iPhone 15终于用上USB-C，但它比你想的还复杂

太长，无法读取版本:

USB-C只是一个接口的形状；

USB-C与具体支持哪些功能无关；

USB-C，支持的协议，支持的速率，充电功率可以相互混搭；

带门充电线优先选用柔软易弯的，其他需要根据用途和参数按需购买。

消歧:除非特别说明，本文中的USB-C包括Type-C、端口C、华为端口、乐视端口、扁圆形端口等所有概念。

随着2023年9月13日iPhone 15系列机型的发布，陪伴了我们十一年、让人又爱又恨的Lightning接口终于正式退役，填补了今年科技春晚“5G vs. USB-C”的右半部分。

也算是2012年iPhone 5发布会十年来雷电接口的实现。

按理说，iPhone在等了十年之后终于加入USB-C家族应该是一件好事，但是发布已经一个多月了，大家也很快发现了接口变化背后隐藏的问题:统一到USB-C只是解决了线缆能不能插的问题，插上就能不能正常工作就是另一回事了。

重要的是重复三遍:“USB-C只是一个形状，其他特性可以自由组合。”

当我们说USB-C时，我们具体指的是什么？

其实现在所有关于USB-Cs是否兼容的困惑，归根结底都是USB设备“接口”和“协议”的矛盾。简单来说，USB设备的接口规范决定了它们的外观是什么，以及设备能否(物理上)连接，而设置所使用的传输协议是双方协同工作的基础。

好的USB-C接口:统一的接口形状

以前设备能否连接主要看接口的面，只有接口的形状和线缆匹配才能连接。USB作为一种通用的设备连接标准，经过多次升级，接口多种多样，但外形永远是最方便的。

图源维基百科

这个USB接口规范的维基百科列表显示了所有现有的接口。在Type-C接口出现之前，每个USB接口的物理样式通常只对应一个(最多两个)USB传输协议。而且使用时需要找两端对应的线缆，所以经常会出现一抽屉电线都用不上的情况；也有优点。你只需要购买相应接口形状的电线或设备，就可以确保它们能够正常工作——并以最大的效率和兼容性工作。

想不起来也没关系。反正这几年的新设备都能用Type-C，而且都在Type-C上..这听起来是一个很好的愿望:“统一接口后，找一根两端都是Type-C的线缆就可以连接两台设备”。

但是由于包括兼容性在内的各种原因，USB实现者论坛(以下简称USB-IF)并没有要求Type-C需要有12个正反金属引脚，共计24个，也就是说Type-C接口中的那些引脚并不需要完全工作，甚至有几个也无所谓。然后遇到了一根Type-C线，插上了，就是不行。

统一界面形状

这时候你可能会意识到，Type-C接口唯一的优势就是统一的接口形状。

USB-C接口不好:可以插，也可以用。

经历过这个弹窗的人一定都知道，“能插”和“能用”是有明显区别的。

正如我们上面提到的，Type-C接口中的管脚不需要完全工作，甚至少了几个管脚。pin会直接影响Type-C接口的功能，而USB协议下各种子协议所需的pin是不一样的，所以我们遇到了“插上就用”的问题。

从技术上来说，USB作为伴随个人电脑近30年的技术标准，在经历了各种长时间的迭代之后，经历了很多分支，但由于各种历史原因和技术细节，不同版本之间的兼容性并不完全一致。

每个引脚都有自己的用途。

举个简单的例子，其实USB 3.x和USB4是不兼容USB 2.0设备的，因为USB 2.0的信号是通过USB线中的D+和D-引脚传输的，而USB 3.x和USB4的高速数据是通过SSTX/SSRX引脚传输的，两者是完全独立的。USB主机控制器始终需要支持USB 2.0和USB 3.x速率，除非拆除并重启USB相关协议。

当然，你也可以选择偷懒。比如普通版iPhone 15 SoC，没有独立的USB 3.x控制器，只能达到USB 2.0的速度；比如大部分充电线也没有SSTX/SSRX相关的管脚，所以用来传输数据的时候只有USB 2.0的速度。

再比如USB4通过USB隧道兼容USB 3.2，而USB4本身支持USB隧道、DP隧道和可选的PCIe隧道。当然，这个我们后面会提到。

所以你可以看到，单一的Type-C接口样式其实包含了两个部分，一个是它的形状(接口样式)，一个是它的针脚(支持的协议)，共同构成了我们今天口中的USB-C更一般的概念。

