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贝尔金 ThunderBolt 3 雷电3扩展坞开箱测试

2018-08-09 17:20:04 来源:koolshare 作者:pufer

    如今笔记本的厚度越来越薄,厂商为了减少笔记本的厚度,很多传统的接口都已经被砍掉,传统的USB-A接口也难以幸免,这其中,以苹果的MacBook Pro最为激进,整机只提供了TYPE-C(雷电3)接口。TYPE-C自从一登场就广泛的受到大家的关注。Intel ThunderBolt 3也使用TYPE-C物理接口,提供40G物理带宽,其中可以最大传输PCIE 3.0 x4 PCIE总线,2路DP 1.2视频,USB 3.1 Gen2,以及100W供电能力,既能传数据,又能供电,可谓非常强大。虽然ThunderBolt 3接口很美好,但是需要扩展坞的支持,贝尔金的雷电底座一直是Mac电脑的扩展神器,这次我们为大家带来贝尔金雷电3底座的评测。

贝尔金 ThunderBolt 3 雷电3扩展坞开箱测试

聊聊TYPE-C

    ThunderBolt 3,USB 3.1,TYPE-C,USB-C这些名词大家听了很多了。但这些具体是什么我们慢慢来说。
从接口标准来说USB目前常见的有以下的标准:USB2.0 480Mbps,USB3.0(USB3.1 Gen1) 5Gbps,USB3.1 Gen2 10Gbps。
每种类型接口对应了他们最大的速率。这里要说明的是,USB-IF组织把我们原来一直使用的USB3.0,和10GB 的USB3.1,全部统称为USB 3.1,使用Gen1和Gen2区分。
所以有的厂家说他们是USB 3.1的接口,可能是USB 3.1 Gen1,依然是5GB的速率。一定要USB 3.1 Gen2才有10GB的速度。

    每一种USB标准都有多种接口标准,Type-A,Type-B,Type-C,以及迷你接口。其中Type-A就是我们最常见的USB接口。而这边要讨论的是Type-C。USB-C这次是跟随着USB 3.1一起出来的新的规范。要介绍Type-C,我们先从USB2.0和USB3.0线定义说起。

    大家都知道USB2.0一共4条线组成,2条负责电源Vcc和Gen,2条负责数据,D-和D+,传输差分信号。
USB3.0在USB2.0的基础上,又增加了5条线,其中1条是信号接地,剩下4条是2组差分信号。2组差分信号线组成了USB3.0的5GB带宽


贝尔金 ThunderBolt 3 雷电3扩展坞开箱测试

    到了USB3.1时代,TYPE-A的接口依然保留了3.0的规范,使用4条2组高速线实现10GB的带宽。

    有了上面这些概念,接下来我们来看看Type-C的定义比较好理解。

贝尔金 ThunderBolt 3 雷电3扩展坞开箱测试

    TYPE-C接口为了实现正反插,大家很明显发现,这个接口是对称的,我们一部分一部分来说。最当中灰色部分,是D+和D-,是用于USB2.0的数据传输。一共2组,满足正反插翻转。然后最边上紫色的Gnd和边上的红色VBus,组成供电线路。大家可以看到Type-C接口供电线一共有4组。所以Type-C线生来就可以通过大电流。这一设计为Type-C接口高功率输出提供了可能。然后是绿色和蓝色的高速线,一共有4组,也成对称分布,不过这4组线可以分别使用。在USB3.1模式下,只使用其中2组,完成10GB的USB3.1带宽。

    最后也就是要讲重点了,黄色的CC线。这是TYPE-C接口特有的。CC线是用于TYPE-C设备之间和线材之间通讯,使得TYPE-C接口提供USB3.1以外,还提供其他功能。我们下面慢慢讲。

1、USB-PD

    传统USB接口,最大能提供10-15W的供电。这个供电能力无法满足笔记本等设备的需求,这时候就需要大功率供电。而USB-PD协议就是为大功率供电而设计。USB-PD不但可以用于给笔记本电脑供电,也能用作手机的快充。在使用USB-PD供电时候,CC线就用作设备之间协商,所以USB-PD是TYPE-C接口的专属。

    供电提供的功率是电压和电流相乘的结果,USB-PD最大提供20V,5A也就是100W的供电能力。

    要提供大功率充电, 不单需要充电器支持,线材也很重要。
线缆上损耗的功率是电流乘以线缆阻抗的平方,线材上损耗的电压是电流乘以线缆阻抗。所以线材的传输能力一般看线材阻抗,这个决定了线材最大允许通过电流大小。一般来说,3A是常规线材通过能力,需要达到USB-PD最大100W,20V 5A的供电能力,线材需要符合认证。而贝尔金雷电3底座配的线材是少有可以提供5A,100W供电能力的线材。

    USB-IF协会规定,TYPE-C to TYPE-C USB3.0以上线材,必须要在线材上放置E-Mark芯片,芯片告知供电段,线材最大的供电能力。
而很多国内厂家的线材并没有这个芯片,使用这类线材容易出现安全问题。

