USB Type-C接口非常火。越来越多的PC、笔记本电脑、平板电脑和智能手机采用这种接口设计。然而,这其中有些却不是真正的USB Type-C——它们实际上只是Type-C外形的、带正反插功能的USB 2.0接口,这在智能手机当中尤为如此。

最近,我们看到一款新的乐视手机,它采用了真正的全功能USB-C接口设计。小屏投大屏会有一定用户需求。乐视从视频网站跨界到智能手机行业,手机上带移动视频功能也是顺理成章。而全功能的USB-C接口则是帮助实现移动视频的助推剂。

USB Type-C承载的DP Alt Mode(交替模式)是其幕后推手,它实现了USB数据和音视频信号的同时传输。DP 1.3协议的推出,使得USB Type-C与DisplayPort Alt Mode的操作更加流畅。而视频电子标准协会(VESA)去年推出的DP 1.4协议则是在DP 1.3协议的基础上实现了50%以上的性能提升。

全功能USB Type-C的测试认证非常复杂。VESA最近也发布了新的USB Type-C基于DisplayPort Alt Mode标准的早期认证程序。日前,EDN China参加了VESA组织的媒体见面会。VESA合规项目经理Jim Choate和我们介绍了DisplayPort最新的DP 1.4标准,以及一些USB Type-C承载的DisplayPort认证方面的问题。同时,在USB-C规范还没有正式出来以前,USB Type C/DP Alt Mode产品测试会遇到各种各样的问题。作为VESA授权的两家提供Type-C早期认证的国际领先测试实验室之一的百佳泰(Allion)实验室也是出席了这一活动,为我们分享了在Type-C的早期,该实验室如何能够帮助解决各种测试挑战。

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DisplayPort最新的版本DP1.4于2015年2月发布,提供了很多新的功能和特性,可以带来更好的用户体验,也可以帮助设计者在性能以及耗电等方面达到一个好的平衡。Choate先生告诉记者,其关键的新的特性和功能包括:显示流压缩(DSC),可以进行标准化压缩;前向纠错(FEC),保证可靠性;多流传输(MST),通过MST可以在单一的视频接口上接上多个显示器(最早是在DP1.2版本提出)。

除了这些新的功能和特性,DP1.4保留了过去所有版本的功能和特性,另外还有一些特性正在开发中,比如HBR3,它是在DP1.3版本中最早引入的。这些特性和功能将在2016年下半年进行最后测试。

再来看一下DP标准提供的传输速率。在DP1.0中引用了RBR和HBR,支持的比特率分别为2.7Gbps和1.6Gbps,最大的分辨率支持分别为2560×1600以及1920×1080。在DP1.2中引入了HBR2,比特率达到了5.4Gbps,支持的最大分辨率为4K×2K。到DP1.3、DP1.4,其中引入了HBR3,这时最大比特率为8.1Gbps,支持5K或8K的最大分辨率。

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他指出,在DP1.4中,我们可以将DP和很多其他接口一起使用,比如USB Type-C承载的DP交替模式。

DP1.4继续支持所有DP的独有特性,比如MST。另外DP1.4还支持过去的高清音频格式。还有一个特性叫做自适应同步,它可以在分辨率不变的情况下降低电能消耗。另外还可以通过转换器来支持以前的视频标准VGA、DVI和HDMI等。

Choate指出,VESA组织是一个公开的组织,任何公司如果有意愿都可以加入,而且该组织是不收会员公司许可费的。

HBR3最早是在1.3版本当中引入,单连接器最高可提供带宽为32.4Gbps,它现在仍然是最高的模式。对于HBR3的测试将在2016年下半年进行。

那么,USB Type-C承载的DP到底是什么,对于产品开发来说又意味着什么?Choate谈道,USB Type-C推出已经有一段时间了,USB Type-C承载的DP ALT MODE模式是利用USB Type-C接口来实现DP的功能。这种模式于2014年9月份推出。DP ALT MODE模式可以看作是USB Type-C接口的一种功能延伸,我们使用USB Type-C接口和线缆就可以实现DP标准的功能。