而如果你只想参考这个接口的形状，“Type-C”是一个更准确的名字。

揭秘USB-C接口线的兼容逻辑:全Pin ≠全支持

这时候你一定在想，以后还是买满缝线的电线电缆好。但我必须打破你的幻想。引脚不是影响电缆性能的唯一因素。线缆两端的电子芯片EMarker是决定线缆支持哪种协议的另一个重要因素。

这款电子标记器支持USB4、雷电3和Power Deliver 3.0。

EMarker是一种特殊的电子元件，主要功能是保存电缆的相关信息，如最大电流、电压、数据传输速率、协议等。当电缆连接到设备时，设备读取eMarker芯片中的信息，设备将根据这些信息调整自己的操作参数，以适应电缆的性能。比如eMarker告诉设备支持最大电流5A，设备就会根据这个信息调整自己的供电电流，保证设备或线缆在使用过程中不会损坏；再比如eMarker告诉设备只支持USB 2.0的速度，那么设备只会以最大480Mbps的速率传输数据。

从2019年开始，USB-IF规定，除了充电电流为3A及以下，数据传输速度为USB 2.0或无数据传输的USB线外，大部分USB线都需要eMarker。

其实在设备端也有类似eMarker的东西，只是我们更习惯叫它重定时器芯片，它也管理一个接口支持的具体协议。

英特尔的USB4重定时器芯片

一般来说，USB-C支持的协议需要eMarker电子芯片或重定时器芯片和管脚。但是由于成本和线缆的使用，eMarker电子芯片和引脚通常是完全匹配的。但是，当电缆连接到设备时，电子标记器电子芯片和重定时器芯片可能无法以最大效率和兼容性连接。当它们不兼容时，它们会向下协商，以达到相互兼容的最佳运行状态。

主动线和被动线

也许你听说过有源线缆和无源线缆的区别，但在过去，这两个词往往与前面提到的eMaker电子芯片有关。从2019年开始，大部分USB线都需要eMaker。有源线缆和无源线缆有什么区别？

活动线路上USB-IF的定义

我们都知道日常生活中任何物体都有一定的抵抗力。当数据线中的数据从一端传输到另一端时，由于电阻等原因，信号会衰减。要传输更大的带宽，就要保证信号衰减小，误差小，否则另一端的设备就无法获得正确的信息。

因此，当长度超过一定范围时，就需要使用活动线中的eMarker和独立的重定时器(可以理解为放大器)对信号进行整形和重新放大，以保证信号质量。无源线路自然是指不需要整形和放大信号的电缆。

不同协议的主动线和被动线支持的长度和最大速度是不一样的。例如，当长度小于2m时，USB4的无源电缆可以提供20Gbps的最大传输速度，而当长度小于5 m时，有源电缆可以提供该速度..

目前只能靠厂家宣传和读取eMarker芯片来知道一根线缆是有源还是无源。一般来说，长而高速的电缆是有源导线。

USB-C支持的那些协议。

在说清楚了USB-C本身和兼容逻辑之后，不得不说一下目前USB-C最麻烦的协议部分。但是在本段开始之前，我们先把重要的事情重复三遍:“USB-C只是一个形状，其他特性可以自由组合”。

数据传输

一旦谈到现在的USB极速传输，不可回避的话题就是USB技术背后的标准化组织。不客气的说，对于市面上鱼龙混杂的数据传输规范和数据线，USB-IF自身的努力难辞其咎。

如果你曾经尝试过自己购买USB设备，你一定不会对下面这张乍一看像是不明所以的规格表感到陌生。此表是2022年9月USB-IF针对各种USB数据传输规范制定的最新命名规范。在此之前，至少已经有过三四次类似的改名行为。

当前USB图标、旧名称、新名称和速度对照表。

考虑到各种历史原因和技术细节，不同版本之间的兼容性并不完全一致。有这样复杂的命名方式是可以理解的，但是这些不太直观且被USB-IF反复修改过的名称，客观上导致了如今市场上USB设备的良莠不齐，兼容性参差不齐。

