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usb數據線是怎麼做的

科技 更新时间:2024-10-01 22:19:59

usb數據線是怎麼做的(USB數據線到底怎麼選)1

作者|D.K.

攝影|一顆皮劃艇

來源|極果編輯部

真的……今天要聊的這件事,光是把問題本身說清楚都不太容易。

相信大家大家或多或少都有過類似的經曆:手機裡的拍的視頻急着要,插到電腦上卻發現速度還沒有Wi-Fi快;新買了顯示器支持“一線通”,抄起充電線怼上去卻不出畫面……

本該一統天下的TypeC,為什麼會演變成如今的混亂局面?市面上到底有多少種TypeC線?應該怎麼挑?投屏、充電、拷數據……不同的使用需求,買線的時候都有哪些講究?猛戳上方視頻,讓果醬給你一次性徹底說清!

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當然不方便的朋友也可以往下接着看圖文。友情提示,前方知識點密集,可以先點個收藏插個眼

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TypeC的願景,就是一個接口、搞定所有。不管是數據、音視頻、還是電力,全部一根線搞定。但這也造成了一個問題,那就是:“外觀和功能不對應”。

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舉個例子,HDMI的接頭就長這樣,線能怼進去,就能出畫面。但TypeC不是,長得都一樣,幹啥的都有。以手機為例,有的又能快充又能跑高速又能出畫面,有的就隻能兼容自家的私有快充,然後隻帶一個USB 2.0。

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數據線也是,有的看着挺粗的,插上屏幕就是不亮。充電器的線行不行?手機送的線行不行?移動硬盤送的線行不行?光看外觀,根本無從判斷它有什麼功能。所以買起來和用起來,都讓人一臉懵*。

那這口鍋要扣給誰呢?當然還是我們的老朋友,USB-IF。

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熟悉科技史的朋友們應該都知道,USB的問題豈止是線材混亂。他們就連每一代的版本号和推廣名稱,都是那麼的……“令人迷惑”。

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1996年1月,USB 1.0标準推出,傳輸速度僅為1.5Mbps/ 12Mbps。但因為産品開發需要時間,并沒有多少産品。98年9月,1.1修訂版推出。該版本沒有任何速度上的改進,主要是關于集線器和12Mbps模式,以及一些錯誤更正,這也是第一個被大規模采用的USB版本。

2年後的2000年4月,USB 2.0版本推出。新标準的速度大幅提升到了480Mbps,但同時名字也起的…非常考驗邏輯。

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1.x時期的兩種标準,分别被命名為低速(Low Speed)和全速(Full Speed)。而2.0引入的新标準呢,則被稱為高速(High Speed)。

究竟是全速比高速高,還是高速比全速全,一時讓人摸不着頭腦。

2008年,USB 标準來到3.0,傳輸速度再次暴漲,高達5Gbps。這一代被叫做超速(Superspeed),不過從市場反饋來看,大家還是覺得3.0比較好理解。畢竟數字越大越牛*,刷版本号就完事兒了。

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不幸的是,濃眉大眼的USB-IF,學會了套娃。

2013年,新的USB标準問世了。新标準的傳輸速度從5Gbps翻倍到了10Gbps,名為“超速普拉斯”(Superspeed )。

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看起來非常猛對吧?但它的版本号,既不叫USB 4.0,也不叫USB 3.1,而是叫“USB 3.1 Gen2”。然後反手把原來的USB 3.0,改成了USB 3.1 Gen1。

更離譜的是2017年。這次新标準定義的20Gbps模式,既不是USB 3.2,也不是USB 3.2 Gen3,而是USB 3.2 Gen2×2。同時為了便于消費者理解,它被賦予了一個非常清晰易懂的名字:“USB雙路超速普拉斯”(Superspeed USB dual-lane)。

而原來的USB 3.0,後來的USB 3.1 Gen1,現在叫USB 3.2 Gen1×1。原來的USB 3.1 Gen2,現在被刷成了USB 3.2 Gen2×1。

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懵了沒有?憋着急,後面還有呢。

2019年,USB标準再次更新。最新版本在命名的作妖程度上,可以說達到了一個全新的高度。新版本号叫做USB4,注意啊,不是USB 4.0,也不是USB 4,而是USB4!沒空格了!

