新USB規格在Type-C手機端的應用

Programmable Power Supply。

2016對於手機廠商來說是個變動的一年。根據HIS於2016年第3季大陸手機的市場分析報告，大陸本土手機廠商的出貨量已擠下蘋果與三星佔據前四名。而排名一、二的，分別是OPPO與VIVO這些台灣民眾並非熟悉的品牌。其中OPPO以「充電5分鐘，使用2小時」成功行銷，也讓其他手機廠將快速充電視為手機必備的特色之一。

另外，2016年三星發布的Note7由於部分手機發生燒毀而大規模召回，起初問題產生自電池，然而換貨後再次發生的多起損毀使得此系列在終端市場停止銷售，導致損毀的真正原因至今仍待確認。由此事件，喚起大家對於充電安全的重視。最新報導指出，Google將在新一代Android版本統一所有的快充規格，以降低消費者對快速充電的安全疑慮。

手機輸出埠口部分，2014年歐洲議會以壓倒性的投票結果通過一項立法草案，將強制手機充電器採用一致的USB標準，以減少各產品間使用不同充電器造成的浪費，這項法案預計自2017年生效，可預期屆時所有移動裝置都將統一為USB介面。

從2016年開始，可發現越來越多手機廠商將原有的USB Micro-B接頭換為Type-C，迄今市面上已有超過10家廠商推出40款以上的Type-C機種，顯見Type-C已被手機廠牌視為未來必備的標準。Type-C的某些特色，例如支援無方向性的插拔、透過Type-C的PD協議可傳輸更大瓦數的功率以達到快速充電、透過PD之下的Alt-Mode傳遞不同影像規格(HDMI/DP)的資料。

蘋果在9月推出的iPhone7，受到廣泛討論的不僅是iPhone 7Plus的雙鏡頭，以及蘋果選擇移除3.5mm的Audio接口，音樂及通話透過藍牙或蘋果的Lighting傳遞。

大陸的影音串流廠商樂視，更搶先在蘋果發表前iPhone7之前，將樂2系列的手機設計為無耳機孔，並強調高品質全程數位化的無損音頻。最近發表的數款手機，樂視的樂3系列、HTC Bolt、HTC 10 EVO與Moto Z等，也陸續加入移除3.5mm Audio的行列。

2016年USB發布的4項新規格

手機設計的改變，或多或少都與USB Type-C的規格演進有關，威鋒電子特別整理出2016年修訂或新發布的規格當中，與手機相關的4個主要項目，分別為：USB PD 3.0、USB Audio Device Class 3.0、HDMI Alt-Mode與Programmable Power Supply power data object。

USB Power Delivery 3.0

首先是2016年3月公布的USB PD 3.0(Power Delivery；PD)。初始設計目的是為使USB可傳遞更高的電壓(20V)與更大的電流(5A)，補足以往經由USB接口只能提供約10W的電力。隨著PD規格進化至3.0版本，除了先前提到Alt-Mode可透過Type-C傳遞各種影像規格，另外更重要的是將PD可傳遞的資料量加大，自28 Bytes向上延伸至260 Bytes。

較大的資料量可存放作為安全認證(USB Type-C Authentication)或韌體更新(USB Firmware Update)所需要之資訊。可以預期，在未來的世界，所有手機和筆記型電腦都使用Type-C接口，由於埠口一致，便可透過各種充電器對裝置進行充電。

但不變的是，為了兼顧使用安全及便利，使用者希望這些充電產品都有被原廠認證，以避免不合格的充電產品損壞手機或筆記型電腦；USB的安全認證機制因此誕生，唯有符合安全機制認證的產品，方能對裝置進行充電或存取。