即使是去年9月份以速度为名再次更名，虽然有所缓和，但厂商跟进新的命名标准还需要时间，消费者使用的老设备也不会停止使用，所以对于我们这些终端用户来说，这些只是又一批需要记忆的新名词。

关于USB4的详细内容可以移至本文《科普| USB4和雷电4带来了哪些新变化？最重要的是，USB4不会使用传统的通用数据传输机制，而是采用“隧道”方式，在整个链路上划分不同的“隧道”来传输数据。隧道机制可以充分利用带宽。目前，USB4支持以下三种隧道:

另外，USB4本质上只要求10Gbps的数据传输带宽，也可以选择20Gbps的数据传输带宽。如果加上显示传输所需的带宽，USB4所需的带宽是20Gbps，也可以选择40Gbps的高速版(扩展坞强制要求)，一切由厂商决定。

在USB4 Ver2.0版本中，物理层架构发生了变化，支持的最大速率为80Gbps，但强制带宽为40Gbps，数据隧道要求最低速率为20 Gbps，并且更新了DisplayPort 2.1视频传输隧道和最新的PCI-E隧道。

视频输出

到目前为止，当2014年USB的接口规范更新为24针Type-C接口时，得益于其超强的兼容性和越来越高的速度限制，整个USB技术的功能范围也得到扩展，在原有基础上逐渐增加了很多视频、音频、充电方面的新能力。

虽然USB协议下的视频和音频的传输本质上仍可称为“数据传输”，但它们之间的工作模式实际上是不同的。当两端的USB设备都支持视频输入输出——比如用Type-C线连接笔记本电脑和显示器时，USB接口会进入一种被称为备用模式(简称Alt模式)的状态，在待机模式下，可以通过兼容现有的DisplayPort(DP)或HDMI协议来提供视频传输。

换句话说，使用Type-C接口的设备支持什么样的视频传输能力，实际上并不直接等同于其支持的USB数据传输协议版本，因为它们使用的标准不同。

这也是为什么在今年的普通版iPhone 15机型上，虽然只配备了限速480Mbps的USB 2.0接口，但仍然可以通过导线连接显示器投射出最大规格为4K 60帧的屏幕。此时Type-C接口工作在兼容DP或HDMI的模式，取决于视频编码、色深和采样率等因素。4K 60帧视频传输所需速率约为100~150 Mbps，基本匹配USB 2.0的实际可用速率。

这也解释了当我们通过USB 2.0 U盘播放高标准视频时，导致卡顿的瓶颈并不是USB 2.0，更有可能是u盘内部读写速度的不足。

苹果官网对iPhone有线视频输出能力的描述

音频输出

除了视频输出，自2017年各大手机厂商开始模仿iPhone 7去掉手机上的3.5mm耳机孔后，USB接口的音频传输能力也逐渐进入普通用户的视野。比如现在市面上偶尔能看到的外置USB声卡，使用USB音频类(UAC)输出模拟音频信号:

这些无驱动程序的USB声卡大多使用UAC 1.0协议。

从Type-A逐渐演进到Type-C之后，面对“模拟”和“数字”音频信号的区分，越来越多的Type-C设备开始直接使用数字音频信号作为唯一的输出规格，其中在部分手机中出现了所谓的“picking headset”。

因为这些手机的Type-C接口只支持数字音频信号输出，并不是所有的Type-C耳机都支持纯数字信号输入——为了连接这些纯数字音频，必须在播放终端(耳机或者适配器)上安装一个数模转换器(DAC ),将数字信号转换成模拟信号，然后通过耳机中的放大器播放出来。

电力传输

基于USB技术的充电技术呢？和协议一样，USB技术也有一套配套的电源标准。抛开我们已经熟悉的USB-PD协议，USB一直支持5V电压下不同功率(0.5~15W)的功率传输。比如这次iPhone 15系列最高支持4.5W功率给其他设备充电，本质上就是USB功率标准的一部分。

IPhone在给配件充电时不使用PD协议。

随着2012年USB-PD协议的正式出台，以及Type-C接口管脚数量的提高，越来越多的USB设备上的大功率充电已经成为现实。但是标准的Type-C接口即使没有特殊协议也要支持最高15W的充电，并且在获得最新的USB-PD 3.1认证后要支持最高240W(5A*48V)。但是，如果你想实现这种电力电缆，你需要通过认证。

