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，盡管對生產(chǎn)廠商提出了轉型挑戰(zhàn)。_談及USB，人們往往聯(lián)想到的是它與電腦連接進行數(shù)據(jù)傳輸或充電的功能。然而，你是否曾注意過，同樣是連接硬盤或手機，更換一根線卻能導致傳輸或充電速度的顯著變化?接下來，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月設計問世，同年5月便投入制造。其誕生背景是當時終端設備(如計算機、游戲手柄、打印機)間的通信接口繁多且規(guī)格不一，因此迫切需要一種統(tǒng)一的標準來規(guī)范它們之間的通信。

通用串行總線(英語：Universal Serial Bus，縮寫：USB)是一種串口總線標準，也是一種輸入輸出接口的技術規(guī)范，被廣泛地應用于個人電腦和移動設備等信息通訊產(chǎn)品，并擴展至攝影器材、數(shù)字電視(機頂盒)、游戲機等其它相關領域。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是一個外部總線標準，規(guī)范電腦與外部設備的連接和通訊。USB接口具有熱插拔功能。USB接口可連接多種外設，如鼠標和鍵盤等。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，已成為當今電腦與大量智能設備的必配接口。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。對于大多數(shù)工程師來說，開發(fā)USB2.0接口產(chǎn)品主要障礙在于：要面對復雜的USB2.0協(xié)議、自己編寫USB設備的驅動程序、熟悉單片機的編程。這不僅要求有相當?shù)腣C編程經(jīng)驗、還能夠編寫USB接口的硬件(固件)程序。所以大多數(shù)人放棄了自己開發(fā)USB產(chǎn)品。

設計人員和最終用戶現(xiàn)在將 USB 視為一種通用的、有點通用的充電源，在最佳情況下(USB 3.1/Type C)可提供高達約 100 瓦的功率。我們看到許多關于管理最新 USB 標準的電源傳輸和處理規(guī)范的應用筆記、文章和 IC。同樣，以太網(wǎng)供電 (PoE) 已經(jīng)通過了三個標準，每個標準都提高了供電能力，也增加了布線和布線問題的復雜性。原始 PoE 規(guī)范 IEEE 802.3af-2003 在負載處提供高達約 13 W 的功率;更新后的 IEEE 802.3at-2009 標準(也稱為 PoE+ 或 PoE plus)將其翻倍至約 25 W，最近發(fā)布的 IEEE 802.3bt 標準將 PoE+ 翻倍甚至三倍，具體取決于布線細節(jié)和連接器布線(CAT5、CAT6和其他因素)。在這兩種情況下，實現(xiàn)供電功能都不是一個簡單的設計。盡管它們非常不同，但 USB 和 PoE 拓撲都需要在電源和負載之間、中間 IC 之間進行大量的“協(xié)商”和確認，并且為了確保外設可以使用和接受電源，硬件中沒有沖突或軟件。雖然這些對于用戶來說可能會成為簡單的“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。

以目前甚至可以預見的技術，除了幾毫瓦之外，我們無法使用光纖進行電力傳輸。光子能量太低，存在光/電/光轉換損耗，高強度的光能會導致光纖出現(xiàn)各種問題，發(fā)射超高功率LED光源將是一個有損耗的情況。盡管歷史表明，在技術進步方面我們應該“永不言敗”，但我敢打賭，我們不會在很長一段時間內看到光纖的力量(我應該注冊“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，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，安裝在同一外護套中。這很有意義，因為在新項目和改造項目的現(xiàn)實世界中，系統(tǒng)總成本的大部分是安裝和電纜鋪設，而不是材料清單。(請注意，海底光纖鏈路長期以來一直使用這種混合結構的高級形式，其光學中繼器通過實心銅包裹獲得直流電源。

USB設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、平板電腦、臺式機、打印機，甚至車載信息娛樂系統(tǒng)，為人們提供了高效、便捷的數(shù)據(jù)傳輸體驗。

在現(xiàn)實生活中，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技術規(guī)范均設定了功率傳輸?shù)南拗?。具體而言，USB 2.0能提供2.5W的功率，對應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還廣泛應用于電池充電領域。

當下的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、MP3等移動設備的充電需求。雖然其充電時間相對較長，但這一功能已經(jīng)能夠滿足許多設備的基本需求。

當前的USB供電技術雖然廣泛應用于各種設備中，但其功率限制也帶來了諸多不便。充電功能的功率上限為7.5W，這使得大型高功耗設備如顯示器和筆記本在使用過程中，需要較長的充電時間，甚至無法滿足供電需求。這種現(xiàn)狀限制了USB在更多領域中的使用，使得用戶對更高效供電技術的需求日益增長。

隨著USB供電技術的不斷進步，全新的USB Power Delivery標準應運而生。這一標準由USB-IF近期推出，旨在通過一根USB線為各類設備提供高達100W的電力，從而縮短充電周期，提升移動應用的便捷性。其核心技術在于芯片組內部的蓄電功能，該功能可實現(xiàn)電力的臨時儲存與高效輸送。值得一提的是，Power Delivery還具備雙向通信特性，使得設備在充電的同時也能進行數(shù)據(jù)傳輸。此外，通過統(tǒng)一電源線設計，Power Delivery有望節(jié)省時間并提升使用效率。

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

USB Power Delivery標準自2012年7月由USB 3.0和USB 2.0 Promoter Group正式制定以來，已逐漸成為行業(yè)新標桿。目前版本為1.0，可與USB 2.0和USB 3.0規(guī)范并存，相關規(guī)范可在USB-IF網(wǎng)站上免費下載。該標準設計兼具兼容性和可靠性，旨在與現(xiàn)有USB規(guī)范及應用生態(tài)系統(tǒng)無縫銜接。其特點包括：

與現(xiàn)有USB設備協(xié)同工作，無縫兼容USB 2.0和USB 3.0電纜及連接器;

禁止使用非法線纜(如市場上常見的Y Cable)，以確保設備安全;

高效低耗的設計結構，實現(xiàn)動態(tài)電源管理，根據(jù)不同設備進行電源調整，優(yōu)化工作效率;

USB設備間的電壓和電流通過Vbus pin進行通信，無需繁瑣手動設置;

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，還著重于實際應用層面的問題。它旨在幫助廠商以簡便、低成本的方式實現(xiàn)Power Delivery功能，從而讓用戶能夠充分享受到Power帶來的便捷與高效。