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最大可供100W電力的“USB PD”的做法是導(dǎo)入對應(yīng)線纜，線纜的辨別和供電數(shù)值通過配備專用IC來確定。支持產(chǎn)品估計將在2013年上半年面世。

一個USB端子最大可供電100W的規(guī)格“USB Power Delivery（ USB PD） Specification”于2012年7月制定完成。USB 2.0和USB 3.0在最大可分別進(jìn)行480Mbit/秒、5Gbit/秒的數(shù)據(jù)通信的同時，還可作為“總線電源”最大可供電100W。 此前，USB 2.0的總線電源最大為2.5W（5V、500mA），USB 3.0最大為4.5W（5V、900mA）。此外，即便是在面向便攜終端電池充電用途，不傳送數(shù)據(jù)以提高供電的“USB Battery Charging（USB BC）”規(guī)格中，也只能供電7.5W（5V、1.5A）。而USB PD將總線電源最大提高至100W，用USB連接線即可驅(qū)動筆記本電腦和30英寸級液晶電視等顯示器（圖1）。

    圖1：2013年上半年支持“USB PD”的產(chǎn)品將面世

    除“Battery Charging Revision 1.2”外，USB的規(guī)格每更新一次，供給電力都在增加。2012年7月亮相的“USB PD”實現(xiàn)了100W供電。預(yù)計支持產(chǎn)品將在2013年上半年亮相。

5級規(guī)格

USB PD的供電范圍為10～100W。并具體針對供電的大小設(shè)置了10W、18W、36W、60W和100W五級“規(guī)格”（圖2）。10W供電為規(guī)格1，供給電力越高，規(guī)格編號越大，可供給100W電力的為規(guī)格5。

    圖2：具有5級規(guī)格

    USB PD相應(yīng)于供給電力分5級規(guī)格。以各規(guī)格確定電壓和電流供電。100W供電以20V電壓和5A電流實現(xiàn)（a）。USB PD的拓?fù)鋵⒐╇妭?cè)稱為“Provider”，受電側(cè)稱為“Consumer”（b）。（圖由《日經(jīng)電子》根據(jù)USB PD的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)書制作）

USB PD通過提高電壓和電流來擴大供給電力。10W以5V×2A、18W以12V×1.5A、36W以12V×3A、60W以20V×3A、100W以20V×5A實現(xiàn)。在利用此前的5V電壓的同時，又新追加了12V和20V。之所以選擇12V，是因為這是很多產(chǎn)品常用的電壓。車載設(shè)備也多利用12V驅(qū)動。20V是筆記本電腦的AC適配器DC輸出時所用的電壓。USB PD在制定規(guī)格時就考慮到了驅(qū)動筆記本電腦用途，因此選擇了20V。

但支持100W供電的只有“Standard-A”及“Standard-B”等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的連接器。便攜終端用Micro USB連接器只能供電60W。USB PD為提供大電力需要利用支持線纜。為了辨別是否是支持USB PD的產(chǎn)品，線纜和產(chǎn)品上都加了專用標(biāo)記。

檢測出支持線纜

USB PD將供電側(cè)稱為“Provider”，受電側(cè)稱為“Consumer”，在供電側(cè)和受電側(cè)交換數(shù)據(jù)，決定實際發(fā)送的電力值。工作流程大致如下。

首先，判斷插入的線纜是否支持USB PD（圖3）。其次，判斷為支持產(chǎn)品時，供電側(cè)和受電側(cè)之間交換數(shù)據(jù)，確定發(fā)送電力的電壓和電流。電壓值設(shè)定5V為標(biāo)稱值，從供電側(cè)發(fā)送可輸出的電壓和電流列表，受電側(cè)從中選擇并確定電壓和電流。最后，從Provider向Consumer發(fā)送電力。

    圖3：可辨別支持線纜的“USB PD”

    “USB PD”首先辨別是否為支持線纜。接下來通過VBUS通信確定實際傳輸電力的電壓和電流。然后供電。這一連串動作由“Device Policy Manager”等管理部負(fù)責(zé)。（圖由《日經(jīng)電子》根據(jù)USB PD的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)書制作）

供電因不使用“D+”和“D-”等信號線，而是利用“VBUS”線，因此可以邊供電邊收發(fā)數(shù)據(jù)。供電利用VBUS線的方法與此前的USB 2.0和USB 3.0相同。另外，確定電壓值和電流值時的數(shù)據(jù)交換也利用供電用VBUS線進(jìn)行。

通過上述流程就實現(xiàn)了USB PD最大供電100W，同時又確保了與以往的USB兼容。為此，專門配備了確認(rèn)是否為專用線纜的認(rèn)證功能以及確定電壓值和電流值的IC（圖4）。其中，USB PD為辨別專用線纜，改進(jìn)了連接器的構(gòu)造。USB PD的Standard-A和Standard-B規(guī)格的開口部尺寸都同以往的連接器相同，原來的USB連接線可以插拔。Standard-A和Standard-B都是只通過稍微改變連接器的內(nèi)部構(gòu)造，就可以判斷是否為USB PD線纜。

    圖4：需要控制IC和專用線纜

    USB PD與以往的USB規(guī)格不同，需要專用控制IC和專用線纜�？刂艻C被稱為“PD芯片”。專用線纜還可連接以往的USB連接器。（圖由《日經(jīng)電子》根據(jù)USB PD的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)書制作）

USB PD Standard-A和Standard-B的差異，按照使用設(shè)備區(qū)分。具體而言，Standard-A連接器用于連接臺式個人電腦和筆記本電腦等“主機”，而Standard-B用來連接稱為“設(shè)備”的打印機和掃描儀等臺式外設(shè)。