但是，随着功率的增大，受物理定律的约束，功率较大、规格较高的导线必然比功率较小的导线“粗”:

从左至右:戴尔5A电缆足够硬，可以自己站起来，李勋制造的3A电缆和罗技鼠标提供的1A充电电缆。

值得注意的是，虽然有些小家电使用USB-C接口供电，但是如果你仔细观察这些电源适配器，你会发现很多小家电并没有遵循标准的USB电力传输协议(比如输出10V 2A的USB-C插头)。因此，不建议将小家电的充电器随意用于其他设备，可能会导致设备损坏。

密切相关，但各有特点:闪电协议

而且每次说到USB-C，还有一个话题总会跳出来，就是近几年在MacBook上比较常见的“雷雨”。事实上，虽然苹果是目前推动Thunderbolt规范的主要厂商，但是Thunderbolt背后的技术标准其实是由Intel发起的，Intel也是USB-IF的成员。最初的想法是基于光纤而不是铜线的更高规格的传输标准，然后苹果加入了Thunderbolt的开发。

在2011年发布的第一代lightning标准中，使用的物理接口是苹果在2008年推出的miniDP接口，也就是2016年之前MacBook Pro机身上的两个标志性的倒梯形接口:

miniDP的形式在2013年已经被用于Thunderbolt 2协议。在2015年发布的雷电3标准中，其使用的物理接口被Type-C所取代，并一直保留至今。随着今年9月Thunderbolt 5技术标准的发布，这个长得和USB-C一模一样的家伙不出意外的又引起了一波混乱。

Lightning技术本身就是一个多用途的协议，不仅仅是为了数据传输，对于thunderbolt 3 &；4是可选兼容的，所以要分开说。

什么是闪电协议？

对于我们这样的终端消费者来说，如果想快速了解“闪电”和“USB”的关系，可以用set的逻辑来看:USB-IF制定了很多USB传输协议的标准，但这些标准很多都不是强制性的。

作为USB-IF的主要成员之一，Intel提取了一些非强制性的标准并使之成为强制性的，用这个更严格的标准集成到了lightning中。换句话说，lightning类似于USB标准的一个子集，需要更高更先进的技术。

如前所述，USB4实际上分为20Gbps和40Gbps，不满足后者的也可以称为USB4设备。而同期的雷电4强制设备达到40Gbps，所以需要单独列出。以新发布的M3系列MacBook Pro为例。苹果在技术规格页面上单独列出了它们:

主流Thunderbolt 4协议

Thunderbolt 4与其他协议的视觉对比，图片来自英特尔中国。

目前，相比于2015年问世的雷电3，主流的Thunderbolt 4协议仍然维持在40Gbps，但其中包含了许多对菊花链设备连接能力的改进，其中最显著的包括支持双4K或单8K显示器，并添加了显示器的透明传输功能，使支持Thunderbolt 4的显示器不必再处于菊花链的末端。

英特尔闪电技术官网差异列表

新的雷电5协议在哪里？

相比现在的迅雷4，迅雷5最主要的变化是动态带宽。除了双向80 Gbps的点对点传输，Thunderbolt 5还可以使用新的可变带宽机制，将所有接收到的信号变为传输，从而实现单向高达120Gbps的数据传输速率，相比Thunderbolt 4的双向40Gbps有了很大的提升。

此外，Lightning 5还增加了多个8K显示器的升级，最高540Hz的刷新率，三个4K 144帧显示器(在单个Lightning通道上)，符合USB-PD 3.1标准的240W充电功率，以及速度翻倍至32Gbps的lightning bridge。此外，它还向后兼容包括Thunderbolt 4、雷电3、USB4、USB3和DP 1.4在内的当前主流协议。

不过，根据英特尔自己的步伐设计，Thunderbolt 5相关的芯片控制器和整体产品预计将于明年与Barlow Bridge系列处理器联合推出，扩展坞等第三方厂商的产品仍需等到2024年。

至少根据英特尔自己的抽象接受率估算图，Thunderbolt 5标准将与现有的Thunderbolt 4长期共存。所以，虽然雷电5的技术标准已经公布，但是距离我们可以使用还有很长的路要走。目前还是要以迅雷4和USB4 40Gbps为主。