DP ALT MODE模式是VESA和USB3.0促进者社团一起开发的。这个社团是USB Type-C标准以及USB Alt Mode供电标准的所有者。同时,VESA还和USB职业者论坛合作,来确保这些组织的密切沟通以及标准的兼容性。新一代的USB连接器面向的是未来20年的市场。USB Type-C接口非常薄,因为适用于超便捷设备,另外这个接口还可以支持正反插,这可以帮助厂商以及设计者开发出差异化的产品,比如可以提供高速率的数据传输,可以提供显示功能,还可以提供USB供电功能。

下图是USB在系统侧的接口针脚。

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通过USB Type-C和DP,我们可以实现各种各样的应用。下图是其中的几个例子。

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最上面的例子是对设备进行充电。中间的例子是一个扩展坞连接了不同的设备,我们可以通过扩展坞为笔记本电脑充电,同时还可以进行USB2.0或者USB 3.1的数据传输;从笔记本输出的视频信号通过扩展坞传到显示器上,同时还可以通过相应的协议转换支持HDMI、VGA、DVI等等视频输出,当然也可以直接输出DP视频信号。

一根无源的全性能USB Type-C至USB Type-C线缆最多可以承载四条DP通道。DP可以与USB3.1结合起来在同一根USB Type-C线缆上使用。这样就可以有两条高速通道供DP使用,另外两条高速通道可以供USB使用。USB2.0功能在所有配置下总是可用,USB PD功能也总是可用——它可以提供最高20V的可变电压,最多可以提供到100W的功率。

USB Type-C可以支持多种线缆,包括USB Type-C到USB Type-C,USB Type-C到DP,USB Type-C到协议转换器,以及USB Type-C到扩展坞或者是嵌入式hub解决方案。

在所有这些线缆当中都有一个PD控制器。这个控制器非常重要,可以控制Alt模式的工作,可以决定有多少条通道如何分配,以及需要多大的电量。

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通过协议转换器可以实现VGA、HDMI等支持。USB Type-C支持的适配器类型如下图所示。

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VESA现在正在和USB职业者论坛合作开发相应的合规性测试规范,从而更好的对DP模式进行测试,确保所有的测试要求都符合现实状况。

USB Type-C承载的DP相应的合规性测试规范现在已经发给成员公司进行监视,预计将在2016年中期发布规范。

到现在为止,已经有12款产品通过了早期的认证,包括英特尔、戴尔、惠普、LG、华硕以及星科电子等公司的平板电脑、笔记本电脑和显示器产品。“在产品开发过程中,产品往往已经准备好,可以发货,可以上市了,但是这时候合规性测试规范以及相应的测试工具可能还没有就绪。为了确保早期产品的用户有一个好的体验,我们推出了早期项目,这是为了确保早期产品能够尽早地进行相关的认证,从而确保产品能够顺利上市,为用户带来好的体验。”Choate表示。

总的来说,DP1.4提供了50%以上的性能提升。另外,它也提供了一些其他改进,比如提供纠错性能,在DS流压缩方面也有杰出表现。USB Type-C承载的DP真正是一种变革性的技术,对于体积比较小的便携产品来说非常重要。

他透露,DP交替模式测试规范将于2016年第三季度早些时候就绪。这对DP ALT MODE模式产品的测试和认证将是非常全面、非常细节的。

另外,对于USB Type-C目前能支持8K高清显示,但是设备(比如手机)会否存在能耗问题,他表示:“我们使用多大的分辨率,使用多大的数据速率是取决于具体方案的。不管是4K还是8K,我们都要确保源端和接收端有相应的能力,能够支持这么高的分辨率。HBR2中可以支持2K、4K,HBR3中可以支持8K,但是在8K的分辨率下,我们可能不会希望手机实现8K,因为手机电池是撑不住的。我们也不会仅仅通过USB供电支持8K,可能有其他的供电方式。另外也不会用手机来支持8K。手机GPU也不一定能支撑得起。8K分辨率我们更多是想用在客厅里,用来观看体育比赛等这样的场景,在办公室里面或许就不需要8K这么高的分辨率。另外我们还需要考虑8K内容是否可以获得。在未来几个月,夏天体育赛事越来越多,或许会让内容提供商更有动力去开发更多的8K内容,所以简单来说,8K还是4K还是其他的分辨率是取决于具体的应用和实施的。”

Type-C/DP ALT Mode产品问题好多,怎么办?!

