在Type-C接口定义诞生之前,USB接口家族已经有了Type-A、Type-B、Mini-A、Mini-B、Micro-A和Micro-B几种形式,在我们日常生活中相对比较熟悉是Type-A(广泛应用于电脑、充电器等)和Micro-B(广泛应用于手机、平板等移动设备)。

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理解USB Type-C,需要和USB标准进行区分。USB标准是对数据传输协议所做的规范,由于USB的标准化组织USB-IF的命名方式较为混乱(如USB 3.0又被称为USB 3.1 Gen 1),给消费者造成了比较大的困扰,最简单的方式是通过最高传输速率进行区别。最高数据传输速率是USB标准最重要的参数指标,目前最新一代标准USB 3.1 Gen 2可以达到10Gbps。

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对于Type-C接口来说,USB 2.0/3.0/3.1标准均可以支持,因此使用Type-C接口并不意味着更高的数据传输速率,支持的USB标准才是关键。

从另外一个角度,USB 3.1标准支持Type-A、Micro-B和Type-C三种物理形态,因此传统的数据连接线同样可以实现高速数据传输。

为方便区分支持不同标准的USB接口,USB-IF采用了改变接口颜色的办法,黑色代表USB 2.0,蓝色代表USB 3.0,浅蓝色代表USB 3.1。

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深入剖析,把握USB Type-C接口的核心竞争力

在对Type-C接口的定义有了清晰认识之后,我们开始讨论他的主要优势,从1.1小节中可以看到Type-C接口在最高传输速率上并无特别之处,那么它受到产业界广泛追捧的原因是什么呢?

首先,从外观形态上看,USB Type-C接口体积较小,相比支持USB 3.0及以上标准的Micro-B接口更加轻薄,更适合应用在移动设备上,同时支持正反两个方向插入,方便消费者在多种环境下使用,带来更好的用户体验。

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其次,Type-C由于标准化充电协议USB PD的加成,在充电方面有着得天独厚的巨大优势,可以达到更高的充电效率,并实现双向充电。

从表1中我们可以看到USB标准对于最大传输电流的规定,USB 2.0及以前限流500mA,USB 3.0及以后限流900mA,以标准电压5V计算,最大传输功率仅为4.5W。2010年颁发的USB BC(Battery Charging)1.2充电协议支持5V/1.5A充电,但依然无法满足人们对于快速充电的需求。

在这样的背景下,快速充电技术近两年迅速兴起,目前主要的解决方案有高通的Quick Charge,MTK的Pump Express和OPPO的VOOC。无论哪种方案,核心思想均为通过非认证协议对通过USB接口传输的电压或电流进行调节,达到提高充电功率的目的。

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高通Quick Charge支持5V、9V和12V三种电压,最大充电电流可达3A。搭配Type-C连接器使用时可提供最高36W的充电功率,目前已经推出了4.0版本。联发科Pump Express快速充电技术原理和高通方案类似,同样使用提高充电电压的方式,最高充电功率可以达到24W。OPPO VOOC 快充技术采用不同的技术路线,采用提高电流的方式提高功率,但必须搭配自身特制的连接线以减小传输损耗。

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USB PD协议基于USB 3.1标准和Type-C接口,充电电流和充电电压均可灵活配置,电流可以选择1.5A、2A、3A和5A,电压可以选择 5V、12V和20V,充电功率有10W、18W、36W、60W和100W几种规格可选。

从下图可以看到,当充电电压大于5V或充电电流大于1.5A时,需要使用新型连接线缆;而当充电功率达到60W时,传统的Micro B接口已经不再适用,当充电功率达到100W时,标准的Standard A型接口也不再适用,因此我们认为随着快速充电技术的发展,Type-C接口将成为最佳选择。

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Type-C接口对USB PD协议的支持是由其自身的结构决定的。从下图中可以看到,Type-C接口内部除了专用数据线之外,还有四根VBUS线,因此具有更强的电流传输能力,同时,还拥有两根专做USB PD通信使用的CC线,从而可以实现双向充电。这些特质是传统USB接口所不具备的。