然後新的USB4标準呢,沒有再玩套馬甲那一套,3.2标準的名稱它都沒動。但它有20Gbps和40Gbps兩種傳輸模式,大家可以猜一猜版本号是怎麼起的。

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USB4 Gen1×2和Gen2×2?不,是USB4 Gen2×2,和USB4 Gen3×2。想不到吧,USB4,它既沒有Gen1,也沒有×1。

由此可見,USB标準組織完全就是一群工科直男。在市場營銷這種直接跟小白消費者對話的項目上,還是……手法稚嫩,稍顯笨拙。其實剛才那個2乘2的名字,就是個很好的例子。小白用戶看了一頭霧水,可一旦你知道了它的具體工作方式,這個名字就會變得很好理解,甚至,非常合理。

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為了便于大家理解,你可以把數據包,想象成車。把數據線,想象成車道。

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對USB 2.0來說,它隻要求一對“數據線”。不分方向,收發不能同時進行,最高能跑480Mbps。你可以把它看成是那種,沒有标線的鄉下水泥路。這在專業上來說,叫做“半雙工”。

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3.1 Gen1增加了兩對數據線,SSTX±和SSRX±,分别專門用來發送和接收,等于是雙向四車道,上高速了,這叫“全雙工”。

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其中Gen1在兩個方向上都是5Gbps。後來的Gen2标準則是進一步提高到了10Gbps。

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同時TypeC為了做到雙面插拔,上下兩排的針腳功能是對稱的,所以一共有4對數據線可用。正着插用A面的兩對,反着插就用B面的兩對,達到正反盲插的效果。

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這時候聰明的小夥伴就要問了:果醬果醬,那不還有兩對數據線閑着沒用嗎?如果把通道都利用上,是不是傳輸速度還能翻一番?

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把雙向8車道全部跑滿,這就是剛才那個版本号最離譜的傳輸标準,USB 3.2 Gen2×2。後面的×2,意思是“雙通道”。

其實這次更新還給之前的标準也增加了×2工作模式,讓Gen1舊線的速度翻倍到了10Gbps,但這需要對應的主機和設備端。因為支持改版的舊标準這件事,跟做好新标準一樣費勁,效果又差。所以這個奇怪的模式,隻存在于紙面上,實際應用到它的産品幾乎沒有。

USB4也是一樣,速度更快,命名更怪。

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在單通道上,USB4 Gen2鍊接擁有10Gbps速度,USB4 Gen3則是20G。注意,雖然USB4 Gen2跟USB3.2 Gen2都是10Gbps,但他們的編碼方式不同,并不是套娃,真的是不同的東西。

然後呢,USB4的兩種可選速度都工作在雙通道模式下,所以是USB4 Gen3×2這個代号的完整意思,是這樣的:

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怎麼樣,是不是很合理?很好懂?很大信息量?

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看了剛才的科普應該知道,“雙向8車道”,才是滿血的USB線。實際上在最新的USB TypeC 規格書裡,官方定義的雙TypeC線材隻有2種:一種是滿線芯的“全功能線”,另一種是6芯的USB 2.0“充電線”。再加上電流通過能力3A和5A的區别,一共4種。

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但是因為前幾版标準的曆史遺留問題,市面上的線材種類遠遠比這個要複雜。假如隻看雙TypeC的USB線,那麼目前一共有8種在市面上共存。它們分别是:

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當然,理論上還存在USB4 Gen2 3A/5A這兩種線。但首先在物理上,他們除了emark内寫入的信息,跟USB 3.2 Gen2線應該沒有任何區别。其次目前也沒有對應上市的産品,所以就不算數了。

假如連雷電線都算進來,情況就更複雜了。

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兼容TypeC的雷電線有兩代。其中雷電3除了3A/5A電流通過能力的差異之外,還有主被動之分。因為雷電的40G信号頻率太高,就如同放得太遠的視力表,超過一定距離,就會衰減到無法分辨的程度。

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因此主動線纜内部配備了放大器,用來保證信号經過長距離傳輸依然清晰可辨。但這種放大器不支持USB 3信号,所以主動雷電3線在USB主機上,最高隻能支持USB 2.0。

(除非該設備同時支持了 USB4 的雷電3替代模式并連接到了一個雷電設備)

而被動的雷電3線,又分為滿速的Gen3線和半速的Gen2線,隻有滿速線才完全兼容USB4的40G滿血模式。因此對USB設備來說,雷電3線纜一共有:主動、被動滿速、被動半速/3A、5A,一共6種規格。

