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2021年5月，USB-IF發(fā)布了最新的USB PD 3.1標(biāo)準(zhǔn)，在這個版本中最大的一個亮點就是，其支持的最大輸出功率從之前USB PD 3.0的100W，提升到了240W！從名字來看，3.1版本可能只是3.0版本的一個小突破，但是就功率而言，卻是質(zhì)的提升。USB PD3.1和之前的版本到底有哪些區(qū)別呢？
回看2010年，那時的USB BC1.2只能支持7.5W的輸出功率（5V/1.5A），在十年間，USB的電力傳輸能力增長到原來的32倍，這個成績太拿得出手了！USB接口最早被賦予的角色就是傳輸數(shù)據(jù)。沿著這個“人設(shè)”，USB數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)演化到了USB4。不過數(shù)據(jù)傳輸并非USB接口的唯一功能，與其并駕齊驅(qū)的還有另外一條標(biāo)準(zhǔn)線，那就是電源傳輸——畢竟，一個能夠同時完成數(shù)據(jù)和電源傳輸?shù)慕涌?，才能滿足用戶日益增長的需求，由此也就誕生了USB PD（USB Power Delivery）標(biāo)準(zhǔn)。實際上，今天在不少應(yīng)用中，電源傳輸（而不是數(shù)據(jù)傳輸）往往是USB接口的唯一功能。
USB PD標(biāo)準(zhǔn)歷程
據(jù)統(tǒng)計，自發(fā)布以來，USB PD已經(jīng)經(jīng)歷了第14次更新，下面我們就來一起來回顧一下USB PD一路走來幾個重要的大版本更新。
圖1：USB接口相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展過程
（圖片來源：安森美）
USB PD的前身是USB-IF發(fā)布的電池充電（Battery Charging, BC）規(guī)范，主要是為了解決通過USB接口為電子設(shè)備充電的問題，BC1.2支持的充電率為7.5W（5V/1.5A），但是隨著智能手機等設(shè)備的電池容量越來越大，這樣的功率水平顯然不能滿足用戶的需求，很多時候還需要同時進行數(shù)據(jù)傳輸和電源傳輸，BC規(guī)范顯然力不從心了，因此USB-IF就定義了一個全新的USB PD標(biāo)準(zhǔn)。
2012年發(fā)布的USB PD 1.0將最大傳輸功率從7.5W提高到了100W（20V/5A），且定義了18W、36W、60W和100W四個功率等級。彼時USB Type-A/B接口還是主流，因此USB PD1.0為了不影響Type-A/B接口中數(shù)據(jù)線（D+，D-）上的數(shù)據(jù)傳輸，最初是考慮利用VBUS母線進行PD協(xié)議的傳輸。但是，由于PD協(xié)議的通信信號與電源以及USB數(shù)據(jù)之間的信號完整性等問題，一直沒有找到令人滿意的解決方案，因此USB PD 1.0并沒有在市場上引起很大的波瀾。
于是在2014年，USB PD 2.0來了，而且伴隨它而來的還有一個全新的USB物理接口標(biāo)準(zhǔn)USB Type-C。在USB Type-C中，定義了專門用于PD協(xié)議傳輸?shù)腃C線，負責(zé)在供電和受電設(shè)備之間協(xié)商電力協(xié)議，支持由4種電壓（5A、9A、15A、20A）和2種電流（3A、5A）組合而成的7個電源數(shù)據(jù)對象（PDO）——也就是功率等級，這就使得更精密、更高功率的電源傳輸成為可能，而且可以實現(xiàn)供電和受電設(shè)備之間的角色轉(zhuǎn)換，電力的雙向傳輸。由此，今天我們所見的USB PD標(biāo)準(zhǔn)的輪廓也就初步成型了。
圖2：USB PD協(xié)議的工作流程
（圖片來源：安森美）
接下來，2015年底USB PD 3.0標(biāo)準(zhǔn)推出，與2.0相比增加了對設(shè)備內(nèi)置電池特性更為詳細的描述，增加了通過PD通信進行設(shè)備軟硬件版本識別和軟件更新的功能，增加了數(shù)字證書及數(shù)字簽名功能，使得這一標(biāo)準(zhǔn)更為完善。但是此時，市場上的快充標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成井噴之勢，高通的QC、聯(lián)發(fā)科PE、OPPO的VOOC、華為的SuperCharge等標(biāo)準(zhǔn)紛紛入場，USB PD也面臨這前所未有的競爭壓力。
為了應(yīng)對這樣的挑戰(zhàn)，USB-IF組織在2017年2月發(fā)布了USB-PD 3.0標(biāo)準(zhǔn)的一個重要更新——可編程電源PPS（Programmable Power Supply），由此一舉奠定了自己在快充領(lǐng)域的統(tǒng)治地位。
