升级还是权谋？从USB PD 2.0到3.0

  如同iPhone的出现，才让智能机真正主导手机市场一样，Type-C口发布后，USB PD才正式进入大众的视野。而事实上，USB PD 1.0的标准在2012年的7月份就已经发布。那个时候，USB接口是传统的TYPE-A和TYPE-B，所有的连线资源，都已经被VBUS、GND和DATA传输线所占据。于是，USB-IF打起了VBUS和GND的主意，通过一个高频载波，把USB PD协议的通信数据调制到VBUS上，接收端则从VBUS上进行信号的隔离和解调。

 图1  失败的尝试--基于FSK调制的USB PD

   不得不说，这是一个非常好的IDEA，因为那个时候，电力线载波技术在迅猛发展，室内低压电力线的载波技术，甚至大有对宽带网络取而代之的架势。因此，把这项技术应用到USB总线上，似乎是顺水推舟。然而，事实证明，这是一次失败的尝试，涉及到PD信号与电源以及USB数据之间的信号完整性等问题，具体原因不再赘述。
 时间到了2014年8月份，USB-IF一口气发布了具有革命性意义的TYPE-C 1.0接口标准和USB PD2.0标准，从而实现了在专用的通信线CC上，进行USB PD通信信号的传输。

图2 USB PD与TYPE-C接口的完美结合--使用CC线进行BMC编码传输

   这两份同一时间发布的标准，相辅相成，描述了一幅有线接口革命的宏大图景。为此，小编还曾在一年前撰写过一篇名为《有线接口时代最后王者》的文章，描绘了type-C接口对消费类电子应用带来的革命性变化。USB PD让神奇的USB TYPE-C接口，不但具有传统的电能、数据传输能力，还具备了音视频传输能力。而且，不论是电能、数据、还是音视频传输速度，都比传统的传输线要更为出色。因此TYPE-C接口毫无疑问将会垄断现有的消费类电子传输接口市场。当然，不排除未来会出现用光纤作为传输媒介的有线接口以进一步提高传输速度。
  从技术角度来看，USB PD2.0是非常让人着迷的，整个标准非常开放，提供了电能和数据、音视频传输的完整协议框架，同时又留有VDM，即自定义数据包功能，让企业可以进行私有协议处理，进行电池管理，固件升级，私有加密等。可以说，已经是一个比较完善的体系了。正当业界为之欢呼雀跃，并试图进行消化吸收时，USB-IF组织却在2015年底，推出了USB PD 3.0版本，让业内玩家震动不小。让我们来看看，这次大的改版，重点改动了什么？
第一、 增加了对设备内置电池特性更为详细的描述
第二、 增加了通过PD通信进行设备软硬件版本识别和软件更新的功能
第三、 增加了数字证书及数字签名功能

图3 PD3.0可以获取设备内部电池组的详细情况

  第一点改动，能够让连接双方，更清楚对方的电源状况，从而协调好双方的供电策略。对于利用USB PD协议组建低压智能供电网络来说，极为重要。可以协调在各种电源状况下的供电拓扑结构。例如，电网停电时应急供电电处理策略，协调电网供电和家用太阳能发电装置的供电策略，往电网反向供电策略等。可以让Power变得更加SMART。

图4 USB PD3.0支持在线升级

  第二点软件升级功能，则可以让设备的兼容性变得更加优秀，所有的TYPE-C厂商都可以把自己的最新固件版本发布到互联网上，这样就可以通过PC以及手机等，对非联网的外围配件进行及时更新了。就如同微软的win10系统能够实时在线解决硬件驱动程序问题一样。USB PD设备的内部固件，也成为传统硬件驱动资源的一部分。

图5 PD3.0定义了数字证书功能

  第三点数字证书功能，估计是这次升级最重要的功能了。可以让所有的TYPE-C产品必须获得USB-IF组织使用私有密钥签发的数字证书才能畅行无阻。无证书的产品，则可能不被其他厂商的TYPE-C产品所接受。这项功能有非常积极的意义，可以避免不合格的TYPE-C接口设备，因为品质问题而伤害正常的设备。在企业信息安全应用中，也可以由企业自己来发布安全证书，让非企业内部的USB设备无法接入，这会比现有的USB加密技术更安全，因为在通过CC线完成安全认证之前，存储媒介与系统之间是物理隔离的。当然，我们也希望USB-IF能够真正的让会员企业受益，而不是如同苹果的MFI那样，通过提供认证和数字证书，去换取巨额商业利益。

图6  USB PD 3.0完美兼容2.0无需硬件改动，产品开发不必犹豫

  对于国内厂商来说，技术归技术，更重要的还是看产品研发路线怎么走。以小编观点来看，不必太多关注这些升级。首先，从协议上来说PD2.0是PD3.0的子集，也就是说，PD3.0是天然兼容pd2.0的。其次，从硬件层面来说PD3.0与PD2.0的链路层和物理层完全兼容，也就是说，产品升级的时候，无需进行硬件改动，只需要进行在线软件升级。因此，不论从协议本身还是从市场战略的角度来看，都可以积极的去开发USB PD 2.0的产品，到了必要的时候，升级固件部分去兼容PD3.0即可。说到这个问题，刚好澄清一下MACBOOK2016升级的问题，其实，APPLE这次升级，与PD3.0没有任何关系，也没有加入数字证书这类东西。而是增加了对PD2.0协议的时序约束，类似USB-IF的compliance test。所有不被兼容的设备，都是自己产品的问题，千万不要误导业界厂商，认为USB PD协议经常更新，导致产品兼容性不好，TYPE-C市场慎入等。实际上，所有的市场玩家，包括VL，FRESCO，LDR都已经或者正在加入USB-IF，并接受compliance test，只是因为各家的研发重点不同，所以，升级相应速度不一样，LDR作为大陆厂商，反应速度是最快的，MACBOOK2016面市后的一个月内就已经发布了与之在协议上完美兼容的USB PD适配器芯片LDR6021以及DOCKING芯片LDR6023升级版本。

图7  LDR6023与MACBOOK2016配合完美实现Power_SWAP

  而欧美及台系芯片厂家则因为研发投入方向问题，一直还没有推出完美解决的版本，甚至仍然维持着macbook2015的错误协议版本，至今未做任何改动。
以上是小编学习USB PD3.0标准后，所得的一些粗略见解，个人认为从USB PD2.0到USBPD3.0是一次很有建设性意义的进步，为USB-IF点赞。当然，解读难免有谬误之处，权当抛砖引玉。希望大家一起努力，进行基于TYPE-C口应用的更多创新。

   C-FORCE，是专门研究USB TYPE-C接口以及USB PD协议的技术研究小组，后续将陆续推出《基于USB PD的快速充电方法》、《国内整机厂家如何玩转TYPE-C》等行业相关论文，欢迎关注。

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