USB Type C，终将一统江湖

智能手机有线连接器之战已经结束，USB-C 是前进的方向。这个多功能端口几乎可以做任何事情——它可以为设备充电、传输数据、处理音频和视频输出，甚至可以让您插入配件。

我们是怎么来到这里的？好吧，多年来，欧盟一直在努力说服电子制造商制定一个通用标准，以避免专有连接器造成的混乱（和浪费）。早期，microUSB是首选连接器，但随着 USB Type C（简称 USB-C）的出现，行业转向了新标准。

由于某些将于 2024 年底生效的欧盟法规，USB-C 基本上对所有便携式电子产品都是强制性的（智能手表等最小的设备除外）。

大多数智能手机制造商都欣然采用了 USB-C，就像他们之前采用 microUSB 一样。最大的反对者是 Apple，它仍在其 iPhone、AirPods 和 EarPods 上使用 Lightning——仅此而已，其他一切都已转移到 USB-C，包括新 Apple TV的遥控器。

我们认为 Apple 的产品线很好地说明了 USB-C 为何如此出色。Lighting 本质上是一个 USB 2.0 端口。这意味着在 iPhone 和计算机之间同步文件或将 RAW 照片从存储卡移动到 iPad 时数据传输速度较慢。

您是否知道实际上有一个基于 Lightning 的读卡器以 USB 3.0 的速度运行？所以更快的传输是可能的，但显然这是一项很难实现的壮举，只有 iPad Pro 支持它。即便如此，Apple 也从未发布过可以超过 1080p 的视频适配器。

Lightning在它可以携带的能量方面也受到限制。iPhone 充电器的最高功率为 30W，而苹果新款 MacBook 的 USB-C 充电器可输出 140W。好吧，这不完全是标准，但它甚至不是 USB-C 可以承载的最大值。

让我们试着把事情组织起来，把USB-C的主要功能一一分解。

USB 最初是作为数据端口使用的。USB 1.0 和 1.1 非常慢，现在几乎不记得了，USB 2.0 仍然非常活跃。USB-C 共有 24 个引脚，每侧 12 个（好吧，22 个引脚，但我们不要纠结于细节）。正中间是一对 D+/D-，这是典型 USB 2.0 数据线的数据连接，对于 USB-C 是必需的。这确保所有电缆至少具有一些连接性。

USB 3 添加了额外的数据传输对电缆——USB-C 插头中有四对额外的电缆。虽然 USB 2 限制为 480MBps，但 USB-C 电缆的额外布线可实现 10、20、40 甚至 80GBps 的传输速度。

快速说明：USB-C 连接器当然被 USB 使用，但也被 Thunderbolt 使用。这种区别将消失，因为USB 4基于 Thunderbolt 3，而新的USB 4 版本 2基于 Thunderbolt 4。

另一个有趣的应用是传输 PCI-Express 信号——这基本上是计算机主板上 PCIe 插槽的有线版本。这使得外部 GPU 可以使用一根电缆连接到笔记本电脑。

USB-C 的另一个流行用途是视频输出。DisplayPort 可能是最常见的用途，USB-C 已基本取代了旧的大型 DP 端口。更重要的是，它不是数据或视频，而是数据、视频和电源。

这允许单个设备连接到一个集线器，该集线器添加了一个标准的 HDMI 端口、多个 USB Type A 和 Type C 端口，可能还有读卡器、音频和麦克风插孔等。此类集线器内置于某些显示器中，允许您启动只需插入一根电缆即可获得完整的桌面体验。

当然，这对于笔记本电脑来说非常方便，但有几家智能手机制造商提供桌面模式——三星的 DeX、摩托罗拉的 Ready For，华为也有。甚至 Apple 也有一款适用于 iPad Pro 的Stage Manager（当然，它使用 USB-C）。

除了 DisplayPort、MHL 和 HDMI 适配器之外还有其他选项。其中一些是从一种标准转换为另一种标准的有源适配器，但也有简单的无源适配器。

我们将在这里快速提及音频。USB 可以为您可以插入耳机的外部 DAC 供电。然而，与视频输出一样，也有一个被动选项——音频适配器附件模式。

USB-C 有很多引脚可供使用，其中一些可以重新映射到典型 TRRS 插孔所需的电缆，因此一个简单的无源适配器可以连接耳机和麦克风。请注意，这纯粹是模拟模式，数字电路已断开以避免噪声。