這主要是因為，PPS做了兩件卓有成效的工作：
PPS中將USB PD供電電壓/電流的顆粒度做了進一步的細化。上文提到，USB 2.0中支持七個PDO（電源等級），而在USB-PD 3.0 PPS中，PDO的可編程電壓可在3.3V到21V之間以20mV步進進行設(shè)置，同時可編程的電流則可以在5A內(nèi)以50mA步進進行設(shè)置，此舉使得整個電力傳輸過程中，可以根據(jù)受電方的實際情況靈活地調(diào)整功率，采用最佳的供電策略，有利于供電效率的提升。與其他同類快充標(biāo)準(zhǔn)相比，優(yōu)勢明顯。
在PPS中進一步強化了USB PD與USB Type-C這個物理接口的“強綁定”關(guān)系，對于其他基于USB Type-C進行電源傳輸?shù)目斐錁?biāo)準(zhǔn)進行了“收編”，基本上收錄了市場上主流的快充標(biāo)準(zhǔn)。至此，USB PD在快充江湖的統(tǒng)御地位也就確立了。
坐穩(wěn)了快充江湖的頭把交椅，USB PD的下一步會怎么走，也就成了大家好奇的地方。這不，新近推出的USB PD 3.1就給出了一個答案。
USB PD 3.1的“野心”
如果細究起來，其實240W的最高輸出功率，只是USB PD 3.1中一個比較“拉風(fēng)”的標(biāo)簽，實際上這次版本更新的地方并不止于此。具體來講，包括以下幾項：
USB PD 3.1將原有的USB PD 3.0內(nèi)容定義為“標(biāo)準(zhǔn)功率范圍（SPR）”，而在此基礎(chǔ)之上，增加了“擴展功率范圍（EPR）”，前者的最高輸出功率還是100W，而后者則最高支持240W。
為了支持EPR，USB PD 3.1新增加了28V、36V和48V三個固定電壓檔，支持的最大輸出電流仍為5A，最高可以達到240W。
同時，USB PD 3.1還新增三種可調(diào)電壓檔（AVS），可以從15V到28V、36V、48V三種最大電壓間，以最小100mV步進進行調(diào)壓，并且繼續(xù)沿用基于PDP的恒功率限制模式。
圖4：USB PD標(biāo)準(zhǔn)和目標(biāo)應(yīng)用
可見，USB PD 3.1的目的就在于：在傳承PPS精細化的功率調(diào)節(jié)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，進一步擴大所支持的功率范圍，這也就使得USB PD可覆蓋領(lǐng)域大大擴展，未來游戲筆記本、服務(wù)器、電動工具、通信電源、電動自行車都有望被圈入USB PD的版圖之中。這應(yīng)該就是USB PD 3.1的市場“野心”所在。
廠商聞風(fēng)而動
正是意識到USB PD 3.1將帶來的巨大市場前景，相關(guān)的技術(shù)供應(yīng)商已經(jīng)聞風(fēng)而動。
英飛凌已經(jīng)推出了首款支持USB PD 3.1的高壓MCU——EZ-PD™ PMG1（Power Delivery Microcontroller Gen1），該器件集成了經(jīng)市場驗證的USB PD協(xié)議棧，能實現(xiàn)可靠的性能和高互操作性，支持USB PD 3.1規(guī)范中定義的240W更大功率。如此快的響應(yīng)速度，很是令人佩服。
圖5：支持USB PD 3.1的EZ-PD™PMG1微控制器
（圖片來源：英飛凌）
PMG1 MCU采用Arm Cortex-M0/M0+處理器，片內(nèi)集成了256 KB閃存和32 KB SRAM、USB全速級外設(shè)、GPIO引腳、門驅(qū)動電路、LDO和高壓保護電路。此外在安全性方面，該器件還提供硬件和固件保護，包括過壓和過流保護、短路和反向電流保護、安全固件啟動和簽名固件更新等。
同時，PMG1 MCU內(nèi)置可編程模擬和數(shù)字模塊，有助于將定制智能模擬傳感器集成到應(yīng)用中；它還支持現(xiàn)場編程，支持簽名固件更新，可以有效提升開發(fā)的靈活性和效率。
每一次技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的升級和更新，都是令人興奮的。而想要透徹地理解這個技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，就免不了也來一個“哲學(xué)三連問”——它是誰，從哪里來，要到哪里去？通過本文，想必大家對于USB PD應(yīng)該會有一個更為清晰的洞察。未來應(yīng)該如何與這個標(biāo)準(zhǔn)結(jié)伴同行？路，已經(jīng)在你的腳下。你對USB PD 3.1標(biāo)準(zhǔn)中最大輸出功率為240W是怎么看的？USB PD未來發(fā)展走向如何？歡迎在文末留言參與討論。