USB Audio Device 3.0

9月由USB-IF協會公布的Device Class Definition for Audio Device 3.0，針對USB音訊類多種不同的應用(例如：耳機、喇叭、麥克風等)定義一個基礎範本(Basic Audio Device Definition；BADD)，將各種應用所需的參數和配置標準化，大幅簡化了韌體工程師在設計USB音源時在驅動程式所需花費的功夫。同時，不同的Audio功能可以有不同的power domain，工程師可以針對單一功能進行個別的電源控制，關閉無運作的部分，達到節電效果。

資料傳輸方面，支援Burst mode，同時支援LPM(Link power management)，大幅縮短由運作轉換至休眠的時間，達到較低的運作功耗。此外，經由USB Type-C的接口，可透過Vconn的接腳提供電源予耳機內部其他裝置，因此，耳機不需要外掛電池即可提供更多附加功能，例如：主動降噪，耳溫/心率量測，甚至進一步支援手勢控制等。

HDMI Alt-Mode

HDMI發布的HDMI Alt-Mode規範，提供C接口的訊號源(手機、筆記型電腦等)直接影像輸出至HDMI接收端(螢幕、電視等)。從事Type-C相關產品設計的人可能覺得奇怪，市面上早就有Type-C轉HDMI的相關產品，為何HDMI至今才發布相關規格？

由於過去的HDMI輸出，並非直接由Type-C轉出，而是先透過DP(Display Port) Alt-Mode，將訊號轉成DP訊號，再透過影像轉換晶片，將DP訊號轉換為HDMI。而9月發表的HDMI Alt-Mode，僅需要可透過PD的溝通晶片，線路設計可省去一顆影像轉換IC的成本。

然而，與DP Alt-Mode相比，HDMI Alt-Mode目前只能做到4K 30Hz，影像也只能由C口訊號源至HDMI接收端做單一方向傳輸，組態上為Type-C到HDMI的組態，無法提供PD充電和USB資料傳輸。廠商在產品設計的同時，需了解兩種組態間的差異，依據功能與成本選用合適的組態。

Programmable Power Supply

最後是11月剛發布的Programmable Power Supply之ECR(Engineer Change Request)。如同前面敘述，快充儼然成為手機必備特色，因此主要晶片廠商也發展出各自的快充規範，例如高通QC2.0/3.0、MTK PE+2.0/3.0。以往的快速充電採用高壓(例如：9V/12V)低電流，以降低線材方面的損耗(例如：QC 2.0/3.0、PE+2.0)，然而從高壓降轉成電池電壓的損耗，導致手機充電會發熱。

因此，最近的充電設計又改為低壓大電流，甚至是電池直充(例如：PE+3.0或QC4.0)。USB PD雖然能提供較大的充電瓦數(最高至100W)，但僅針對固定的輸出電壓所設定，並無針對可變電壓或電池直充有明確定義，某些廠商逕行透過PD VDM(Vendor Define Message)自行撰寫相關控制，以達成電池直充，但USB-IF協會為避免不同廠商間的不同VDM導致安全問題發生，針對此情形定義出一組新的PDO：Programmable Power Supply的PDO，透過新的PDO，使用者可以針對電壓(每20mV一個步徑)與電流(每50mA一個步徑)進行細微控制，達到電源充電中所謂恆壓(Constant voltage)與恆流(Constant current)的控制。

威鋒電子對新規格的規劃

本文闡述了4個2016年發布的USB規格，並說明威鋒電子認為會對手機產業造成的影響。身為USB-IF協會的一員，威鋒電子協助制定規格，也在規格討論底定之時，能早一步開發出確實符合規格的產品，亦可依據客戶需求做出彈性調整。

前面提到的4種規格，威鋒電子已有對應量產與開發中的產品，比如目前在市佔率極高的PD控制晶片VL100/VL101、最新支援PD 3.0的VL102；USB音源部分，有第一代支援USB FS的Audio Codec VL630；電源識別晶片則是從標準Smart Charging到最新支援PD 3.0與QC 3.0的VP300，藉由完整的產品線，與持續開發符合最新規格的產品，能提供不同層面的客戶最完整的服務。(本文由威鋒電子提供，李佳玲整理)