基本 USB 标准具有相当低的功率限制（USB 2.0 为 500mAh），尽管大多数制造商并未严格遵守标准，因此 10W 适配器非常普遍。

当然，制造商希望他们的产品脱颖而出，快速充电是实现这一目标的一种方式，尤其是现在智能手机电池的容量为 3-6,000mAh。这导致了许多专有解决方案，如高通的快速充电和 Oppo 的 VOOC。

然而，标准方法是 USB Power Delivery（简称 USB-PD）。初始版本规定了几个可以支持的电压和电流水平——5V 时 2A，12V 或 20V 时 3A 或 5A。这为 Power Delivery 提供了 10W 至 100W 的相当广泛的范围。

然而，这些固定电压需要在手机内部进行 DC 到 DC 转换，以将它们降低到更适合内部锂电池的电压。USB-PD 修订版 2 引入了更多电压——9V 和 15V——但这还不够。

修订版 3 允许设备与其充电器通信并请求特定电压。它的范围可以从低至 3.3V 到高达 21V，并且可以以 20mV 的步长精确地拨入。支持此功能的充电器标有“可编程电源”。这样，充电器就是处理额外热量的充电器，而不是手机（锂电池在变热时不喜欢它）。

最新的USB-PD 扩展功率范围标准增加了更多固定电压——28V、36V 和 48V。这使得新的最大功率达到 240W（5A 时为 48V），即使是功能强大的笔记本电脑也足够了（尽管手机已经接近 240W 的限制）。还有一个新的可调电压电源选项，它允许设备以 100mV 的步长在 15V 和 48V 之间逐渐调节电压。

请注意，出于安全原因，这种强大的电缆需要一个称为“电子标记”的芯片。该芯片向充电器和电话（或笔记本电脑或其他设备）发出信号，表明电缆能够承载额外的功率。

尽管我们喜欢 USB-C，但我们不能假装它是完美的。我们的一个主要抱怨是，尽管它具有如此多的功能，但并非所有设备和电缆都支持所有功能。我们上面提到的许多功能都是可选的。

最糟糕的是，很难弄清楚哪些设备和哪些电缆支持什么。USB-IF 正试图通过新标签来解决问题，这些标签清楚地表明给定电缆可以承载多少数据和功率。

这也应该解决我们的其他抱怨，命名方案已经成为一个绝对的怪物。您知道没有 USB 3.0 了吗？这与 USB 3.1 Gen 1 相关。但它也不再存在，现在是 USB 3.2 Gen 1。

USB 3.2 Gen 2x2 等标题让事情变得更加笨拙。啊。值得庆幸的是，所有这些都将被更清晰的标签所取代：USB 5Gbps、USB 10Gbps、USB 20Gbps 和 USB 40Gbps（并且可能很快就会有 USB 80Gbps）。这让一切都看起来好多了。

至于功率，将有两个级别——USB 60W 和 USB 240W。不会有 100W 的标签，因为显然 100W 电缆和 240W 电缆之间的差异足够小，以至于当新标签发挥作用时，销售 100W 电缆就没有意义了。

USB-C 非常棒——我们用它来为我们的手机、笔记本电脑、耳机、剃须刀、手电筒以及几乎任何其他内置电池并适合放在背包中的东西充电。

它使我们能够在办公桌上创造舒适的工作场所，只需插入一根电缆，显示器、键盘、鼠标等都可以使用。考虑到最新标准允许它承载比原始规格多很多倍的数据和功率，USB-C 可能还没有完成进化。

会有USB-D吗？可能，但不会很快。世界会放弃电缆并转向无线吗？可能不会——这不是一种有效的充电方式。这对数据来说也不是很好，2.4GHz Wi-Fi 在公寓楼里已经非常拥挤，而 5GHz 也变得非常拥挤，这促使 Wi-Fi 联盟转向 6GHz 频段。

在可预见的未来，USB-C 将成为统治一切的一根电缆。

半导体行业观察