2012年12月11日09:04 來源：人民網-財經頻道
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最大可供100W電力的“USB PD”的做法是導入對應線纜，線纜的辨別和供電數值通過配備專用IC來確定。支持產品估計將在2013年上半年面世。
一個USB端子最大可供電100W的規格“USB Power Delivery（ USB PD） Specification”於2012年7月制定完成。USB 2.0和USB 3.0在最大可分別進行480Mbit/秒、5Gbit/秒的數據通信的同時，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，不傳送數據以提高供電的“USB Battery Charging（USB BC）”規格中，也隻能供電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”的產品將面世
除“Battery Charging Revision 1.2”外，USB的規格每更新一次，供給電力都在增加。2012年7月亮相的“USB PD”實現了100W供電。預計支持產品將在2013年上半年亮相。
5級規格
USB PD的供電范圍為10∼100W。並具體針對供電的大小設置了10W、18W、36W、60W和100W五級“規格”（圖2）。10W供電為規格1，供給電力越高，規格編號越大，可供給100W電力的為規格5。
圖2：具有5級規格
USB PD相應於供給電力分5級規格。以各規格確定電壓和電流供電。100W供電以20V電壓和5A電流實現（a）。USB PD的拓扑將供電側稱為“Provider”，受電側稱為“Consumer”（b）。（圖由《日經電子》根據USB PD的技術標准書制作）
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。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，是因為這是很多產品常用的電壓。車載設備也多利用12V驅動。20V是筆記本電腦的AC適配器DC輸出時所用的電壓。USB PD在制定規格時就考慮到了驅動筆記本電腦用途，因此選擇了20V。
但支持100W供電的隻有“Standard-A”及“Standard-B”等標准規格的連接器。便攜終端用Micro USB連接器隻能供電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的產品，線纜和產品上都加了專用標記。
檢測出支持線纜
USB PD將供電側稱為“Provider”，受電側稱為“Consumer”，在供電側和受電側交換數據，決定實際發送的電力值。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，判斷為支持產品時，供電側和受電側之間交換數據，確定發送電力的電壓和電流。電壓值設定5V為標稱值，從供電側發送可輸出的電壓和電流列表，受電側從中選擇並確定電壓和電流。最后，從Provider向Consumer發送電力。
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”等管理部負責。（圖由《日經電子》根據USB PD的技術標准書制作）
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數據。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據交換也利用供電用VBUS線進行。
通過上述流程就實現了USB PD最大供電100W，同時又確保了與以往的USB兼容。為此，專門配備了確認是否為專用線纜的認証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，改進了連接器的構造。USB PD的Standard-A和Standard-B規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都是隻通過稍微改變連接器的內部構造，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規格不同，需要專用控制IC和專用線纜。控制IC被稱為“PD芯片”。專用線纜還可連接以往的USB連接器。（圖由《日經電子》根據USB PD的技術標准書制作）
USB PD Standard-A和Standard-B的差異，按照使用設備區分。具體而言，Standard-A連接器用於連接台式個人電腦和筆記本電腦等“主機”，而Standard-B用來連接稱為“設備”的打印機和掃描儀等台式外設。
改變連接器的構造
USB PD Standard-A連接器為了辨別產品是否支持USB PD，在接收側的“插座”裡面新追加了“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。電容器位於ID端子和地面之間的為3A線纜，位於ID端子和VBUS之間則為5A線纜。
圖5：追加端子，通過接觸進行判斷
“USB PD”的“Standard-A”連接器在接收側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）。該端子配置在插座裡面，僅長度較長的USB PD的Standard-A連接器能接觸到。（圖（a）由《日經電子》根據USB PD的技術標准書制作）
圖6：通過追加ID端子進行判斷
“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《日經電子》根據USB PD的技術標准書制作）
USB PD的Micro規格連接器方面，在原規格中設置了ID端子，因此沒有太大改變。不過，由於最大流過60W電力，連接器部和線纜部等容易發熱。Standard-A和Standard-B規格也同樣如此，USB PD的規格必須將溫度上升范圍控制在＋30℃以內。因此，必須採取不同於以往USB的熱對策。
追加PD芯片
關於USB PD新導入的確定電壓值和電流值的流程，通過在供電側和受電側雙方的產品中追加交換所需數據的IC、即“PD芯片”予以支持。通過在這兩個PD芯片間交換數據來確定發送的電壓和電流值。利用VBUS端子收發載流子頻率為23.2MHz、數據傳輸速度為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。這位人士認為因為“最合理又省錢的方法是，USB控制器利用現有的產品，USB PD隻在需要時追加PD芯片”。
支持產品從2013年開始面世
隨著USB PD規格的制定，支持產品的開發今后將會加速。部分企業已經宣布開發支持產品。例如，英特爾在2012年9月舉行的開發者會議“IDF 2012”上，演示了利用USB PD驅動耗電量為60W級的筆記本電腦的情形。
該演示通過筆記本電腦的AC適配器向供電側的基板發送電力，然后利用USB PD從供電側的基板向受電側的基板供電（圖7）。而針對筆記本電腦，經由電源線從受電側的基板為筆記本電腦供電。將來，通過將供電側基板安裝到AC適配器內，將受電側基板安裝到筆記本電腦中，可提供USB PD規格的AC適配器。
圖7：推進支持USB PD產品的開發
在2012年9月的“IDF 2012”上，英特爾公司公開了利用USB PD用開發板卡驅動筆記本電腦的演示（a）。由恩智浦半導體社、Obsidian Technology以及安森美半導體共同試制。除了這3家公司外，USB PD技術標准書中記載的“Contributors”企業好像也已開始著手開發支持產品（b）。例如，SMSC和TI就在開發USB PD用IC。
IDF 2012的演示中使用的供電側和受電側基板以美國Obsidian Technology公司的開發板卡為原型，PD芯片的IP也由該公司制造。據稱，除該公司外，參與試制的還有荷蘭恩智浦半導體公司和美國安森美半導體公司。詳情未予公布，不過英特爾的解說員稱“恩智浦半導體和安森美半導體均負責電源周邊器件的開發”。
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USB PD用IC。雙方均未公開IC的種類和功能等，不過SMSC宣布預定2013年上半年投產30W產品。除此之外，USB PD技術標准書中記載的“Contributors”企業等似乎也開始著手開發USB PD產品。候補企業方面，IC領域有美國LSI公司和瑞薩電子公司、連接器領域有台灣鴻海精密工業公司和日本航空電子公司、測量儀領域有美國力科公司、個人電腦領域有美國戴爾公司和美國惠普公司（HP）、外設領域有美國希捷科技公司和西部數據公司。（日經技術在線！ 供稿）