改變連接器的構(gòu)造

USB PD Standard-A連接器為了辨別產(chǎn)品是否支持USB PD，在接收側(cè)的“插座”里面新追加了“PD DETECT”端子。稍微加長了USB PD Standard-A插頭的長度，以接觸到PD DETECT端子（圖5）。通過檢測是否有接觸，來判斷是否為支持線纜。

USB PD Standard-B在插座中追加了ID端子，用來判斷是否為支持線纜（圖6）。另外，根據(jù)電容器的安裝位置來判斷是3A用線纜還是5A用線纜。電容器位于ID端子和地面之間的為3A線纜，位于ID端子和VBUS之間則為5A線纜。

    圖5：追加端子，通過接觸進(jìn)行判斷

    “USB PD”的“Standard-A”連接器在接收側(cè)的插座中追加了用來檢測是否為USB PD支持線纜的“PDDETECT”端子（a、b）。該端子配置在插座里面，僅長度較長的USB PD的Standard-A連接器能接觸到。（圖（a）由《日經(jīng)電子》根據(jù)USB PD的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)書制作）

    圖6：通過追加ID端子進(jìn)行判斷

    “USB PD”的“Standard-B”連接器追加了ID端子，用來判斷是否為支持線纜（a，b）。ID端子還用來確定流過線纜的電流值。根據(jù)電容器的安裝位置來判斷是3A用線纜還是5A用線纜（c）。（圖（a）由《日經(jīng)電子》根據(jù)USB PD的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)書制作）

USB PD的Micro規(guī)格連接器方面，在原規(guī)格中設(shè)置了ID端子，因此沒有太大改變。不過，由于最大流過60W電力，連接器部和線纜部等容易發(fā)熱。Standard-A和Standard-B規(guī)格也同樣如此，USB PD的規(guī)格必須將溫度上升范圍控制在＋30℃以內(nèi)。因此，必須采取不同于以往USB的熱對策。

追加PD芯片

關(guān)于USB PD新導(dǎo)入的確定電壓值和電流值的流程，通過在供電側(cè)和受電側(cè)雙方的產(chǎn)品中追加交換所需數(shù)據(jù)的IC、即“PD芯片”予以支持。通過在這兩個PD芯片間交換數(shù)據(jù)來確定發(fā)送的電壓和電流值。利用VBUS端子收發(fā)載流子頻率為23.2MHz、數(shù)據(jù)傳輸速度為300kbit/秒的“FSK（frequency shift keying）”信號。

美國英特爾公司的USB-IF人士介紹，PD芯片集成到USB控制器中的可能性比較低。這位人士認(rèn)為因為“最合理又省錢的方法是，USB控制器利用現(xiàn)有的產(chǎn)品，USB PD只在需要時追加PD芯片”。

支持產(chǎn)品從2013年開始面世

隨著USB PD規(guī)格的制定，支持產(chǎn)品的開發(fā)今后將會加速。部分企業(yè)已經(jīng)宣布開發(fā)支持產(chǎn)品。例如，英特爾在2012年9月舉行的開發(fā)者會議“IDF 2012”上，演示了利用USB PD驅(qū)動耗電量為60W級的筆記本電腦的情形。

該演示通過筆記本電腦的AC適配器向供電側(cè)的基板發(fā)送電力，然后利用USB PD從供電側(cè)的基板向受電側(cè)的基板供電（圖7）。而針對筆記本電腦，經(jīng)由電源線從受電側(cè)的基板為筆記本電腦供電。將來，通過將供電側(cè)基板安裝到AC適配器內(nèi)，將受電側(cè)基板安裝到筆記本電腦中，可提供USB PD規(guī)格的AC適配器。

    圖7：推進(jìn)支持USB PD產(chǎn)品的開發(fā)

    在2012年9月的“IDF 2012”上，英特爾公司公開了利用USB PD用開發(fā)板卡驅(qū)動筆記本電腦的演示（a）。由恩智浦半導(dǎo)體社、Obsidian Technology以及安森美半導(dǎo)體共同試制。除了這3家公司外，USB PD技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)書中記載的“Contributors”企業(yè)好像也已開始著手開發(fā)支持產(chǎn)品（b）。例如，SMSC和TI就在開發(fā)USB PD用IC。

IDF 2012的演示中使用的供電側(cè)和受電側(cè)基板以美國Obsidian Technology公司的開發(fā)板卡為原型，PD芯片的IP也由該公司制造。據(jù)稱，除該公司外，參與試制的還有荷蘭恩智浦半導(dǎo)體公司和美國安森美半導(dǎo)體公司。詳情未予公布，不過英特爾的解說員稱“恩智浦半導(dǎo)體和安森美半導(dǎo)體均負(fù)責(zé)電源周邊器件的開發(fā)”。

除上述三家公司外，美國Standard Microsystems Corp.（SMSC）和美國德州儀器公司（TI）也分別在開發(fā)USB PD用IC。雙方均未公開IC的種類和功能等，不過SMSC宣布預(yù)定2013年上半年投產(chǎn)30W產(chǎn)品。除此之外，USB PD技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)書中記載的“Contributors”企業(yè)等似乎也開始著手開發(fā)USB PD產(chǎn)品。候補企業(yè)方面，IC領(lǐng)域有美國LSI公司和瑞薩電子公司、連接器領(lǐng)域有臺灣鴻海精密工業(yè)公司和日本航空電子公司、測量儀領(lǐng)域有美國力科公司、個人電腦領(lǐng)域有美國戴爾公司和美國惠普公司（HP）、外設(shè)領(lǐng)域有美國希捷科技公司和西部數(shù)據(jù)公司。（日經(jīng)技術(shù)在線！ 供稿）