Type-C USB：一个端口统治一切

　　尽管type-C USB是当今最复杂、最灵活的有效负载和电源连接端口之一，但它可能是迄今为止最容易被误解的消费类和商业AV接口。根据市场调研公司的数据，这种微型连接器的市场势头是前所未有的，预计到2030年将超过1270亿美元。推动其采用的是整个行业向USB4和Thunderbolt的发展。本文的目的是为AV专业人士提供一些关于USB4和type-C USB的澄清信息和基础知识。

　　USB4用于下一代设备

　　USB4是USB标准的第四代。它由USB实施者论坛(USB-IF)成员公司于2019年首次宣布。USB4的目标包括增加链路带宽、帮助融合连接器生态系统以及最大程度地减少最终用户的困惑。

　　它的架构定义了一种在多种类型的终端设备之间共享单个高速链路的方法，并动态配置链路，以便按类型和应用程序最好地服务于数据传输。USB4不提供任何通用数据传输机制或设备分类，如USB 3.x。它的优势在于它能够充当其他协议的隧道，例如USB 3.2、DisplayPort 1.4a、PCI Express (PCIe)，以及通过DP替代模式实现的DisplayPort 2.0。

　　T h u n d e r b o lt是一种连接协议，可同时支持快速数据传输、高分辨率视频和充电。虽然Thunderbolt T1和T2标准使用Mini DisplayPort (MiniDP)连接器，但Thunderbolt 3 (T3)和Thunderbolt 4 (T4)使用功能更强大的C型USB连接器。

　　type-C USB端口可以在不同情况下支持不同类型的有效负载。很容易看出这会如何造成外观相似但功能不同的电缆的问题。由Intel推动的Thunderbolt 4是一个包含USB4、DisplayPort和PCIe的超集标准。T4设备必须支持长达6.5英尺的电缆上的40Gbps数据传输速度、32Gbps PCIe数据传输、至少两个4K显示器以及至少100W的电力传输/充电。

　　请记住：所有Thunderbolt设备都包含USB4，因为它们基于相同的底层协议。所有T4设备均为USB4。如果有人有USB4笔记本电脑，他们可以使用T4设备（反之亦然）。支持T4的笔记本电脑或扩展坞将接受T4、T3、USB4、USB3.x和USB 2.0设备。

　　type-C USB的差异

　　type-C USB是一种小型对称连接，适用于从智能手机和平板电脑到高级固态存储驱动器和虚拟现实耳机的任何设备。它提供了一个名副其实的技术能力菜单，包括自适应能力和可支持数字有效载荷等各种动态分配通道。

　　查看type-C USB连接器的引脚图（在新标签中打开）可以发现，在8毫米宽的空间内有不少于24个连接点。type-C USB具有可逆的插头方向和电缆方向，支持可扩展的功率和性能，可让您的解决方案面向未来。

　　关键之处就是确定一个设计精良的坞站具有支持特定安装所需的功能。扩展坞是生产力装置的无名英雄。无论是部署扩展坞（在新选项卡中打开）以供移动使用还是固定在拥挤空间、会议室或教室中，一个好的扩展坞解决方案都是设计中最好的第一步。

　　type-C USB链路可以通过四个并行交替模式通道的组合支持标称 40Gbps有效负载传输速度。每个通道可以单独支持高达10Gbps。在DisplayPort 2.0/T3接口下，四个通道的总有效载荷传输速度可以达到惊人的20Gbps，总计80Gbps。相比之下，2015年推出的T3transport指标的传输速度为40Gbps。

　　交替模式

　　在type-C USB连接器上，四个高速通道（引脚A/B 2和3、10和11）和两个边带引脚（A8和B8）用于“交替模式”传输的系统。这些模式通过用于电源协商和交付的相同配置通道（CC1和CC2）使用VDM进行配置。交替模式是一种分组数据传输链路，专为高速的数据传输而设计。

　　这种连接的一个重要元素是它是双向的。与允许内容从源到接收器的单向流动的传统AV连接不同，USB通路允许数据在任一方向流动。type-C USB端口可以在不同情况下支持不同类型的有效负载。很容易看出这会如何造成外观相似但功能不同的电缆问题。

　　备用模式通道是USB词典的新增内容。包括四个屏蔽-双绞线，单独的交替模式通道可以动态地与单独的信号相关联。例如，当将笔记本电脑连接到扩展坞时，两条通道可能支持DisplayPortAV为两台显示器提供4K信号，而第三条通道提供到LAN的连接，第四条支持高达10Gbps的批量数据传输到连接的存储设备。

　　大多数配备type-C USB的设备都支持5Gbps传输速度（USB 3.0标准）。Superspeed Plus (SS+)正在将该能力扩展到10Gbps及以上，这对于高级4K视频有效负载来说已经足够了。别忘了，DisplayPort 2.0在设计时考虑了C型USB备用模式，将视频性能扩展到8K，并将数据传输速度提高到80Gbps。

　　USB 1.1和2.0的命运

　　type-C USB现在能够通过错综复杂的电源选项提供高达240瓦的直流电源（5安培时最大48伏）。设备通过使用确保端到端功能和安全性的电子标记与电源、主机和连接电缆进行协商。这几乎是前所未有的组件级别连接的提升，需要AV社区仔细检查。

　　type-C USB电缆预计在3A时支持20V，总功率为60W。要被USB供电(USB-PD)控制器检测为能够提供更高的电压和电流，type-C USB电缆是需要包含一个电子标记芯片，包含供应商定义的消息(VDM)，其中包含有关电缆及其功能的详细信息。这称为电子标记电缆组件(EMA)。