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2017年2月,USB-IF发布了USB PD协议的重要更新,正式推出了旨在同一快速充电技术规范的PPS,不允许USB接口通过非USB PD的协议来进行电压和电流调整。同时,谷歌在最新的Android 7.0 OEM规范中强调:使用USB接口的手机,快充技术必须支持USB PD。这样前文提到的高通、MTK和OPPO的快充方案,在未来只能使用Type-C接口和USB PD协议实现。目前高通的下一代快充技术Quick Charge 4.0已经正式宣布支持Type-C接口和USB PD协议。

第三,USB Type-C接口可以通过Alternate Mode实现更高数据速率的高清影像传输。Display Port、Thunderbolt等数据传输协议可以在此模式下利用USB的收发通道进行高清视频等数据的传输。

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Type-C的这一特性在4K高清视频传输、VR/AR等应用上具有重大意义。以VR为例,目前高端的VR设备均基于PC,如HTC Vive和Oculus Rift,需要使用三根cable线(音视频、数据、充电)完成PC和VR设备的连接,使用较为繁琐。智能手机连接VR设备的便携性是其显著优势,如果手机采用USB Type-C接口,利用DisplayPort视频输出,则可以在任意厂商的智能手机上使用VR头盔。

总结来看,我们认为USB Type-C接口在轻薄度、数据传输速率、充电功率、支持双向充电、图像传输协议兼容性等方面具有较为明显的优势,并且得到了产业界广泛的支持,整体生态环境日渐成熟,未来将成为消费电子设备接口的不二之选,有望“一统江湖”。

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苹果和安卓双双发力,Type-C接口普及有望加速

苹果新产品或将引入Type-C接口,市场小高潮可期

2017年2月,知名媒体华尔街日报爆出苹果将从新款iPhone开始全面使用USB Type-C接口。2017年7月,专业媒体充电头网曝光了新款iPhone的充电器实物图,从曝光图看出,充电器端接口已经由传统的Type-A变为了Type-C。

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充电头网同时曝光了两张iPhone新产品原型机无线充电器的照片,从中可以看出:iPhone新产品无线充电器采用了单线圈设计,兼容WPC Qi标准,输入电压为5V-12V,输出电流为0.6A-2A,输出功率5W-10W,效率为70%至85%,充电器沿用Lightning接口。

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2012年9月,苹果在iPhone 5的发布会上正式公布了Lightning接口,取代了之前使用9年的30针Dock接口,移动设备首次支持可正反插的接口。到目前为止,Lightning接口一直被应用在iPhone和iPad产品上。

深入剖析苹果的Lightning连接器的发展现状,可以发现苹果依靠自身的话语权和产业链地位,已经在连接器领域建立起了一个完整而封闭的生态系统。苹果的连接器产品除官方出品之外,同时还对第三方厂商开放,但必须通过苹果的MFi认证。MFi是苹果的一种发展计划与授权认证程序,其含义是“Made For iPod/iPhone/iPod”,只有通过MFi认证的连接器才可以搭配苹果的电子产品正常使用。

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苹果的Lightning连接器并非是类似传统USB连接线的被动线缆,根据专业网站chipworks在2012年的拆解报告,苹果的Lightning连接器内部共有四颗芯片,除了NXP的主控芯片(图18上方)之外,通过一颗TI芯片(图18下排中间)实现安全加密功能,第三方厂商必须使用这颗芯片才能通过MFi验证。

内部多颗芯片的使用毫无疑问增加了Lightning连接器的成本。通过整理比较苹果、三星和第三方厂商的连接器价格可以看到,苹果原装的Lightning连接器价格是三星原装的USB Type-C连接器的大约三倍,而从同一品牌的第三方厂商产品看,Lightning连接器价格是USB Type-C连接器的大约两倍。

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从积极角度出发,苹果的MFi验证流程保证了整个接口生态环境的封闭性,提升了Lightning连接器的安全性,防止因使用品质较差的连接器出现使用事故,因此我们认为未来苹果在移动设备端还将继续沿用Lightning接口。

