USB的誕生解決了多樣化的接口難題，降低了使用門檻，提升了便利性，盡管對(duì)生產(chǎn)廠商提出了轉(zhuǎn)型挑戰(zhàn)。_談及USB，人們往往聯(lián)想到的是它與電腦連接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸或充電的功能。然而，你是否曾注意過(guò)，同樣是連接硬盤或手機(jī)，更換一根線卻能導(dǎo)致傳輸或充電速度的顯著變化?接下來(lái)，我們將深入探討USB的奧秘，解答你心中的疑惑。

USB，這一通用串行總線，自1996年1月設(shè)計(jì)問(wèn)世，同年5月便投入制造。其誕生背景是當(dāng)時(shí)終端設(shè)備(如計(jì)算機(jī)、游戲手柄、打印機(jī))間的通信接口繁多且規(guī)格不一，因此迫切需要一種統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)規(guī)范它們之間的通信。

通用串行總線(英語(yǔ)：Universal Serial Bus，縮寫：USB)是一種串口總線標(biāo)準(zhǔn)，也是一種輸入輸出接口的技術(shù)規(guī)范，被廣泛地應(yīng)用于個(gè)人電腦和移動(dòng)設(shè)備等信息通訊產(chǎn)品，并擴(kuò)展至攝影器材、數(shù)字電視(機(jī)頂盒)、游戲機(jī)等其它相關(guān)領(lǐng)域。最新一代是USB4，傳輸速度為40Gbit/s，三段式電壓5V/12V/20V，最大供電100W ，新型Type C接口允許正反盲插。 [1]USB是一個(gè)外部總線標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范電腦與外部設(shè)備的連接和通訊。USB接口具有熱插拔功能。USB接口可連接多種外設(shè)，如鼠標(biāo)和鍵盤等。USB是在1994年底由英特爾等多家公司聯(lián)合在1996年推出后，已成功替代串口和并口，已成為當(dāng)今電腦與大量智能設(shè)備的必配接口。USB版本經(jīng)歷了多年的發(fā)展，到如今已經(jīng)發(fā)展為USB4版本。對(duì)于大多數(shù)工程師來(lái)說(shuō)，開(kāi)發(fā)USB2.0接口產(chǎn)品主要障礙在于：要面對(duì)復(fù)雜的USB2.0協(xié)議、自己編寫USB設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序、熟悉單片機(jī)的編程。這不僅要求有相當(dāng)?shù)腣C編程經(jīng)驗(yàn)、還能夠編寫USB接口的硬件(固件)程序。所以大多數(shù)人放棄了自己開(kāi)發(fā)USB產(chǎn)品。

設(shè)計(jì)人員和最終用戶現(xiàn)在將 USB 視為一種通用的、有點(diǎn)通用的充電源，在最佳情況下(USB 3.1/Type C)可提供高達(dá)約 100 瓦的功率。我們看到許多關(guān)于管理最新 USB 標(biāo)準(zhǔn)的電源傳輸和處理規(guī)范的應(yīng)用筆記、文章和 IC。同樣，以太網(wǎng)供電 (PoE) 已經(jīng)通過(guò)了三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都提高了供電能力，也增加了布線和布線問(wèn)題的復(fù)雜性。原始 PoE 規(guī)范 IEEE 802.3af-2003 在負(fù)載處提供高達(dá)約 13 W 的功率;更新后的 IEEE 802.3at-2009 標(biāo)準(zhǔn)(也稱為 PoE+ 或 PoE plus)將其翻倍至約 25 W，最近發(fā)布的 IEEE 802.3bt 標(biāo)準(zhǔn)將 PoE+ 翻倍甚至三倍，具體取決于布線細(xì)節(jié)和連接器布線(CAT5、CAT6和其他因素)。在這兩種情況下，實(shí)現(xiàn)供電功能都不是一個(gè)簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)。盡管它們非常不同，但 USB 和 PoE 拓?fù)涠夹枰陔娫春拓?fù)載之間、中間 IC 之間進(jìn)行大量的“協(xié)商”和確認(rèn)，并且為了確保外設(shè)可以使用和接受電源，硬件中沒(méi)有沖突或軟件。雖然這些對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)可能會(huì)成為簡(jiǎn)單的“即插即用”電源(類似于我們基本的 AC/DC 壁式電源)，但在這些電纜、連接器和端口內(nèi)部還有很多事情要做，以制作 USB 或 PoE-基于電力傳輸可能且安全。

以目前甚至可以預(yù)見(jiàn)的技術(shù)，除了幾毫瓦之外，我們無(wú)法使用光纖進(jìn)行電力傳輸。光子能量太低，存在光/電/光轉(zhuǎn)換損耗，高強(qiáng)度的光能會(huì)導(dǎo)致光纖出現(xiàn)各種問(wèn)題，發(fā)射超高功率LED光源將是一個(gè)有損耗的情況。盡管歷史表明，在技術(shù)進(jìn)步方面我們應(yīng)該“永不言敗”，但我敢打賭，我們不會(huì)在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)看到光纖的力量(我應(yīng)該注冊(cè)“PoF”嗎?)。但這并不意味著光纖鏈路也不能以輔助的方式傳輸電力。光纖安裝有一種趨勢(shì)，即使用所謂的供電光纖電纜系統(tǒng) (PFCS)，該系統(tǒng)使用混合光纖電纜，旁邊有一條直流電源銅線，安裝在同一外護(hù)套中。這很有意義，因?yàn)樵谛马?xiàng)目和改造項(xiàng)目的現(xiàn)實(shí)世界中，系統(tǒng)總成本的大部分是安裝和電纜鋪設(shè)，而不是材料清單。(請(qǐng)注意，海底光纖鏈路長(zhǎng)期以來(lái)一直使用這種混合結(jié)構(gòu)的高級(jí)形式，其光學(xué)中繼器通過(guò)實(shí)心銅包裹獲得直流電源。

