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拆解报告:240W充电USB4数据线,支持40Gbps数据传输

 HIBEST鲁普明 2021-11-18

目前主流3C快充方案仍然集中在18W-100W左右,而USB-IF协会发布的最新的PD3.1标准,可以支持最高48V的电压,同时充电功率达到240W240W!USB-C 2.1标准推出)。此次新的PD标准是在PD3.0的基础上进行扩充,新增了28V、36V、48V三种拓展输出电压。最新的标准显然已经远远超过了目前电子产品的充电水平。如小米也在近期公开了自己200W的快充方案,显示充满4000mAh时间仅为6分钟左右,以此推断,240W的快充充满时间将缩短至5分钟左右从充电时间来看提升的幅度显示是巨大的,为了一探快充240W的秘密,我们拿到一条支持40Gbps数据传输240W充电USB4数据线进行拆解给业界参考

第一步:实测必不可少

充电功率从100W提高到240W,可为笔记本充电及小功率电器3C配件产品充电,是本次USB-C 接口标准升级最重要的亮点,那我们一起来看看充电的效果吧!

特别感谢深圳市凯联微电子李经理提供的240W充电USB4线材进行拆解;如果大家有相关产品需求,可以联络198-6084-2496找李经理了解更多产品细节;谢谢!

我们从上图给笔记本电脑充电实测的测试数据可以看到,这条线缆给笔记本充电的时候显示该线缆电压为27.75V(28V挡位输出电压);电流为5A,使用功率达到139.6W,最新的USB PD 3.1快充规范将功率划分为成了标准功率范围(简称SPR)和扩展功率范围(简称EPR)两个范围。其中标准功率范围就是目前市面上主流的USB PD3.0标准,最大充电功率依然为100W不变;而新增的28V、36V、48V三个电压则属于拓展功率范围,三个电压对应的最大输出电流均为5A,输出功率最大可以达到240W,该测试的线缆符合如下最新的PD3.1协议规定的要求。

第二步:了解线缆结构,实测暴力拆测必不可少

采用高端奢华的编织结构,两端的铝壳采用丝印产品讯息,USB4,240W,速度40Gbps,这条线材的基本想表达的卖点都已经一览无遗。

SR成型部分采用蝶形环绕抗摇摆的设计,保证成品的摇摆性能

脱开皇帝的新衣,铝壳成型工艺,铝壳里面有一层MOLDING成型的PVC保护

总算是见到庐山真面目,扣板式的马口铁结构保护里面的PCB板子设计

有点剥洋葱的感觉了,一层一层的保护,低压注塑成型工艺来保护焊接的PCB板子,固定和保护一次完成。

拆开一层层的保护,总算见到这条线材的核心部件,IC部分采用易冲半导体的CPS8821,CPS8821是一款高性能USB Type-C无源线缆电子标签芯片(E-marker),能够提供包括电流承载能力、数据传输能力、供应商信息等线缆主要信息;支持最新的USB PD3.0 V2.0版本及USB4特性,支持Discover Identity,Discover SVID,Discover Modes, Enter Modes和Exit Modes命令,支持Manufacturer_Info数据包,方便厂商将相关信息存储在线缆中。

USB4线材需要IC,一个是为了保证高速信号传输的质量,另一个是存线缆的相关信息,包括是否可以支持更高的承载电流等。因为现在信号传输的速度更快了,目前最快单个通道传输达到20Gbps,线材又不能太短,为了保证信号质量,一般会加Re-timer和Re-driver这类功能的芯片,Re-timer是恢复数据的作用,Re-driver对衰减消耗的信号进行增强的作用,这类IC可以保证高速信号在规定的距离内准确稳定传输。还有一类叫做E-mark芯片,是支持USB PD协议通信的,通过与这颗芯片通信,除了知道线缆的ID信息,还可以知道支持的电流,可以区分出大电流的线缆及保护线材。

线材整体结构为同轴结构,8C同轴+6C电子线+1PA对绞线结构,成品长度一米,其中同轴线的导体结构选用为30AWG,同时线材设计上为了保证线缆的柔软,线材在总绞复合后特别加了导电布材料(上图黑色为导电布材料),来保证线材的柔软和电器性能的稳定。

240W数据线相关产业链备受关注


USB-IF对新规格的部分要求是:“所有EPR电缆应以EPR电缆识别项目进行明显识别”。一条电缆需要支持高达5A、50V才符合要求。要想使用新的规格,用户需要新的USB-C充电器和电缆,生产制造商可能也需要调整充电器和线缆的设计来满足需求。消费领域的万物互联一直是业界努力的方向和追求,得益于USB Type-C接口集成了数据、电源、视频、音频、网络等各种功能,目前已被广泛应用于智能手机、平板电脑、笔记本电脑、台式主机、显示器等智能硬件设备以及充电器、移动硬盘、耳机、U盘、移动电源、数据线、相机、剃须刀等众多配件产品中。USB-IF协会预计到2023年,预估最少有70亿的装置会搭载Type-C连接器或Type-C线缆的产品出货到市场上;当然,这一数据仅限于消费类电源产品,随着USB PD3.1标准的发布,将进一步帮助其拓展USB Type-C接口在显示器、服务器、电动工具、安防POE供电、直流电机等领域的应用机会,如果和预期一样,就离USB-C接口真正的一统天下不远啦!

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