尽管从2012年至今,苹果的移动设备端一直使用Lightning接口,但苹果并未停止在USB Type-C接口方面的研发工作。

USB Type-C接口在苹果公司2015年初发布的新款12寸Macbook上被首次采用,整台机器除3.5mm耳机接口之外,只使用了一个USB Type-C接口。2016年,苹果在最新发布的Macbook Pro中,彻底放弃了传统的USB Type-A接口,全线采用了USB Type-C接口(支持Thunderbolt 3)。

2016年,苹果公司推出了一款可以实现USB Type-C和Lighting接口直连的数据线,这款数据线有1米和2米两种规格,售价分别为188元和258元。我们认为,这是苹果将Type-C接口逐步导入iPhone和iPad产品中的重要信号。

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综合苹果的媒体信息,我们认为苹果在新款iPhone上的接口设计在手机端将沿用传统的Lighting接口,以延续整个接口生态系统的安全性和封闭性,连接线另一端将由USB Type-A换为Type-C,以支持USB PD协议,实现更高的充电功率,同时Lightning接口同样将进行相应的升级。

我们认为, Type-C接口的趋势已经被苹果认可,应用范围即将从Macbook推广至iPod、iPad和iPhone,掀起一轮消费电子产品普及USB Type-C接口的浪潮。

根据市场调研机构IDC的数据,2016年iPhone销量达到2.15亿部,仅次于三星的3.11亿部。另外一家权威市场调研机构IHS的数据显示,2016年单一机型销售榜单上前四名均被苹果占据,分别是iPhone 6S、iPhone 7、iPhone 7 Plus和iPhone 6S Plus。我们认为,苹果的技术路线选择仍然是全球智能手机行业最重要的风向标,一旦选用Type-C接口将对整个行业产生较大的催化作用。

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接口由Type-A转换为Type-C带来了连接器单体价值量的提升(1米长连接器由148元涨至188元)。按照市场调研机构IDC的数据计算,2016年iPhone和iPad随机器销售的Lightning连接器约2.6亿根。假设未来iPhone和iPad产品年销售量保持稳定,按照1米长USB Type-C转Lightning连接器价格188元计算,市场价值量便达到了约500亿元。

另外根据雷锋网报道,第三方配件商生产的Lightning连接器方面,规模大一些的厂家月销量可达200万条,而月销量在几十万条规模的厂商“不计其数”,从京东上看到这些连接器的价格从9.9元到69元不等,我们认为这部分的市场容量同样相当可观。

总结来看,苹果假如在新的iPhone产品连接器中使用USB Type-C接口,对于Type-C的普及将会产生重大意义,考虑到苹果智能设备风向标的指向作用,我们预计未来会有更多厂商跟进。

安卓市场,USB Type-C已成燎原之势

相比苹果构建封闭生态系统的核心理念,安卓平台则从上线时起便保持着开放、兼容的姿态,因此Type-C接口在安卓阵营普及的更加迅速。

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从2017年发布的安卓新机型上看,多款安卓手机在终端侧使用了USB Type-C接口。我们对使用USB Type-C接口的安卓品牌、机型和价格进行详细整理后发现:USB Type-C接口已经从旗舰机型向中低端机型渗透,越来越多的1500元至2500元价位的智能手机开始使用Type-C接口,这标志着USB Type-C的生态环境已经趋于成熟,成本下降至可全面普及区域。

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此外,在苹果的带动之下,越来越多的安卓手机开始取消3.5mm耳机插孔,USB Type-C接口耳机成为新的潮流。2017年,小米6、努比亚Z17和锤子坚果Pro均采用了这样的设计。

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取消3.5mm接口的好处主要有两点:一是可以将数模转换芯片(DAC)和音频放大器芯片从手机内部移到耳机连接器中,节省手机内部空间;二是提高手机的密闭性,利于防水设计。

我们预计,考虑到USB Type-C在充电、音视频数据传输、兼容性等方面的巨大优势,未来将成为安卓智能设备的标配。

(节选自海通电子研究)

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