USB PD标准渐成熟 芯片商新品竞出抢商机

为解决受电/供电端安全疑虑，并提升消费者使用体验，新版USB PD 3.0标准加入认证机制，可大幅改善主机系统与周边装置的兼容性与互操作性，同时确保应用安全无虞，将有助USB Type-C与USB PD生态系统发展更加健全，市场前景大好。

继苹果(Apple)与Google率先采用USB Type-C接口之后，包括笔记本电脑(NB)、智能手机、平板；以及集线器(Hub)、扩充基座(Docking Station)等周边装置制造商也陆续推出配备此一新规格的产品，USB Type-C应用风潮逐渐扩散。

为加速USB Type-C发展，USB开发者论坛(USB-IF)致力订定相关规范。 其中，新版通讯序列总线电力传输(USB PD) 3.0标准由于加入认证机制，可大幅改善主机系统与周边装置的兼容性与互操作性，同时确保应用安全无虞，将有助USB Type-C与USB PD生态系统发展更加健全，并提升消费者使用体验。

因应USB PD 3.0标准的新变化，芯片开发商也旋即发布相关解决方案，卡位市场商机，未来产品应用将明显增温。

继2015年Apple与Google先后导入Type-C接口后，经过一年多的市场发酵，导入Type-C的设备数量已经增加不少，相关新品纷纷出笼。 搭载Type-C连接器的应用装置可同时支持高速USB数据数据、影音频号传输，以及最高达100瓦的电力，为USB传输打开新的里程碑。 为加快USB Type-C商用脚步，且进一步提升装置相连的安全性，USB-IF遂发布USB Type-C认证(Authentication)规格，并于最新USB PD 3.0版标准中加入此一功能，期加速USB Type-C与USB PD应用普及。

加速USB PD 3.0普及化 新版授权机制出炉

瑞萨电子泛用市场营销部经理陈俞佐(图1)表示，过往USB PD 2.0被诟病的地方在于，供电端无法有效拒绝受电端的要求，因此在线材、充电器等周边的质量参差不齐的情况下，若传递高于USB规范的电力时，容易造成笔记本电脑、手机等产品损坏。 因此，USB PD 3.0新增了一个授权机制，唯有符合安全机制认证的产品，方能对装置进行充电或存取。

 
据悉，USB Type-C认证授权过的主机系统可阻绝不符合标准的USB充电器，减轻在USB连接过程中，来自嵌入式硬件或软件恶意攻击的风险。 对于一些担心使用公共充电器为手机充电的旅客来说，他们的手机可自行辨识这些公共充电器是否符合认证标准，并只允许透过经认证的充电器充电。 有意保护自家资产的公司，也可建立特别的资安政策，使其个人计算机(PC)只能向经过验证的USB储存周边传送数据。

在最新版的USB电力传输(Power Delivery, PD)规格--USB PD 3.0中，已经支持相关认证功能，让USB Type-C与Type-C线缆可透过USB PD信道交换相关认证讯息。 新的USB Type-C桥接(Bridging)规格则透过USB数据总线，提供将数据桥接到USB PD，或从USB PD桥接数据的必要方法。 USB Type-C桥接让USB主机可以透过USB PD接口与USB集线器(Hub)的下行埠(Downstream Port)进行通讯，亦可支持其他功能。

USB PD 3.0前景佳 瑞萨军备齐出抢商机

陈俞佐表示，和USB 3.1 Gen2相比，USB PD 3.0较受消费者青睐，其市场成长力道未来也有望比USB 3.1 Gen2强劲。 原因在于，USB 3.1 Gen2的传输速率虽可到10Gbit/s，但从消费者目前的使用习惯来说，10Gbit/s的需求并不大，原本Gen1的5Gbit/s就已经足够。 然而，相较于高速的传输需求，充电却是每样消费性电子产品必备的功能，而消费者对于充电效率的要求也越来越在意。 USB PD 3.0除可满足消费者充电需求，同时还兼具数据、Video传输功能，因此备受消费者青睐。

此外，USB PD 3.0还可望带动周边产品市场，像是适配器、墙壁插座等传统充电市场产业需求。 换言之，未来USB PD 3.0商机发展除笔记本电脑、智能手机、平板等终端产品之外，还可延伸至周边产品市场，其效益也会逐渐扩增，各家业者便会想进入这市场分一杯羹，因此USB PD 3.0商机将会快速成长。

