USB4 Type-C线缆的市场趋势和实现方法

前言

目前USB4接口已经在PC主机、笔记本电脑、一体机、迷你主机、VR头显等终端上得以普及，周边生态如全功能线缆、硬盘盒、扩展坞种类丰富，伴随iPhone15旗舰手机的加入，未来有望一条USB4全功能线缆完成端到端数据、视频、充电、音频全搞定，缩短等待时间，大幅提升生产效率。USB4的应用从20Gbps起跳，目前40Gbps已经普及，未来80Gbps和120Gbps也将迎来商用，可见USB-C高速接口生态一直在挑战数据传输极限，将极速进行到底。

由充电头网举办的2023 USB4高速传输技术研讨会已经于10月17日在充电头网公众号以及哔哩哔哩平台进行直播。本次直播邀请了USB-IF授权实验室、头部芯片企业、连接器企业、精密制造企业专业人士等领域的数十位各个领域的大咖为大家答疑解惑，并进行深入的交流与讨论，分享市场最新动态与干货。这些讨论有助于推动高速传输技术的发展，提高用户体验，促进行业的进步。

在本次大会上，深圳慧能泰半导体科技有限公司（简称：慧能泰）给大家带来了《助力USB4，地表最强eMarker HUSB332E介绍》的精彩演讲，演讲嘉宾是深圳慧能泰半导体科技有限公司 销售经理 陈伟先生。本次演讲为大家分享了诸多USB4有关的内容，以及USB4的市场趋势，引出慧能泰的2个大功率高速率USB4 Type-C线缆的解决方案，都是基于HUSB332系列打造的方案。

本次演讲的内容分为3个部分，分别是 USB4 标准/规范简介，USB4 Type-C线缆的市场趋势，大功率高速率USB4 Type-C线缆的实现方法。其中大功率高速率USB4 Type-C线缆的实现方法有2种。第一种是业内首发支持USB4 PD 3.1 4pin eMarker HUSB332D，极简极小极强大的解决方案，第二种是业内首发支持USB4 PD 3.1 耐压60V集成OTP eMarker 芯片HUSB332E的解决方案。

首先，我们从USB4 标准/规范简介开始讲解。

USB4 和 USB Type-C 都是USB Implementers Forum,Inc.(USB-IF) 的商标。USB4是2019年9月发布的最新USB规格，一直更新到目前最新V2.0版本。

2022年10月19日-USB-IF为推动和采用USB 技术，宣布发布USB42.0版规范(USB4 Gen4)。这是一项重大更新，可通过USB Type-C电缆和连接器实现高达80Gbps的数据性能。更新后的USB4 Gen4比之前的USB4 Gen3的最大总带宽翻了一倍，意味着USB将受益于更高性能的显示器、存储、基于 USB 的集线器和扩展坞。

以上是USB 4标准/规范的主要更新情况，从一开始的USB3.X更新到现在的USB4 V2版本，传输速率也从20 Gbps提升到最高120Gbps。

USB4 Gen4采用PAM3 (3 级脉冲幅度调制)，波特率为25.6GB。在相同的双通道架构上，USB4的速率从原来的USB 3.2的20 Gbps(Gen2x2)扩展到80 Gbps (Gen4x2）。基于新的物理层架构，使用现有的40Gbps USB Type-C无源电缆，最高可达80Gbps，最大带宽为120Gb/s，实现的方法是通过4对高速通道的非对称传输，即一收三发或者一发三收，每对高速通道的传输速率为40Gbps。与DisplayPort21和PCI Express Gen 4.0对齐。优势上，USB4在功能上取代USB 3.2，同时保留USB 2.0总线并行运行。

以上是Type-C接口的原理图。由对称的24个阵脚组成，成上下左右对称排布状态。通过图中的D+/D-阵脚即可实现USB 2.0传输，通过其中一个高速差分线即可实现USB3.0、USB3.1的传输，USB3.2以及之后的规范，两个高速差分线同时工作可实现更高的传输速率，最高可达80Gbps。

