发

USB Type-C将带来更快速与便利的传输体验，并有望一统过去纷杂的高速传输介面，因此备受众家厂商看好。随着晶片商陆续克服USB Type-C缆线与讯号干扰等设计挑战后，USB Type-C应用可望在2016年全面出笼。

USB Type-C应用商机将全面引爆。新一代USB Type-C连接器因具备正反面皆可插拔的特性，且能在同一条USB缆线上实现数据、影音与电力传输，发展前景备受看好。近期苹果、Google、微软及 小米等品牌厂接连推出搭载USB Type-C接口的智慧型手机、平板与笔记型电脑，更将此技术之发展热潮推向高峰。
据了解，USB Type-C是一种新的接口规格，正确名称为“USB Type-C”或“USB-C”，其相容于DisplayPort、MHL与Thunderbolt 3等高速影音传输介面，并可选择性加入支援USB 3.1 Gen 1(5Gbit/s)和USB 3.1 Gen 2(10Gbit/s)、USB PD(充电功率达100瓦，20V/5A)及替代模式(Alternate Mode)等功能。

由于USB Type-C功能组合与充电模式多样，因而容易发生线缆与终端装置规格不匹配的情形，亦促使电子标记(E-marker)晶片角色日益突显。

强化线缆安全性　E-marker晶片扮要角

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图1　威锋海外新事业发展部经理Terrance Shih指出，USB-C较适合搭载于行动装置，其不见得会取代USB Type-A或USB Type-B的产品。


USB Type-C气势如虹，众家厂商为抢搭此波商机纷纷投入开发，然而，不见得每一条USB Type-C线缆都能进行高功率充电，因此消费者一旦使用错误规格的线缆充电，恐将促使装置无法顺利运作，严重时更将导致线缆烧毁，为防止上述情形发生， 便须导入E-marker晶片，藉以大幅增进安全性。

威锋海外新事业发展部经理Terrance Shih(图1)表示，USB Type-C搭载PD后，可组合成多种充电模式，同时由于市场上USB Type-C线缆规格众多，消费者若未审慎分辨并选用适合自家装置规格的线缆，将容易导致使用体验不佳，甚至造成装置损坏，而E-marker晶片可详细 记录线缆功能与规格，并将相关资料传递给USB Type-C应用装置，以确保装置与线缆间能顺利运作，提升产品品质与安全性。

Shih 进一步指出，尽管USB-IF协会对USB Type-C线缆与充电规格有明确定义，但有些线缆制造商并未真正深入了解，因而制造出错误规格的线缆，导致消费者无法使用。另一种情形，则是消费者购买 的线缆虽然符合充电规格，但因与装置本身规格定义不匹配而无法正常运作。

为了解决上述的困扰，USB Type-C线缆必须搭载E-marker。因为E-marker会预先烧入各式线缆规格、电流承载大小等资料，故终端装置能藉由该晶片来得知线缆能提供何种充电模式，藉以达到防护效果。

有 鉴于E-marker对USB Type-C应用发展的重要性，威锋很早就展开相关晶片布局，并于2015年中量产第一代E-marker晶片，至今已出货约一百二十万颗；而该公司近日 发布的第二代E-Marker产品，尺寸进一步缩小，可提供DFN10 3×3毫米与DFN8 3×2毫米两种封装尺寸，已取得USB-IF协会认证，预计于2016年第一季导入量产。

除了线缆设计须谨慎小心之外，由于USB Type-C的传输速度一举从5Gbit/s跃升至10Gbit/s，亦将面临诸多讯号干扰的问题。


图2　祥硕产品中心资深经理张钦俞观察，未来应用朝轻薄美观发展，因此在USB插孔有限的情况下，提升数据传输频宽有其必要性。
实现10Gbit/s传输率　讯号干扰为首要挑战

祥 硕产品中心资深经理张钦俞(图2)表示，USB Type-C欲统一众多介面，来提供更佳的资料、影音与电力传输。在资料传输上，其传输速度增进至10Gbit/s、提升资料编码/解码效率，以及支援 Multiple-IN，同时也增进影音串流频宽，使其可传输更高解析度、即时且不会断讯的影音，并提升充电功率最大到100W。

张钦俞 指出，从Apple、Google发表的产品能观察到终端应用朝向美观、轻薄短小、简易操作与统一介面的趋势迈进，因此未来USB插槽将可能只剩下一个孔 或两个孔可供使用，然而，在插孔有限的情形下，使用者却有诸多应用必须执行，因此传输的频宽便显得更为重要，故传输频宽也不断扩大，譬如USB Type-C便可支援最高达10Gbit/s的传输频宽。

张钦俞认为，尽管USB Type-C能提供众多优势，但也面临讯号干扰挑战。过去从USB 2.0(480Mbit/s)迈向USB 3.0(5Gbit/s)时，便曾遭遇讯号干扰的问题，而现今USB Type-C从5Gbit/s攀升至10Gbit/s，其资料传输量变得更大，加上使用者的终端应用来源多元及系统连结复杂，在在皆使讯号干扰的挑战更为 加剧。

