ZHCY216 November 2024
USB 和 USB PD 协议发展历程
就协议本身而言，目前 USB Implementers Forum (USB-IF) 总共定义了六种 USB 规范：USB 1.0、2.0、3.0、3.1、3.2 和 4.0。但是，USB 1.0 基本上已不再使用，因此目前参考的标准是 USB 2.0 至 USB 4.0。
2012 年，第一版 USB PD 1.0 规范发布，但很快在 2014 年推出了 USB 2.0 版本，规定了 USB-C 连接器的使用，并完善了一些技术细节，以支持五种电源等级：15W、27W、45W、60W 和 100W。
USB PD 3.0 于 2018 年发布，为标准增加了一些灵活性，从而更好地适应各种设备。该版本改进了通信协议，以支持电池状态监控、增强的安全性和快速角色交换等功能。此外，该版本还引入了可编程电源 (PPS) 协议，支持以 20mV 为粒度增量调整电压电平。这使得需要微调电压电平的快速充电应用能够进行自定义电压协商。
USB PD 3.1 规范于 2021 年发布。这是一次重大更新，使 USB-C 电缆和连接器能够传输高达 240W 的功率。超过 100W 至 240W 称为扩展功率范围 (EPR)，而之前的 USB PD 范围现在称为标准功率范围 (SPR)。
图 7 USB 规范的发展与之前的 USB 协议相比，USB 4.0 标准所支持的功能增多，因此要求使用 USB-C 连接器。此外，USB 4.0 的一个新发展是支持 DisplayPort™ 和 PCI Express (PCIe)。
后续章节将深入探讨更多细节，但从总体角度来看，以下是 USB 和 Thunderbolt 技术的一些方面：
- USB 3.2：
- USB 3.2 Gen 1（之前称为 USB 3.0），SuperSpeed 高达 5Gbps。
- USB 3.2 Gen 2（之前称为 USB 3.1），SuperSpeed 高达 10Gbps。
- USB 3.2 Gen 2x2（实际的 USB 3.2），SuperSpeed 高达 20Gbps。
- 多通道运行，具有两个 10Gbps 通道，数据速率达到 20Gbps。
- 不需要 USB PD 功率合约。
- Thunderbolt 3：
- 将 USB（2.0、3.0 和 3.1）、PCIe 和 DisplayPort 组合到单一接口中。
- 需要 USB PD 合约。
- 在成功协商 Intel 的 Thunderbolt 3 交替模式后启用。
- USB 4.0：
- 使用现有 USB-C 电缆实现双通道运行，并支持高达 40Gbps 的运行速率。
- 向后兼容 USB 3.2、USB 2.0 和 Thunderbolt 3。
- 需要 USB PD 功率合约。
- 不需要进入交替模式即可实现。
图 8 展示了 USB 数据传输速度的直观比较。
图 8 USB 数据传输速度为了简化 USB 网络，通常包含一个主机和一个设备。一般情况下，PC 是主机，智能手机、平板电脑或摄像头是设备。从数据和电源角度来看，电源从主机流向设备，而数据可以双向传输。
USB 1.0 和 2.0 标准的下行端口可以提供高达 500mA 或 0.5A 的电流和高达 480Mbps 的数据速率。USB 3.0 提供高达 900mA 或 0.9A 的电流。这些电源输出规格基于每个标准输出 5V 的额定值。不过，专用 USB 3.0 充电端口和充电下行端口可提供高达 1,500mA 或 1.5A 的电流，总功率可达 7.5W。