USB設(shè)備憑借其出色的易用性、緊湊的尺寸以及合理的成本，已逐漸成為現(xiàn)代生活中不可或缺的傳輸接口。從家庭到辦公室，USB廣泛用于連接電視、筆記本電腦、智能手機(jī)、平板電腦、臺(tái)式機(jī)、打印機(jī)，甚至車載信息娛樂(lè)系統(tǒng)，為人們提供了高效、便捷的數(shù)據(jù)傳輸體驗(yàn)。

在現(xiàn)實(shí)生活中，USB的便利性不僅體現(xiàn)在數(shù)據(jù)傳輸上，其供電功能同樣令人稱道，即所謂的充電功能。然而，目前USB供電功能的功率上限為7.5W。我們了解到，各主流USB技術(shù)規(guī)范均設(shè)定了功率傳輸?shù)南拗啤＞唧w而言，USB 2.0能提供2.5W的功率，對(duì)應(yīng)500mA至5V的電流電壓;而USB 3.0則可提供4.5W，即900mA至5V的電流電壓。此外，USB還廣泛應(yīng)用于電池充電領(lǐng)域。

當(dāng)下的USB供電功能，能夠提供7.5W的功率，即1500mA至5V的電流電壓，這足以滿足手機(jī)、MP3等移動(dòng)設(shè)備的充電需求。雖然其充電時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，但這一功能已經(jīng)能夠滿足許多設(shè)備的基本需求。

當(dāng)前的USB供電技術(shù)雖然廣泛應(yīng)用于各種設(shè)備中，但其功率限制也帶來(lái)了諸多不便。充電功能的功率上限為7.5W，這使得大型高功耗設(shè)備如顯示器和筆記本在使用過(guò)程中，需要較長(zhǎng)的充電時(shí)間，甚至無(wú)法滿足供電需求。這種現(xiàn)狀限制了USB在更多領(lǐng)域中的使用，使得用戶對(duì)更高效供電技術(shù)的需求日益增長(zhǎng)。

隨著USB供電技術(shù)的不斷進(jìn)步，全新的USB Power Delivery標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運(yùn)而生。這一標(biāo)準(zhǔn)由USB-IF近期推出，旨在通過(guò)一根USB線為各類設(shè)備提供高達(dá)100W的電力，從而縮短充電周期，提升移動(dòng)應(yīng)用的便捷性。其核心技術(shù)在于芯片組內(nèi)部的蓄電功能，該功能可實(shí)現(xiàn)電力的臨時(shí)儲(chǔ)存與高效輸送。值得一提的是，Power Delivery還具備雙向通信特性，使得設(shè)備在充電的同時(shí)也能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。此外，通過(guò)統(tǒng)一電源線設(shè)計(jì)，Power Delivery有望節(jié)省時(shí)間并提升使用效率。

在傳統(tǒng)供電模式中，主機(jī)通常作為電源供應(yīng)商，為連接的顯示器、筆記本電腦或硬盤驅(qū)動(dòng)器(HDD)提供電力。然而，當(dāng)這些設(shè)備都支持USB Power Delivery技術(shù)時(shí)，它們的角色可以靈活轉(zhuǎn)換。這意味著，筆記本電腦在電量不足或周圍無(wú)電源時(shí)，可以通過(guò)顯示器獲取電力;同時(shí)，顯示器在需要時(shí)也能從主機(jī)或筆記本電腦汲取電源。此外，這些設(shè)備還能通過(guò)USB接口向手機(jī)、硬盤等其他設(shè)備供電，并同步傳輸數(shù)據(jù)。這種雙向供電功能使得USB Power Delivery成為開(kāi)發(fā)者們熱切期待的新技術(shù)。

USB Power Delivery標(biāo)準(zhǔn)自2012年7月由USB 3.0和USB 2.0 Promoter Group正式制定以來(lái)，已逐漸成為行業(yè)新標(biāo)桿。目前版本為1.0，可與USB 2.0和USB 3.0規(guī)范并存，相關(guān)規(guī)范可在USB-IF網(wǎng)站上免費(fèi)下載。該標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)兼具兼容性和可靠性，旨在與現(xiàn)有USB規(guī)范及應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)無(wú)縫銜接。其特點(diǎn)包括：

與現(xiàn)有USB設(shè)備協(xié)同工作，無(wú)縫兼容USB 2.0和USB 3.0電纜及連接器;

禁止使用非法線纜(如市場(chǎng)上常見(jiàn)的Y Cable)，以確保設(shè)備安全;

高效低耗的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)電源管理，根據(jù)不同設(shè)備進(jìn)行電源調(diào)整，優(yōu)化工作效率;

USB設(shè)備間的電壓和電流通過(guò)Vbus pin進(jìn)行通信，無(wú)需繁瑣手動(dòng)設(shè)置;

Source和Sink角色可切換，支持雙向供電，提供高度靈活的供電方案;

與USB Battery Charging 1.2共存且不產(chǎn)生沖突。

因此，USB Power Delivery不僅致力于提供高功率的電源解決方案，還著重于實(shí)際應(yīng)用層面的問(wèn)題。它旨在幫助廠商以簡(jiǎn)便、低成本的方式實(shí)現(xiàn)Power Delivery功能，從而讓用戶能夠充分享受到Power帶來(lái)的便捷與高效。