前言
目前，USB4接口已經在PC主機、筆記本電腦、一體機、迷你主機、VR頭顯等終端上得以普及，周邊生態如全功能線纜、硬盤盒、擴展塢種類豐富，伴隨iPhone15旗艦手機的加入，未來有望一條USB4全功能線纜完成端到端數據、視頻、充電、音頻全搞定，縮短等待時間，大幅提升生產效率。USB4的應用從20Gbps起跳，目前40Gbps已經普及，未來80Gbps和120Gbps也將迎來商用，可見USB-C高速接口生態一直在挑戰數據傳輸極限，將極速進行到底。
由充電頭網舉辦的2023 USB4高速傳輸技術研討會已經于10月17日在充電頭網公眾號以及嗶哩嗶哩平臺進行直播。本次直播邀請了USB-IF授權實驗室、頭部芯片企業、連接器企業、精密制造企業專業人士等領域的數十位各個領域的大咖為大家答疑解惑，并進行深入的交流與討論，分享市場最新動態與干貨。這些討論有助于推動高速傳輸技術的發展，提高用戶體驗，促進行業的進步。
其中成都市易沖半導體有限公司（簡稱：易沖）受邀出席，帶來了《USB4.0技術簡介及易沖相關產品應用介紹》的精彩演講。演講嘉賓為易沖協議AC/DC產品線AE Manager干成杰先生。
干成杰先生曾就職美資半導體公司。現為易沖半導體協議產品線 Manager，主要負責快充產品線開發定義等工作。
要理解Type-C的原理，首先要了解他的PIN腳定義，Type-C口有4對TX/RX分線，2對USBD+/D-，一對SBU，2個CC，另外還有4個VBUS和4個地線。
USB Type-C接口是一種新型的USB接口標準，它具有小型、快速和雙向等特點，被廣泛應用于各種電子設備中。USB Type-C接口采用小巧的設計，使其成為各種便攜式設備的理想選擇。：USB Type-C接口支持快速傳輸數據，最高雙向傳輸速率可達80 Gbps，能夠滿足各種高帶寬應用的需求。USB Type-C接口具有大容量供電能力，最高可提供240W輸出，可以滿足各種設備的電源需求。
USB超速歷史不包括USB 2.0，從USB3.0開始算。目前，按照USB-IF最新的命名方法，USB3.1(Gen1)和USB3.2(Gen1)都命名為USB 5Gbps，USB3.1(Gen2)和USB3.2(Gen2)命名為USB 10Gbps，USB3.2(Gen2x2)命名為USB 20Gbps，USB4 1.0命名為USB 40Gbps，USB4 2.0命名為USB 80Gbps。新一代USB協議終于要告別NRZ編碼了，采用的是不同于PCIe告別NRZ時所用的PAM-4編碼，而是PAM-3編碼。
在USB 5Gbps和USB 10Gbps的通信協議下，是采用2對TX、RX信道來進行數據的高速傳輸，通過CC1和CC2來確定正反插，如果是正插就采用TX1和RX1進行傳輸，如果是反插就采用TX2和RX2的信道來傳輸。但從USB3.2 Gen2x2版本開始，為了有更高的帶寬，就將type-C接口本來不用的另一組差分也用上了。具體來說，上圖中的藍色兩個通道在該版本之前正插反插都是只用到一組的，從該版本開始，正插反插就都是兩組全用了。
SBU信號是為Alternate Mode（主要是DP）和Audio Adapter Accessory Mode等模式預留的使用，后面講到這兩個模式再具體分析。
USB 3 是在傳遞USB的信號，但USB 4 使用了隧道技術，類似于將USB、DP、PCIe封裝到一起進行傳輸，不過這里面三個協議各自有其帶寬上限。USB4技術很好避免了USB 3獨占信道造成信道浪費的情況，可以更加充分的利用USB信道。對于USB 4，其1.0版本和USB 3在每個lane的速度上是暫時一樣的，2.0版本 則在USB 3.2的基礎上再翻倍，但數據傳輸的內容和方式就有很大的差別。
USB4隧道是通過USB4封包規則進行封包，然后統一在USB信道上面進行傳輸，傳輸到目的后，例如USB4 Device上時候，進行信道分解，每個信道進行獨立處理。這樣可以提高信道的傳輸效率，避免信道的浪費。