2、Alternate Mode

    Type-C也支持DP in Type-C的传输方式,使得TYPE-C接口可以传输视频信号。

    DP 1.2线缆一共有4个通道,每个通道5.4GB,总带宽21.6GB,正好对应Type-C线材提供的4组高速线。所以传输视频成为可能。

    当DP in Type-C模式时,有2种传输方式。

   (1)Type-C转DP,纯视频输出

贝尔金 ThunderBolt 3 雷电3扩展坞开箱测试

    这时候USB-C的4组高速线可以同时用于DP传输,DP拥有完整带宽21.6GB。这时候支持4K 60Hz,如果通过DP1.2转HDMI2.0芯片,可以完美输出HDMI2.0

(2)Type-C转DP+USB,视频USB同时输出。

贝尔金 ThunderBolt 3 雷电3扩展坞开箱测试

    由于Type-C只有4组高速线,在数据视频同时传输的时候,只能2组高速线用作USB,提供USB3.1 10GB带宽。2组高速线用作DP通道,提供10.8GB视频带宽,这时候只能支持到4K 30Hz。60Hz无法支持。

    也就是说,只要TYPE-C上传输USB协议,那么视频部分就无法支持完整4K 60Hz。所以USB-C底座都是无法使用完整4K 60Hz的。
缓和模式文档连接

ThunderBolt 3 雷电3

    USB和TYPE-C讲了这么多,我们来说说ThunderBolt 3。ThunderBolt 3使用了TYPE-C作为接口,并向下兼容上述TYPE-C的所有功能。不同的是,ThunderBolt 3并不像Alternate Mode,通过切换线材使用来共享数据传输。而是对数据重新打包传输。

贝尔金 ThunderBolt 3 雷电3扩展坞开箱测试

    简单的来说,USB的Alternate Mode等于一辆车独占一条车道。ThunderBolt 3是多辆车共享车道。使得物理带宽利用率更高。并且ThunderBolt在4组高速通道上提供更高带宽。

ThunderBolt 3带宽

    ThunderBolt 3有2种速率标准,20GB和40GB。20G模式下,直接使用TYPE-C的4组高速线进行数据传输。所以只要符合规格的TYPE-C USB3.1的线缆(USB 3.1使用2组线传输10G数据),也能当做20G ThunderBolt 3线缆使用。这样降低了ThunderBolt的使用成本。40G模式下,短距离通过增加线缆屏蔽传输更多数据,长距离依靠线缆上芯片加强信号。所以40GB的线缆都是有特殊处理的,相对价格贵一些。

    20G和40G是ThunderBolt的物理链路,在这个带宽中可以封装不同类型数据。

    支持PCIE 3.0 x4,DP 1.2 x2

    由于是数据重新封装可以充分利用40GB的大带宽。例如用户在传输1080P信号时,只要很小的带宽,剩下带宽可以用于传输PCIE,而不是向TYPE-C Alternate Mode,视频直接占用一半带宽。这种合理的分配带宽,使得ThunderBolt3有更多可玩性。

    ThunderBolt 3在视频方面支持2路完整DP1.2,可以带2台4K 60Hz显示器,或者1台5K 60Hz显示器。

    数据方面,ThunderBolt3直接传输PCIE3.0 x4.可以提供足够的数据带宽。

    ThunderBolt控制器向下兼容USB 3.1,USB3.1控制器内置在ThunderBolt内。在ThunderBolt模式下,不传输USB3.1数据。

    USB3.1数据使用ThunderBolt控制器内的USB3.1控制器传输,当在ThunderBolt 3端口上链接USB设备时候,USB控制器自动启动,使得ThunderBolt端口降级为USB 3.1端口。

Intel ThunderBolt控制器

    这里来说下Intel ThunderBolt控制器,这里以JHL6540为例。Intel的ThunderBolt控制器提供2个TYPE-C ThunderBolt3接口,PCIE 3.0  x4接口和2路DP1.2接口。

    控制器做HOST模式时候,把上联DP和PCIE信号封装进入ThunderBolt数据。

    这里要说明的是,要ThunderBolt支持2台显示器,主机上ThunderBolt的DP线,必须链接2条,如果少连一条,就只能带一台显示器了。很多朋友用底座发现无法带2台显示器的,很多都这个原因。(Intel NUC,Dell XPS都是如此)

    如果在ThunderBolt接口上链接USB设备,进入兼容模式,则有ThunderBolt内的USB3.1控制器提供USB服务。

    控制器做Client模式时候。和Host模式正好反过来,使用其中一个ThunderBolt接口做上联,分理出PCIE和DP信号分别从对应端口输出。

    Thunderbolt支持菊花连,所以第二个ThunderBolt端口可以连接下一个设备。不过当你在第二ThunderBolt端口链接USB设备时,会打开Client控制器内的USB3.1控制器。第二端口进入USB模式。当然也就无法使用菊花链了。所以很多显卡坞,提供了USB接口后,就无法支持菊花连。

贝尔金 ThunderBolt 3 雷电3扩展坞开箱测试

    比起USB,ThunderBolt在带宽效率和利用率上优势外。还有就是ThunderBolt提供的是PCIE总线。PCIE总线和USB总线区别在下面会将。我们先来看看扩展坞。