2016对于手机厂商来说是个变动的一年。根据HIS于2016年第3季大陆手机的市场分析报告,大陆本土手机厂商的出货量已挤下苹果与三星占据前四名。而排名一、二的,分别是OPPO与VIVO。其中OPPO以「充电5分钟,使用2小时」成功营销,也让其它手机厂将快速充电视为手机必备的特色之一。
另外,2016年三星发布的Note7由于部分手机发生烧毁而大规模召回,起初问题产生自电池,然而换货后再次发生的多起损毁使得此系列在终端市场停止销售,导致损毁的真正原因至今仍待确认。由此事件,唤起大家对于充电安全的重视。最新报导指出,Google将在新一代Android版本统一所有的快充规格,以降低消费者对快速充电的安全疑虑。
手机输出借口部分,2014年欧洲议会以压倒性的投票结果通过一项立法草案,将强制手机充电器采用一致的USB标准,以减少各产品间使用不同充电器造成的浪费,这项法案预计自2017年生效,可预期届时所有移动装置都将统一为USB接口。
从2016年开始,可发现越来越多手机厂商将原有的USB Micro-B接头换为Type-C,迄今市面上已有超过10家厂商推出40款以上的Type-C机种,显见Type-C已被手机厂牌视为未来必备的标准。Type-C的某些特色,例如支持无方向性的插拔、透过Type-C的PD协议可传输更大瓦数的功率以达到快速充电、透过PD之下的Alt-Mode传递不同影像规格(HDMI/DP)的数据。
苹果在9月推出的iPhone7,受到广泛讨论的不仅是iPhone 7Plus的双镜头,以及苹果选择移除3.5mm的Audio接口,音乐及通话透过蓝牙或苹果的Lighting传递。
大陆的影音串流厂商乐视,更抢先在苹果发表前iPhone7之前,将乐2系列的手机设计为无耳机孔,并强调高质量全程数码化的无损音频。最近发表的数款手机,乐视的乐3系列、HTC Bolt、HTC 10 EVO与Moto Z等,也陆续加入移除3.5mm Audio的行列。
2016年USB发布的4项新规格
手机设计的改变,或多或少都与USB Type-C的规格演进有关,威锋电子特别整理出2016年修订或新发布的规格当中,与手机相关的4个主要项目,分别为:USB PD 3.0、USB Audio Device Class 3.0、HDMI Alt-Mode与Programmable Power Supply power data object。
USB Power Delivery 3.0
首先是2016年3月公布的USB PD 3.0(Power Delivery;PD)。初始设计目的是为使USB可传递更高的电压(20V)与更大的电流(5A),补足以往经由USB接口只能提供约10W的电力。随著PD规格进化至3.0版本,除了先前提到Alt-Mode可透过Type-C传递各种影像规格,另外更重要的是将PD可传递的数据量加大,自28 Bytes向上延伸至260 Bytes。
较大的数据量可存放作为安全认证(USB Type-C Authentication)或韧体更新(USB Firmware Update)所需要之信息。可以预期,在未来的世界,所有手机和笔记本电脑都使用Type-C接口,由于接口一致,便可透过各种充电器对装置进行充电。
但不变的是,为了兼顾使用安全及便利,使用者希望这些充电产品都有被原厂认证,以避免不合格的充电产品损坏手机或笔记本电脑;USB的安全认证机制因此诞生,唯有符合安全机制认证的产品,方能对装置进行充电或存取。
USB Audio Device 3.0
9月由USB-IF协会公布的Device Class Definition for Audio Device 3.0,针对USB音讯类多种不同的应用(例如:耳机、喇叭、麦克风等)定义一个基础范本(Basic Audio Device Definition;BADD),将各种应用所需的参数和配置标准化,大幅简化了韧体工程师在设计USB音源时在驱动程序所需花费的功夫。同时,不同的Audio功能可以有不同的power domain,工程师可以针对单一功能进行个别的电源控制,关闭无运行的部分,达到节电效果。
数据传输方面,支持Burst mode,同时支持LPM(Link power management),大幅缩短由运行转换至休眠的时间,达到较低的运行功耗。此外,经由USB Type-C的接口,可透过Vconn的接脚提供电源予耳机内部其它装置,因此,耳机不需要外挂电池即可提供更多附加功能,例如:主动降噪,耳温/心率量测,甚至进一步支持手势控制等。
HDMI Alt-Mode
HDMI发布的HDMI Alt-Mode规范,提供C接口的讯号源(手机、笔记本电脑等)直接影像输出至HDMI接收端(屏幕、电视等)。从事Type-C相关产品设计的人可能觉得奇怪,市面上早就有Type-C转HDMI的相关产品,为何HDMI至今才发布相关规格?
由于过去的HDMI输出,并非直接由Type-C转出,而是先透过DP(Display Port) Alt-Mode,将讯号转成DP讯号,再透过影像转换芯片,将DP讯号转换为HDMI。而9月发表的HDMI Alt-Mode,仅需要可透过PD的沟通芯片,线路设计可省去一颗影像转换IC的成本。
然而,与DP Alt-Mode相比,HDMI Alt-Mode目前只能做到4K 30Hz,影像也只能由C口讯号源至HDMI接收端做单一方向传输,组态上为Type-C到HDMI的组态,无法提供PD充电和USB数据传输。厂商在产品设计的同时,需了解两种组态间的差异,依据功能与成本选用合适的组态。
Programmable Power Supply
最后是11月刚发布的Programmable Power Supply之ECR(Engineer Change Request)。如同前面叙述,快充俨然成为手机必备特色,因此主要芯片厂商也发展出各自的快充规范,例如高通QC2.0/3.0、MTK PE+2.0/3.0。以往的快速充电采用高压(例如:9V/12V)低电流,以降低线材方面的损耗(例如:QC 2.0/3.0、PE+2.0),然而从高压降转成电池电压的损耗,导致手机充电会发热。
Programmable Power Supply。
因此,最近的充电设计又改为低压大电流,甚至是电池直充(例如:PE+3.0或QC4.0)。USB PD虽然能提供较大的充电瓦数(最高至100W),但仅针对固定的输出电压所设定,并无针对可变电压或电池直充有明确定义,某些厂商迳行透过PD VDM(Vendor Define Message)自行撰写相关控制,以达成电池直充,但USB-IF协会为避免不同厂商间的不同VDM导致安全问题发生,针对此情形定义出一组新的PDO:Programmable Power Supply的PDO,透过新的PDO,使用者可以针对电压(每20mV一个步径)与电流(每50mA一个步径)进行细微控制,达到电源充电中所谓恒压(Constant voltage)与恒流(Constant current)的控制。
(本文由威锋电子提供,李佳玲整理)
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