第二部分是USB4 Type-C线缆的市场趋势。

目前USB4 PD3.1 的应用把原由传统的消费类的手机和笔记本电脑供电，扩充到便携式设备、物联网设备、智能家居、通信和安防设备、汽车和医疗等领域。对USB-C接口来说，将电源供应上限拓宽至240W，即使是屏幕、显卡坞等设备也可以直接通过USB-C线缆供电。总体来说USB4 Type-C线缆的市场趋势是往上升的，市场的应用领域和规模也会非常大的。

上图是最新的USB4协议的LOGO，其中重点要关注的是240W和60W的认证标志。从命名上看，比起2019年公布的USB4 Gen3，新规范的最大传输速度已经翻倍达到80Gb/s，所以在LOGO上也会标注最大传输速度和最大功率。

以上是最新的协议对于USB-C线缆的不同要求，当电流大于3A，从USB 3.2Gen1开始，往上的速率都必须搭载一个eMarker芯片，当传输速率越大时，线缆的长度也会有所变化，USB4 Gen3和USB4 Gen4的线缆长度最长为0.8M，所以在0.8~1M的线缆市场上，USB4拥有更多优势，同时以后USB4的线缆都会标配eMarker芯片，也会成为支持USB4的USB Type-C线缆的标配。

第三部分，大功率高速率USB4 Type-C线缆的实现方法。

以上HUSB332D典型应用电路，同时慧能泰也在大批量的交付这款支持PD 3.1和USB4的eMarker芯片 HUSB332D。该芯片目前已经通过了PD 3.1的认证，从原理图可以看到，在实际应用上非常简单。拥有2种封装工艺，其中 1.6mm x 1.6mm 的DFN-4L的超小封装，是慧能泰独创的封装工艺，只需连接VCONN、CC、接地的4根线，即可实现USB 4线缆的eMarker功能，开创了4脚eMarker时代。因为传统的eMarker多为6针脚和8针脚的连接方式。

以上是HUSB332D的封装图，相较于传统的6阵脚、8阵脚封装，把芯片做到4针脚以后带来的优势主要为非常简单的布线。有效降低USB4 Type-C线缆的的 C to C设计。可以缩减线缆的PCB长度，预计可减少0.5mm，同时让paddble card 更美观。在生产上，由于角间距扩大带来的好处，会有效提高产品贴片的良率。DFN2X2-6L封装形式的 HUSB332D兼容慧能泰以往部分eMarker产品型号，可快速完成线缆产品的升级迭代，以帮助产品快速推出市场。

HUSB332D是慧能泰推出的一款USB Type-C电子标签芯片 (USB eMarker)，它同时支持 USB Type-C 规范 2.2，USB Power Delivery 规范 3.1, USB4 2.0规范和雷电3、4规范，支持USB PD3.1 EPR扩展功率范围，支持三次编程烧录，兼容第三方编程工具。已经通过了USB-IF协会认证，TID号：9125。该芯片目前在进行大批量交付中，非常适合USB4线缆的采用，可以有效减少厂商研发USB4 Type-C线缆的开发时间。

HUSB332D 符合USB Type-C 2.2和USB PD3.1 V1.8标准，支持 SOP通信，并集成传输器（BMC PHY）和结构化 VDM 版本 1.0 和 2.x。内置 Ra 电阻和 VCONN 二极管，提供了包括 DFN1.6×1.6-4L 和 DFN2×2-6L在内的多种封装选项。CC、VCONN1、VCONN2引脚耐压高达60V。集成OTP（过温保护，避免潜在的热损坏），支持三次编程烧录，拥有 0.6mA低功耗睡眠模式，外围极简，无需额外添加电容等优势，适用于 USB Type-C 电缆识别和 USB4被动电缆等的应用，支持最高240W的产品应用。