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雷電4的情況要好一些。最新标準強制要求雷電4線纜和設備完全兼容USB4,而且都是40Gbps滿速。因此不論主動被動,都能當作全功能USB線來用,隻有3A/5A過電能力的區别而已。

所以全部加起來,一共有:

  1. USB 2.0 3A(常見)
  2. USB 2.0 5A(常見)
  3. USB 3.2 Gen 1 3A(已淘汰,很難買到)
  4. USB 3.2 Gen 1 5A(已淘汰,很難買到)
  5. USB 3.2 Gen 2 3A(常見)
  6. USB 3.2 Gen 2 5A(常見)
  7. USB4 Gen 3 3A(剛發布,沒人做,貴得要死)
  8. USB4 Gen 3 5A(剛發布,稀有,貴得要死)
  9. Thunderbolt 3 Active 3A(貴得要死)
  10. Thunderbolt 3 Active 5A(貴得要死)
  11. Thunderbolt 3 Passive 3A(貴得要死)
  12. Thunderbolt 3 Passive 5A(貴得要死)
  13. Thunderbolt 4 3A(貴得要死)
  14. Thunderbolt 4 5A(貴得要死)

一共14種雙頭TypeC線。而他們在外觀上……幾乎都是一樣的。

上面這14種還不包含一些非常特殊or扭曲的産品。比如因為實在太長,索性換成了光波導的“雷電光纖線”,和銷量應該極少的Gen1/2超長主動線。(這種線基于和雷電3主動線同樣的理由,不支持USB4)

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這還都是符合規範的産品,還有一些偷工減料的。比如這種雙通道模式推出之前出現的,明明是雙頭typec,卻隻有一半線芯的東西。它也不分正反,也可以正常充電和傳輸高速數據。但是因為線芯數不夠,所以不支持3.2 Gen2×2和USB4,也不能拿來投屏。

如果再加上各廠家生産的私有協議快充線,那簡直就數不過來了。

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好了,梳理清楚了USB的傳輸原理、線材種類,我們終于能回答“TypeC線到底應該怎麼挑”這個問題了。

首先大家要明白一點:數據連接這種事跟快充是一樣的,都遵循水桶原則。你能跑出的最高速度,取決于你的主機、設備、線(以及如果有的話,拓展塢)三者當中,最拉的那個。

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比如說這個銀欣的硬盤盒最高速度是20Gbps,用Gen2的線連接到Mac mini 2021這個40G的USB4接口上。因為這個接口不支持Gen2×2,所以就隻能跑到10G。不得不說3.2 這個雙工真的是孤兒模式,USB4和雷電4都沒有強制支持,太慘了。

而這個40G接口的雷電3硬盤呢,用雷電線連到一個AMD筆記本上……

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笑死,根本讀不出來。(*注:USB 3.x完全不支持雷電外設,USB4僅強制要求拓展塢兼容雷電,主機和設備不做要求)

好,TypeC線應該怎麼買?四種情況,先說充電。

一句話,2.0的充電線就别買了。雖然它便宜,但買回來也是電子垃圾。它隻能兼容PD快充協議,搞根5A的給筆記本充電還勉勉強強。對手機來說,它充電慢、傳數據也慢,真的沒用。

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如果你這兩年剛換了手機,那你手機的充電頭多半都可以充你的筆記本電腦。如果送的不能,那就看看原廠最近新出的充電頭産品,多半可以,而且功率還都不低。來這麼一套原廠的快充套裝,才更符合大多數人的需求。

如果是要傳輸數據,那果醬建議你買線的時候,認準Gen2/10Gbps、100W這兩個指标。這種線價格沒有貴太多,但充電、數據都是滿血。

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另外USB 3.2 Gen2×2的産品現在也開始普及了,硬盤盒、擴展卡的價格都算不貴。支持雙通道的産品,在這種線上也能跑滿20Gbps。考慮到很多電腦和筆記本最高還都隻有10Gbps的接口,這種規格的産品就足夠用了。有的朋友可能要問連顯示器的線怎麼選,這個咱們等會兒放到附加題裡一起說。

對于這些想要戰未來的發燒友呢,果醬隻能說,再等等。

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首先USB4有個特性,那就是所有舊的滿芯雙TypeC線,都能以20Gbps的半速模式工作。算是個免費的升級福利。