因应此一市场趋势，瑞萨也备有相关的解决方案，以卡位市场商机。 例如，该公司旗下所推出的高效率电源供应IC--RAA230161，可以支持USB-IF(USB Implementers Forum)所制定的USB Power Delivery(USB PD) 2.0与3.0所定义的电源规范。

此款IC适用于各种直流电(DC)设备，包括交流电变压器、PC接口设备、家用与办公用设备，以及集线器应用等。

为了因应USB PD 3.0加入下述电容量的电源规范，包括：15W(5V@3A)、27W(9V@3A)、45W(15V@3A)、60W(20V@3A)，以及100W(20V@5A)。 因此，电源供应设计师的挑战包括支持多种电压等级的USB PD标准、输出电压切换，以及处理高达3A的大电流等。 除此之外，由于较大电流的风险疑虑升高(例如不兼容电缆过热)，连带使得新的USB PD电源供应设计将必须提供较高层级的安全性与可靠性。

基于上述情况，该公司加快脚步开发「Simple DC-DC」技术，开发了以DC-DC整流器为中心的电源供应IC，效率最高可达95%，有效减少功率损耗，而其支持USB PD 2.0与3.0标准电源供应装置的架构问题也可获得解决。

另一方面，随着USB PD 3.0规格新增多项功能，市场对于使用USB充电之装置的需求快速成长，因此不符合规格与不兼容的USB配件(例如缆线)进入市场的可能性也大幅增加。 识别不兼容的USB产品成为极其重要的需求，特别是以USB PD为基础的高功率充电设计。

为此，该公司也具备支持USB PD 3.0规格的通用串行总线(USB)供电(PD)控制器--R9A02G011，不仅支持PC与智能型手机应用，亦支持其他各种使用直流(DC)电源的装置，包括PC周边装置、交流电变压器、投影机、机器人及其他消费性电子产品。 另外，新款控制器可透过单一USB缆线同时支持数据传送与供电，因此可降低系统开发成本，并简化装置之间的多个联机。

提升用户体验 德州仪器USB PD 3.0产品添新意

USB PD 3.0热潮势不可挡，为抢攻市场商机，半导体业者纷纷推出新一代解决方案。 其中，德州仪器认为，新一代产品除持续提升效能，以满足USB PD 3.0相关规范之外，如何在产品中添加新意，以增进用户体验，也是不可或缺的重要设计关键。

德州仪器半导体营销与应用部门应用工程师陈奕宏(图2)指出，除上述所提的授权机制外，USB PD 3.0规格也新增多项可增进消费者使用体验的功能，例如「Fast role swap」便是其中之一。
 
陈奕宏进一步解释，USB PD 3.0既能供电也能受电，而Fast role swap功能便是确保USB PD 3.0配件，如Dongle，从电力提供者模式迅速转换为受电者模式，防止由于电源突然断开而导致数据损坏。 换言之，若是供电端的适配器(Adapter)被拔掉时，中间链接的Dongle便可从原本的受电端变成供电端，瞬间供应电力给相连的笔记本电脑或是手机，使消费者不会感受到断电的情况。

对此，为抢攻USB PD 3.0市场商机，并带给消费者更佳的使用体验，TI推出新型USB PD 3.0 控制器--TPS65983B。 该产品能够藉由整合式电源路径、快速的角色切换硬件、认证支持和标准化电压以实现完整的系统设计，以及更可靠的电力和数据传输。

同时，此一单芯片装置全面整合了电源路径，并同时提供过流、过压、反向电流和热保护，并具有用于灌电流或拉电流的快速角色切换功能，为设计人员提供较大的灵活性。 该装置符合新型USB Type-C、第二代USB 3.1和PD 3.0标准，并较前代规格具有更高的可靠性，能够实现轻薄的设计、稳健的电源输送和通用连接器和电缆的使用。 此外，这些电源、讯号链和电路保护装置能够使USB Type-C和PD系统的功能进行无缝整合，让设计人员更放心。