HUSB332E实现240W五芯线的几大优势。首先是节省VCONN线，PCB上只有5个焊盘，贴片成本更低。其次是支持240W（48V5A）的应用，并向下兼容100W的功率。外围电路更简洁，只需PCB板上分别加一颗1kΩ的电阻即可。拥有与HUSB332D同样的2种封装工艺。所以可以说是地表最强eMarker芯片，拥有60V最高的耐压，最小的1.6mm x 1.6mm 的DFN-4L的四角封装，拥有多项强悍的功能，以及自带OTP功能。

以上是慧能泰HUSB332E的部分实验参数，第一张是VCONN高压供电48V后，对地短路冲击实验，根据部分实验的结果得出HUSB332E 可以在50V长期正常工作，60V也不会有问题。第二张图是VCONN高压供电时，CC短路到高压的波形，是为了应对48V应用场景而采取的实验，目前，HUSB332E是市场上唯一真正支持USB4 240W五芯eMarker 芯片。

以上是慧能泰主要eMarker 芯片产品的对比图，从图中可以看到，经过不断更新迭代，慧能泰的eMarker 芯片的封装越来越小，从速度上越做越快，支持的协议也越做越先进。厂商可以根据需求进行不同选购需求进行选择。

以上是慧能泰《助力USB4，地表最强eMarker HUSB332E介绍》演讲的全部内容，想了解更多慧能泰eMarker 芯片或者需要慧能泰eMarker 芯片的可通过上方联系方式获取。

慧能泰通过分析许多USB4的干货和市场趋势，让大家了解到支持USB4 PD3.1的Type-C线缆也会从传统的消费类市场转向储能、汽车和医疗等领域。一个庞大的USB4线缆市场才刚刚拉开帷幕，市场的应用领域和规模也会越来越大。USB4所需的E-Marker芯片也会越来越多，越稳定、高效、安全的E-Marker芯片，对厂商越有利，可以有效避免不必要的产品损失。

慧能泰HUSB332系列 E-Marker芯片支持多种最新标准、集成传输器、高度集成设计、多种封装选项，以及出色的静电保护，同时兼容高速数据通信标准。其出色的性能，完全可以满足USB4中E-Marker芯片的要求，可以帮助厂商快速打造出属于自己的USB4线缆产品，在增强产品的竞争力同时，满足不同用户的需求。

关于慧能泰半导体

深圳慧能泰半导体科技有限公司是一家专注于智慧能源控制技术的公司，主要面向智能快充和数字能源领域，提供高性能数模混合芯片产品。公司总部设立在深圳前海，同时在上海、浙江杭州、美国加州设有研发中心。慧能泰的核心研发团队来自国内外顶尖半导体公司，拥有强大的研发创新能力。公司现已获多项授权专利，拥有独立自主知识产权，并于2020年被评为“高新技术企业”，2023年获评国家级专精特新“小巨人”企业。

目前，慧能泰已完成了围绕USB Type-C生态链的整体产品布局，开发并量产了多款产品：供电端的多系列PD Source协议芯片，受电端的高性能PD Sink(PD 诱骗芯片)、Type-C端口控制器（CC Logic），线缆端的USB eMarker（电子标签芯片）。成立以来，慧能泰连续推出多款业界领先的产品并广受市场欢迎。公司芯片出货量2亿颗，标杆性客户有联想、小米、三星、HP、贝尔金和努比亚等。同时，慧能泰也致力于提高能源利用效率、研究能源控制技术，借助自身的技术研发优势，面向ICT（通信服务器）、数据中心、光伏逆变器、储能等工业应用，研发数字电源控制芯片、高压驱动芯片、电源转换芯片和模块等产品。

慧能泰半导体肩负着“芯智慧 芯能源，共建绿色未来”的使命，立志成为业界领先的智慧能源控制技术供应商。

审核编辑：汤梓红