- 关于USB Type C技术、应用和产业链的最强解读

 

　　USB PD将借助USB Type-C统一快速充电标准

　　（1）低压快充技术将成为主流快速充电方式

　　国产手机增长迅猛，取得话语权。随着华为、OPPO、Vivo等国产手机厂商在全球份额不断扩大，中国厂商产业链整合能力提升，将可以取得快速充电市场的主导权。相比高压快充方式，低压大电流在实现同样功率下效率更高，充电器和手机发热更少，将占据市场主流。

　　而USB Type-C将是USB PD最佳选择

　　USB Power Delivery是USB开发者联盟在智能手机的USBBatteryCharge标准之后提出的最新的电力传输标准，目前已发展到USB PD 3.0标准，具有以下特点：

　　·充电功率提升，在现有USB标准上，提高电力传输能力到100W；

　　·充电方向灵活，电力传输方向不固定，充电受电设备可以指定；

　　·在多外设之间优化电力传输；

　　·智能充电管理；

　　·允许低功率充电；

　　USBPD传输电流能力大幅增强。目前主流智能手机使用的充电接口和数据线基于Micro USB，不能承载过大的电流。USB Type C接口的触点数量数倍于Micro USB接口，这就使得它能承受的电流强度大大增加，适合快速充电技术应用。同时Type C接口芯片中加入了互相识别的E-marker芯片，可自动识别充受电设备，确保充电安全，并且支持双向充电。

　　图24、USB充电标准一览

　　USBType-C与USB PD协议共生，有望统一快速充电标准。USB PD可兼容5V/12V/20V不同充电电压和1.5A/2A/3A/5A不同充电电流，最大支持高达100W充电功率。同时，USB PD可以将电源线和信号线整合至同一条线缆内。除了能够给手机、平板等移动设备充电外，还可给笔记本等以前无法通过USB充电的设备快速充电。USB PD设定了10W、18W、36W、60W、100W五级充电规格，不仅充电功率强悍，更可以实现双向充电。

　　功率提升需要接口芯片保证安全性。

　　由于USB Type-C搭配USB PD可实现高达100W的充电功率，在高压大电流下，确保安全性尤为重要。USB Type-C会在设备接口芯片中实现界面、线材、终端设备的交互授权与认证机制，确认终端可接受的电力传输模式。与终端设备互连时，可以由用户决定是否以对应最高功率进行电力传输，增加设备使用安全意识。

　　多家公司都已经发布了不同种类的接口控制芯，有TI、Cypress、Lattice、Analogix、Dialog、Parade，Fairchild，成绎半导体，***钰创，VLI，羽博等。Oppo和华为手机使用TI接口芯片做握手通讯和电源管理。在CES 2016上，赛普拉斯推出了全球首款双端口USB Type-C PD控制器EZ-PD CCG4。该控制器集成ARM Cortex-M0处理器、128KB闪存、两个供电场效应晶体管和四个为系统提供过压和过流保护的模数转换器，可用于存储双固件映像，从而实现无故障安全引导，提高系统的可靠性。

图26，USB Type C接口控制芯片

　　USB Type C对音频的变革

　　在开头我们提到，苹果公司在iPhone 7中取消3.5mm模拟音频接口，直接使用Lighting接口传输数字音频是大概率事件。Android阵营将紧跟苹果的脚步，使用USB Type-C接口传输音频。这将直接掀起一场智能手机的接口革命，并且引发一系列创新。

　　音频系统具有短板效应，为了高保真的重现声音信号，需要同时在音源、音频处理和音频输出端做出改进。数字音频市场的快速发展解决了高清、无损音源的问题，音频处理和音频输出端也需要同步改善。这种情况下，数字音频应潮流而生。安卓苹果两大阵营将使用Type-C/Lighting取代3.5mm模拟音频接口，数字耳机和音频设备直接受益。