张钦俞补充，虽然讯号干扰会成为USB 3.1的设计挑战，但此挑战并非无法克服，设计者可透过学习与经验累积来解决此问题。

此外，张钦俞认为相关的USB Type-C应用即将来临，并看好主控端、笔电和行动装置将成为日后的潜力应用；同时该公司为了抢进USB Type-C市场，亦积极投入开发主控端晶片，据悉，此产品已通过认证。

值得关注的是，新介面诞生，除了会遇到设计挑战，也将对旧有元件或应用市场带来新变化与影响。
冲击电源转换器市场　USB PD减少充电配件

图3　ROHM台湾设计中心技术协理吴建霖表示，USB-C的潜力应用如智慧手机、笔电、数位相机、外接式硬碟盒、列印机和汽车等。
众家厂商相继推出采用USB Type-C介面的笔电与智慧手机后，进一步助长其声势，然而，由于USB Type-C支援USB PD标准后，消费者只须利用具有USB PD功能的线缆，便能替各种装置充电，因此势必对电源转换器市场造成一定影响。

罗姆(ROHM)台湾设计中心技术协理吴建霖(图3)表示，欧盟将于2017年时规定制造商须生产规格与介面能共用的充电器与接头，来减少各式复杂的充电器废弃物，以达环保目的，此将促成USB PD更加蓬勃发展。

此 外，USB PD的优势包括可自动检测连接装置所需的功率，同时过去USB 2.0标准、USB BC 1.2标准分别只能提供2.5瓦(W)、7.5W的充电功率，但USB PD将功率大幅提升至100W；任何搭载USB Type-C介面的终端装置如智慧手机、扩充基座、桌上型电脑、LCD萤幕，甚至是汽车等，皆能透过USB PD线缆进行双向充电。

吴建 霖指出，对消费者而言，有了USB PD之后，出国旅行毋须再携带各种终端装置的电源转换器，便能替各种装置充电，因此随着USB PD的发展，电源转换器商将受到较多冲击；而罗姆也看好USB PD的市场潜力，日前则推出外部元件较少且整合性较高的USB PD控制IC，现今出货量约两百万颗，已有笔电、二合一(2 in 1)笔电、平板和行动电源等领域的厂商采用。

另一方面，因USB Type-C可提供影音与电源传输，未来当所有的影音讯号与电源皆整合至机上盒(Set Top Box)，使用者可透过USB Type-C线缆连接至机上盒来传输影音与电源，故面板背后便毋须重复搭载整合影音与电源的印刷电路板(PCB)，从而有助节省成本，以及驱动更薄的面板 出现。

机上盒采纳USB-C　催化薄型电视发展

USB Type-C介面有助电视萤幕更加轻薄。USB Type-C连接器可同时支援影音与电力传输，机上盒(STB)若搭载此一接口，将可透过一条USB Type-C线缆将影音讯号与电力传送至电视萤幕，让电视面板毋须再内建电源板，从而节省电视开发成本，并实现更轻薄的设计。


图4　技流科技业务开发协理庄益林认为，USB Type-C提供10Gbit/s的资料传输功能，可望加速4K、8K解析度的应用普及。
技 流科技(GRL)业务开发协理庄益林表示，因USB Type-C支援DisplayPort等介面，加上又能传输电源，机上盒制造商若采用USB Type-C接口并整合影音和电源供应功能，日后电视萤幕只要以一条USB Type-C线缆与机上盒连接，便能获得影音与电力来源，可节省电视面板背后的印刷电路板，让电视萤幕更加轻薄。此外，USB Type-C可提供10Gbit/s的资料传输功能，亦有助加速4K、8K解析度的产品问世。

庄益林进一步指出，由于USB Type-C整合多种影音介面，恐将对HDMI高速影音传输介面造成影响。因HDMI、MHL须要收取权利金，而USB Type-C毋须收取权利金，加上HDMI的接头较大及其架构问题，如果HDMI不改变接头，或改采USB Type-C的接头，当USB Type-C市场接受度提高及众多品牌大厂投入的情况下，HDMI有可能渐渐被淘汰。

现今USB Type-C的产品可大约分成六种类型，包括笔电/平板/智慧手机；线缆；显示转换器(Dongle)/扩充基座(Docking)；电视/萤幕；充电器 等。而USB Type-C应用约分为以下四种：1.仅具接头正反插功能；2.支援正反插及影音输出；3.支援正反插、影音和电源供/受电；4.Thunderbolt 3支援USB Type-C。

庄益林强调，由于USB Type-C能提供诸多应用，故相容性是待克服的挑战，若不相容的话，可能会导致上述功能无法运作，或促使线缆/装置烧毁，因此线缆多搭载E- marker、Dongle多搭载告示板(Billboard)，以切换到正确的电源传输模式，提升安全性。新电子


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