　　EPR电缆标记为支持50V和5A，并通过EPR电缆标识图标进行明显识别，因此最终用户将能够确认它支持与此类连接相关的更高功率传输。尽管名称如此，USB-PD并不仅限于电源协商交替模式；数据角色切换（交换上游和下游端口和角色）是通过USB-PD实现的。

　　在type-C USB中，引脚A6和A7是双绞线的连接器，支持全功能USB 2.0连接。为了在多代型号之间保持USB近乎理想的向后兼容性，USB-IF选择通过单个串行数据链路保持1.1和2.0通信，并添加并行路径以提升性能。A6和A7引脚与传统A和B连接器上的引脚2和3相关。

　　这种单双绞线支持USB 1.1低速(1.5 Mbps)、全速(12 Mbps)和USB 2.0高速(480 Mbps)传输速率。该总线提供了足够的带宽来支持人机接口设备，例如键盘、鼠标或交互式触摸显示器。该链接还可用于支持其他外围设备和音频设备。

　　在type-C USB中，较旧的1.1和2.0标准可以通过此专用路径完全实施。一般来说，无论其他引脚被要求做什么，这都是正确的。只有一个应用程序，即的HDMI编解码器，禁用了这个USB通路——并且该应用程序在本文中尚未实现。

　　通过type-C USB传输视频

　　有三个主要系统用于将视频内容从设备传输到显示器。不幸的是，似乎没有一个公认的行业方法可以清楚地确定哪些产品支持哪些标准和协议——或者即使它们完全支持AV标准！这可能是大规模向C型USB接口过渡的最令人困惑的因素之一。AV系统设计人员和所有者必须了解如何将AV内容视为USB4世界中的有效负载。

　　交替模式的DisplayPort：DisplayPort已成为支持type-C USB的高级设备传输视频的宠儿。几乎所有扩展坞都支持DisplayPort 1.4a，但如果我们将智能手机和平板电脑纳入其中，情况就会有所不同。仅仅因为设备使用C型USB连接器并不意味着它可以处理DisplayPort视频。

　　如何确定设备是否支持DisplayPort？简而言之，确保它符合USB4标准。USB4认证要求通过备用模式支持DP1.4a隧道或DP2.0。DisplayPort（1.4及更高版本）中的MST允许通过单根电缆同时传输多个信号。MST最常通过集线器或坞站实现。

　　DisplayLink最初设计用于使用USB 2.0连接。它是一种基于驱动程序的主机编解码器，具有链路感知能力，这意味着该算法将自动配置有效负载，以根据源、坞站和显示器之间的连接容量最大限度地提高质量。USB Type-C连接器标准规定，无论C型USB连接器支持哪种标准，都将始终支持核心USB可操作性。由于DisplayLink只需要USB信号即可运行，因此DisplayLink将通过任何A型USB或C型连接器进行传输由于DisplayLink技术不会在USB主机设备上安装任何硬件，因此会在主机上安装软件（特别是驱动程序）。扩展坞中的硬件渲染引擎将USB有效负载转换为适用于HDMI、DisplayPort链接或VGA模拟连接的有效负载。DisplayLink主机软件可以在Windows、macOS、ChromeOS、Android和Linux上运行。大多数笔记本电脑和平板电脑都配备了驱动程序。Android智能手机可能需要安装应用程序DisplayLink Desktop。iPhone用户可能会遇到iOS11的问题，截至本文发表时，它不支持DisplayLink驱动程序。Macbook可能会遇到macOS Catalina 10.15的问题，但有一些解决方法。

　　Mobile High Definition Link (MHL)是一种有线解决方案，支持将移动设备连接到显示器。在新的superMHL标准下，它可以支持高达8K的视频内容。MHL还能够为移动设备充电（最高40W），并且它可以允许来自显示器的远程控制功能来操作源设备。

　　着眼于新兴的type-C USB生态系统，MHL联盟开发并发布了用于superMHL和MHL 1、2和3的MHL替代模式规范和要求。MHL与USB 3.0促进者组织和USB-IF建立了联系，以确保与C型USB、USB-PD和USB Billboard规范的互操作性。此外，USB-IF将与MHL联盟合作建立互补的认证和合规计划，以正确支持采用MHL备用模式的type-C USB主机和设备。

　　与DisplayLink一样，部署时最大的兼容性挑战在于智能手机。一些Android设备提供高性能和直观的用户体验。其他Android手机以及iPhone根本不支持该界面。

　　type-C USB是一种强大的连接方式。这种不断发展的技术不仅支持传统外围设备，还支持UHD的未来和对更高传输速度的需求。

　　然而，有了这项技术，特别是USBPD (PD R3.1)，AV系统设计人员和所有者必须清楚地分析桌面电源的使用方式，从而更加理解其内在特性。毫无疑问，设备随附的电源很方便，但现在有更大的电源可以为各种生产力外围设备充电和供电。为了享受更高的功率和更高的性能，type-C USB扩展坞必须与支持应用、电压和功率以及所考虑带宽的EMCA仔细配对。