再來呢,USB4目前實在是太稀有了,不夠普及。主機隻有蘋果的M1産品,配件又基本都是雷電兼容的,全都貴的要死。等到配件和主機普及了,全速線的價格自然也就下來了。

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現在就把線買好了去等産品?除非你是M1用戶,否則大可不必。非要買的話,雷電3被動線可以考慮。價格可能會比USB4被動線要稍微便宜一點,畢竟……賣了好幾年了。

假如你财力雄厚,那目前的最佳選擇,其實是雷電4的線。不分主被動,兼容性最強。考慮到英特爾這兩年買U送雷電,以後說不定還真有用武之地。

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隻是這個線吧,它真的肉疼。我們這根0.8m的被動雷電4線就要349,2米的主動線高達579,這比剛才那個銀欣的20G硬盤盒還貴了。

诶,先别走!幫人幫到底,送佛送到西。咱再聊一道附加題:線都講清楚了,怎麼能不聊聊另一個TypeC的大坑,轉接塢呢?

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這個問題相信各位mac用戶最受折磨,到底什麼樣的線或者說轉接塢,才能同時支持4K60Hz的屏幕,和高速的USB接口呢?

答案還是得到傳輸過程裡去找。剛才我們說雙TypeC是雙向8車道,實際上這8車道上不光可以跑USB的車,還可以跑别的信号,方向也可以換,就跟潮汐車道一樣。

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這被稱為 TypeC的“備用模式”(Alt Mode)。絕大多數C口能輸出視頻的設備,都是通過DP Alt Mode進行的。在這種模式下,DP信号可以選擇占據8條車道中的一半或者全部。因為顯示信号隻有一個方向,所以每2根信号線就組成一個DP通道。

這種類似的問題底下果醬經常就看到有人問:USB帶寬就這點,怎麼可能在一個10Gbps的線上,提供12.54G 10G的拓展能力呢?重點來了:DP跟USB一樣,通道數是可配置的。而且不同的版本,單通道能跑到的最大速度也不同。

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DP1.2每通道最多5.4Gbps,DP1.3每通道最多8.1Gbps。而4K60幀的帶寬需求是12.54Gbps。所以對于DP1.2的設備來說,4K60就需要占滿全部8條車道。(其實6條就夠了,但DP沒有3通道的配置,USB3也沒有半雙工模式)USB隻能走舊的USB2.0通道。而DP1.3及以上的設備,就可以隻占一半,把另一半留給單通道模式的高速USB。

所以答案是,這取決于你的屏幕和電腦or轉接頭所支持的DP版本。如果雙方都支持DP1.3或以上,那就可以在4K60的同時保留高速USB接口。如果隻有DP1.2,那就隻能在4K60 USB 2.0和4K30 USB3.0中二選一。

這反而跟線沒太大關系,隻要是滿芯的“全功能線”就行了。

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但這道題對雷電用戶來說還有另一種可能性:雷電的DisplayPort over Thunderbolt模式可以将DP數據套在更高速的雷電協議中傳遞,因而可以不受物理上數據線數量的限制,最多可以建立8條DP通道,甚至可以根據需求,動态調整數據和顯示兩者的帶寬占比。

因此,即使顯示器和主機都隻支持DP 1.2,雷電3主機和顯示器在這種模式下,依然可以做到一線直通4K60幀和高速數據傳輸。唯一的缺點是,跟雷電沾邊的産品全都非常貴……

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TypeC大一統接口的願望本來非常理想,可惜因為一些人為和物理限制,變成了現在的混亂局面。高速傳輸,強勁電力,一線通天下的理想背後,是龐大的線芯數數量、更粗的線徑,和日益嚴苛的屏蔽要求。

這些反應在産品身上,都是實打實的成本。全功能線賣的貴、手機電腦基本不附送,大家要用的時候手裡都沒有,也就很正常了。

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但造成混亂最主要的原因,還是USB-IF在制定标準的時候考慮不周。機器可以通過線材内置的emark芯片,很容易的識别它的規格,可人卻不行。外觀和功能不對應,名字又拗口,那當然是誰用誰迷糊。

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我們也在此發出一個大膽的倡議:USB線能不能恢複3.0時期的傳統,用注塑舌片或者其它部分的顔色,來标記線和端口的功能呢?這樣大家看到顔色一樣,插上去就能實現對應的功能,不是很好嗎?

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好在不論如何,随着USB4和雷電4兩個新标準的推進,新設備的帶寬和供電能力越來越強,未來的情況肯定會比現在越來越好。希望那個可以一線通所有,而且别太貴的光明未來,可以早日到來。

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