陈奕宏表示，USB PD 2.0到USB PD 3.0，除了新增授权机制之外，实际上并没有太大的改变；而设计USB PD 3.0芯片，对于芯片商而言，软硬件的设计上也没有遭遇太大的技术挑战。 因此，如何增进用户体验才是未来产品设计重点，因为整个Type-C的定义目标就是对用户更友善，为实现此一目标，工程人员就须更加着重小细节，于产品研发时添加更多小巧思，例如加入Fast role swap功能便是如此。

强势出击 台厂力攻USB PD3.0市场

随着新一代Type-C的规格公布，Type-C搭配USB PD协议可提供高达20V/5A，100W的电力供应，加上Type-C正反插的便利性，几乎满足现有行动装置的电源需求。

例如，在终端产品设计上，Apple新款的MacBook只采用Type-C的接口作为电源、数据与影音的传输；Google的平板Pixel C也仅用Type-C负责充电与OTG装置连接；手机产品方面，各大厂牌也陆续推出Type-C接口的新款式。

随着Type-C在终端装置渗透率的提升，各家电源厂商也积极开发相关产品，台湾如威锋、钰创等IC业者也积极抢搭此波商机。 威锋电子产品中心副总经理许锦松(图3)认为，要进军Type-C市场，电源可说是一定要跨足的领域。 对此，威锋电子从早期便进入电源领域开始布局，从一开始符合BC 1.2的规范的识别IC，支持Type-C正反插，以及最新支持PD 3.0与QC 3.0的IC等开发了一系列可应用于电源端的产品。
 
据悉，针对USB PD 3.0市场，该公司备有专门针对充电器可使用的Type-C DFP芯片--VP300，可支持PD 3.0及QC 3.0。 此一IC内部整合TL431，工程师在反馈线路上毋须外加TL431组件，使得整体线路设计较为简洁，10bit ADC提供精准的电压与电流控制。 该产品内建线补功能，与多组PD输出电压，具备5V LDO，让Vconn可输出70mW的电源给E-Marker供电，每一组OVP/UVP/OCP皆能分别设定，保留设计弹性。

另外，该公司还量身打造Type-C Port Controller(TCPC)--VP230，可应用于集线器、主板等单口有PD需求的客户。

TCPC 1.1与PD 3.0兼容，有两组电流路径的控制I/O，针对Source与Sink进行控制，有CC逻辑的识别及Vconn供电，同时可发送PD讯息。 支持Power Role Swap、Data Role Swap、Vconn Swap和Fast Role Swap，有两组10bit ADC可针对电压与电流进行量测。

另一方面，瞄准USB PD 3.0商机，钰群科技与钰创科技则宣布推出USB PD 3.0控制IC--EJ899，搭配USB Type-C解决方案，全面提升传输电力、数据、影音之效能。

USB PD 3.0的整体效能相较PD 2.0提升许多，以传输量为例，PD 2.0仅能传输28 bytes数据量；然而PD 3.0的传输量上看260 bytes，能传输更多讯息，如：制造信息、安全信息、韧体更新信息。

在数据传输方面，PD 2.0如果遇到电力中断，就无法顺畅传送；但PD 3.0能提供快速供电端/用电端角色交换机制，即使在外接电源中断时也能成功传递数据。

新一代产品符合国际USB-IF协会最新制定的USB PD 3.0规范，最高传输电力可高达100瓦，即透过20伏电压提供5安培电流，进行供电端与受电端之间双向导电之电源供应，并满足电源传输之高度弹性，优化电源管理机制，适用于USB 3.1、USB 3.0、USB 2.0接口及其它USB规格，可广泛应用于各类电子系统产品之具备充电功能。

新版标准加快PD3.0商用化时程

综上所述，不难看出USB PD 3.0商机飞快成长，而不同产品相互供电/受电的兼容性，为目前开发商遭遇的最大挑战之一，若能突破此一难题，预期未来将可使USB PD 3.0及USB Type-C应用加速普及。

为改善此一困境，USB-IF于新版的USB PD 3.0标准加入了认证规格，希望可藉此大幅改善现今USB Type-C缆线与USB PD兼容性差，导致用户体验不佳的情况。 新标准甫一提出，也备受业界期待，整体市场商机也跟着水涨船高，促使芯片商纷纷跟进并发布相关解决方案，为USB Type-C与USB PD应用发展注入一剂强心针，其终端产品应用普及化可望加速实现。