USB4最主要的升級是編碼傳輸信號改為PAM3編碼，左上角圖片就是PAM2/3/4的信號圖，以PAM2信號為例，高電平為1，低電平為0，它的碼源就傳輸了一個二進制的bit，而換成 PAM-3后就會有3個不同的電平進行傳輸，PAM-4 其實是一個碼元里面進行2個二進制的傳輸。將 NRZ 與 PAM-3 和 PAM-4 進行比較時，可以看到 PAM-3 的數據傳輸率處于NRZ和PAM-4的中間。在這種情況下使用 PAM-3 的原因是為了在實現更高的帶寬的同時，具有更高的性價比和更容易實現。
USB4的編碼方式是通過把11個二進制碼轉成7個三進制碼實現的，這個轉換效率在99.14%左右，所以USB 4的 PAM-3實際傳輸效率在1.57個bit，1.57個bit在USB4規定的單帶寬25.6GBauds左右時候，就可以達到它單帶寬40Gbps的傳輸速率，既然Type-C接口有4個差分信號對，那雙向傳輸的速率就是80Gbps。最近還發布了一個關于USB4動態管理的協議，支持最高120Gbps的上行或者下行速率，另外一個信道支持40Gbps。
以上是USB4的部分特性，可以看到USB4的大多數特性都需要E-Marker芯片進行支持的，按照Type-C的規定，3A以上輸出功率或USB 2.0以上的傳輸速率，都需要E-Marker芯片進行支持。
易沖半導體在PD協議深耕多年，有很多優秀的產品可以分享給大家，首先是支持全功能USB4特性的CPS8821F/G芯片，完美兼容USB4, USB3.2 Gen1/Gen2，USB3.1和USB2.0。支持Discover Identity，Discover SVID，Discover Modes，Enter Modes和Exit Modes命令，支持Manufacturer Info數據包，方便廠商將相關信息存儲在線纜中。
CPS8821F/G還支持主機認證功能，針對PD3.1高輸出電壓應用，CPS8821F/G系列增強了ESD和高壓pin的耐壓能力，使CC與Vconn能提供33V的高壓保護，并集成了VBUS與CC/Vconn短接的檢測保護。
除了常用功能，CPS8821F/G芯片還有很多特色的功能。比如分檔溫度保護功能。右圖就是一個配套的芯片燒錄的軟件界面，E-Marker芯片可以通過該軟件進行一些簡單的設定來配置OTP的閾值，目前擁有4檔可調，閾值選定后燒錄即可。
以上是抓包得到的保護情況示例圖，可以看到溫度達到設定的溫度值后，E-Mark芯片會主動發出硬復位信號到CC線上，然后會導致適配器與用電器的斷充，然后通過斷充來進行降溫與保護線纜和接頭。
CPS8821F/G芯片的另一個特色是線纜加密功能，內置Multi-OTP 專區預留加密區域，支持私有加密算法的定制，IC支持打新補丁或者增加新功能，非簡單VID設定，有利于專線專用，防止偽劣產品的好處。
以上是使用易沖 CPS8821F/G芯片方案來實現的一個雷靂4的線纜產品，支持最大240W傳輸，兼容USB4的協議。
以上是一個數顯E-Marker線纜的示例圖。
以上是易沖半導體E-Marker的產品線，可以看到 CPS8821F/G芯片均支持USB、PD3.1、雷電協議。
以上是成都市易沖半導體有限公司在2023 USB4高速傳輸技術研討會上的精彩演講，想了解更多資訊可前往易沖官網進行了解。
充電頭網總結
USB Type-C接口是一種新型的USB接口標準，它具有小型、快速和雙向等特點，被廣泛應用于各種電子設備中。隨著USB-C接口傳輸速率和功率的提升，USB-C線纜都將使用E-Marker芯片來標記線纜能力，如果線纜的傳輸電流超過3A，且支持USB4數據傳輸，就必須要用E-Marker芯片來標記線纜。
對于目前的支持高速傳輸和快充的線纜產品來說，USB4的高速率和PD3.1的大功率快充，都必須使用E-Marker芯片來標記線纜的功率傳輸能力，才能進行工作。而易沖半導體推出的兩款E-Marker芯片CPS8821F/G，非常適合廠商應用，具有高集成度的同時具有極簡調試方式，可以有效降低了整體成本，同時提升了整體的穩定性。燒寫保護便于靈活調試，更新產品信息，滿足新產品開發需求。隨著USB Type-C接口的不斷普及和發展，相信它將會在未來的電子設備市場中發揮更加重要的作用。
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