百佳泰是VESA协会授权的合规测试单位,拥有非常多测试DP和USB Type-C产品的经验。“截至目前为止,以我们的测试经验,我们看到这一类产品存在一些问题。这些问题使终端用户使用起来的确可能会发生一些不愉快的经历,甚至可能会有安全性的疑虑。”百佳泰业务部经理周成怡表示。这也是为什么目前VESA推的合规标准Logo如此重要的原因。

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周经理介绍说,百佳泰在品牌商和代工厂之间,大家最熟悉的角色是Logo King,该公司可以帮这些厂商的产品取得各种各样的Logo。该公司是少数的实验室在一间实验室就可以取得多种合规认证LOGO的单位。

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她补充了一些DP Alt Mode的重点功能特性。首先,它使USB Type-C能够同时传输USB数据和音视频信号,这是过往USB做不到的。它支持正反插,使用变得更方便。另外,它支持供电和受电角色转换(双向供电),而以往只能是其中一种(比如笔记本是供电端,手机是受电端)。另外,过去USB充电只有12W左右,现在新的规格甚至可以到100W。

下图是目前Type C/DP ALT Mode相关规格中可以进行的一些测试。其中包含了VESA协会提供的DP Alt Mode的认证、USB Type C、USB供电传输的部分。另外,如果产品有支持英特尔雷电接口的部分,它也可以做测试。

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“可是现在USB协会针对USB Type-C和USB PD的规范都还没有制定完成,因此现在厂商想去拿认证也还拿不到,终端用户在市面上也看不到USB Type-C产品上贴有这样的合规标准。那么怎么办呢?VESA协会由于跟USB协会合作紧密,其实在它的认证中有把USB和供电传输的一些测试项给考虑进去。”她表示。

下图左边是制定的关于DP Alt Mode在USB Type-C上的产品需要去做的一些合规测试项。相较于之前一般DP的测试,如果要取得DP Alt Mode的USB Type-C产品认证的话,还必须检查USB和供电传输的测试项目,这样VESA协会才会发给产品认证。

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简而言之,随着市面上Chromebook、Mac笔记本、华硕显示器等等带有USB Type-C接口的产品陆续推出,在挑选产品的时候,唯一可以确定产品可靠的方法,就是先看它有没有VESA协会发的Logo,因为目前为止它是唯一可以取证的一个Logo。

那么,一个产品认证过,其他产品搭配起来有没有问题?她表示:“这个组合是非常复杂的,因为它的接口单一,但是它可以延伸出一个连接,搭配之后它可以接上很多不同的东西。但是扩展坞、线缆本身是否OK又是一个问题,因为我们并不知道这在用户侧是怎样连接的,使用的线缆又是否合规。我们现在看到的很多线缆和转换器都很有问题,它们不一定去做合规测试,也不一定真正按照供电传输或协会的规格去做产品。”

那么这应该怎么办?我们如何确保我们的产品到了终端用户手上,使用起来能够正常、安全?百佳泰拥有丰富的测试资源。该公司制定了一个比较完整的一环,去帮品牌厂商确定他们的产品是否OK,至少这在使用的时候不会有安全性的疑虑。

“因为现在市面上太多各式各样的东西,首先是VESA协会的DP认证,其实我们家也是合规测试单位,所以我们一直也在跟它制定USB Type-C和供电传输的测试规范。所以我们有足够的能力去提供一些早期测试服务。虽然他们的规范还没有制定出来,但是我们可以帮忙去做一些检查。”她说道。

另外,很多问题其实是出在连接器的质量上。因为百佳泰也是做电缆连接器认证的合格实验室,所以可以帮品牌商去做选料的把关。除了认证协会规范的测试项目外,该公司还会增加一些其认为必要的项目检查,比如在USB Type-C上的高频传输信号检查。现在很多品牌商有把这一环纳入到其产品设计当中。

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最后,互通性的检查对于USB Type-C的产品非常重要,因为产品之间会有角色的转换和功能的转换,比如它是传数据还是传影音、谁供电谁受电?百佳泰在做这些互通性测试的时候,除了把它们接起来之外,还会做这些角色和功能的转换,再去做检查,她指出。