　　首先，3.5mm模拟音频接口已成手机轻薄化的设计瓶颈

　　电子设备更轻更薄的需求，以及市场对数字高清音频、高保真（HiFi）音乐的追求，将促使厂商在音频输出端取消已经使用多年的3.5mm模拟音频接口，采用数字音频接口。

　　模拟音频接口属于TRS接口家族，本质是同轴电缆传输，常见的三段式接口为TRS端子，四段式为TRRS端子。在接口尺寸方面，1/4英寸（6.35mm）、1/8英寸（3.5mm）和3/32（2.5mm）这三种应用的最多。其中用于高端音响上的6.35mm接口从1878年开始应用至今，已经有近130年的历史。

　　其次，手机内部复杂电磁环境不适合高质量模拟音频处理

　　音频处理系统可分为音源、音频处理和音频输出三部分：

　　· 音源：无损音频将成市场主流

　　· 音频处理：编码解码器（Codec）和放大器；Codec用于提供足够精度和速度的编解码能力，核心是数模转换器；放大器用于将解码后的模拟信号放大到足够功率以驱动输出端不同负载；

　　·音频输出：有线、无线耳机，扬声器、音箱等

　　目前手机和其他电子设备内部处理的都是模拟音频信号，原始音频信号经过内部解码器解码后转为模拟信号，再经过放大或者直接输出到3.5mm接口。但是手机内部要同时处理射频、模拟和数字多种信号，电磁环境复杂。音频信号是高精度小信号，很容易受到干扰产生失真，再经过PCB板和3.5mm接口又会产生功率损耗，最终影响输出音质。

　　第三，苹果和安卓乏力，告别3.5mm接口

　　取消3.5mm音频接口的实现主要在于将原本位于手机内部的编码解码器和放大器等音频处理芯片转移到Lighting或者Type-C接口、线控或者耳机腔体中。如果直接采用未解码的数字音频信号从数据接口输出，在手机外部完成解码和放大，则可以减少失真，带来较高隔离度。随着集成电路工艺的进步，SoC、SIP技术的发展，音频芯片的面积和功耗不断减小，在技术上也支持将芯片从手机主板移出到耳机中。

　　苹果阵营

　　CirrusLogic已为MFiLighting耳机提供开发套件。苹果的音频解码芯片独家供应商Cirrus Logic已于2016年6月30日宣布推出基于苹果官方认证的MFi耳机开发套件，协助OEM厂商快速开发出Lighting接口的数字耳机。与iPhone 6s相比，新的方案将原来位于手机主板上的音频处理芯片转移到Lighting接口耳机线控中，在手机中实现全数字音频，有效减少内部信号的干扰和衰减从而提升音质。同时，数字接口赋予音频更多的功能，比如搜集用户听音乐的风格和习惯数据，与iOS平台App结合，实现数字均衡调音等。

　　数字耳机根据外置音频处理芯片位置的不同，在具体实现上有4种方式：

　　· Type-C/Lighting接口：适合较小面积芯片，易于防水设计

　　· 耳机线控：Cirrus Logic MFi方案，可方便与线控功能集成

　　· 耳机腔体：适合头戴式耳机，具有较大空间，距离发生单元最近，处理效果最好

　　· 音频Dongle：外置声卡，台式机时代音乐发烧友使用过，Type-C/Lighting转3.5mm附件，很可能作为iPhone 7随机配件。

　　安卓阵营

　　乐视发布Type-C数字接口CDLA手机。作为Android阵营一员，乐视于2016年4月发布了全球第一款取消3.5mm接口，直接使用Type-C传输音频的CDLA手机。

　　第四，产业巨头支持数字音频变革

　　· 谷歌：2014年从安卓5.0操作系统开始就支持USB音频输出

　　·苹果：预计从iPhone 7开始取消3.5mm接口，使用Lighting和蓝牙直传数字音频

　　· 英特尔：2016年4月，Intel在IDF 16信息技术峰会上展示了USB-C耳机插孔设计，用于取代传统的3.5mm耳机插孔，希望通过采用USB-C接口促进模拟音频向数字音频的转变

　　· Cirrus Logic： 2016年6月30日，苹果音频芯片供应商Cirrus Logic发布MFi Lighting耳机开发套件

　　· Conexant：2016年6月29日发布业内第一款USB Type-C单芯片音频解决方案CX20888，并且带主动降噪功能，为5mmx 5mm x 0.5mm 81Pin BGA封装。