闪电协议的特征功能

除了传输速率上的简单差异，lightning协议还支持自己独特的菊花链连接方式，即允许最多6个lightning设备通过支持lightning协议的数据线串联，从而显著节省主设备占用的接口数量，比如接口有限的笔记本电脑，这是USB标准无法向上覆盖的差分功能之一:

即单个菊花链最多可以支持一个雷电主机和五个雷电外设。

然而，尽管目前的Thunderbolt 4协议提供了非常丰富的多功能使用场景，但使用Thunderbolt设备像交换机一样在多个设备之间建立桥梁，从而节省万兆网卡的钱，仍然是不可行的。根本原因是Thunderbolt 4协议中每个主机端口只能建立一个合法的网桥，所以使用Thunderbolt网桥的设备组成的局域网在拓扑结构上仍然需要保持菊花链，而不是像交换机那样的星型结构。

对于最近几代的lightning和基于Type-C接口的USB协议，我们一般可以认为有lightning认证的设备或电线通常都是兼容USB的，但并不是所有的USB设备都能满足lightning的需求。

USB-C线怎么选？

走了这么大的弯路，还是要回到正在使用的设备上来。如前所述，从去年9月开始，USB-IF又推出了另一套新的命名标准，去掉了之前的USB 2、3、4版本号，而是统一了最大传输速率的命名。抛开相对古老的USB 1.0和2.0，我们正在使用的USB设备在未来都将被划分为USB 5Gbps、10Gbps、20Gbps、40Gbps和80Gbps五大类——比如根据最新的名称，今年iPhone 15 Pro使用的传输协议是USB 10Gbps接口，而iPhone 15只能叫USB 2.0。

这种简单的费率命名有助于澄清混乱吗？有，但是不多，因为它还是没有解决我们需要记住新旧命名方式转换关系的问题。只能说，如果USB-IF能从现在开始坚持按速率命名，可能要过几年才能真正拨乱反正。所以，在未来很长一段时间内，我们还是需要记住这个USB换算表:

同时，对于USB的充电功能，上面的介绍都是基于标准化的USB-PD协议，而不是国内主流手机厂商的私有快充协议。对于你手中只支持USB-PD的电子设备来说，这些使用私有快充协议的线缆或电源大多只能提供最低15W甚至7.5W的兼容性，最坏的情况下可能存在电子产品无法工作甚至烧坏的潜在问题。

所以从最大兼容性的角度来说，如果你想找一根同时可以充当大功率充电、高速数据传输和音视频传输的数据线，高标准的双Type-C USB协议线是最好的选择。是否需要更高规格的lightning wire，主要取决于你有多少设备支持lightning协议。

简单充电

所以，如果你只是想找一根Type-C接口的充电线，不要求它有任何数据传输能力，那么市面上正规品牌生产销售的大部分充电线都可以满足这种需求。这时候你只需要关注他们支持什么充电协议，比如品牌私快充或者USB-PD，3A线或者5A线等等。以这根附在flash 67W充电器上的充电线为例，我们可以看到它使用的是16针，而不是24针的Type-C接口，所以数据传输速度只有USB 2.0的480 Mbps，但充电功率却是67W。

所以从实用的角度来说，如果不需要5A的电流，那么常见的3A 60W数据线基本可以满足我们在USB-PD框架下会用到的大部分设备，因为线材会柔软很多，更便携。但是随着技术的进步，市面上出现了一些高规格便携的5A 100W线缆，几乎做到了便携性、功能性、兼容性的完美统一。另外需要注意的是，从2021年12月起，USB-IF将不再提供C-C数据线的100W充电认证，原有的100W认证将被USB-PD 3.1标准下的240W认证所取代。

只是对于你手中的兼容标准USB-PD协议的电子设备，最好不要轻易选择带有“私有快充协议”的A-C充电线，因为在USB-IF给出的设计标准中，Type-A接口只能提供7.5W的最大充电功率，而明显高于这个功率的充电协议大多都修改了接口的引脚，使用不当可能会导致其他设备失效。

比如某品牌33W和22.5W的A-C快充线两边的触点明显比标准USB Type-A(最左边)要宽。

另一种选择纯充电线是看USB-PD协议中PD 3.1 240W的最高功率，比如Belgin的5A 240W编织线，可以给任何支持PD充电协议的电子设备馈电(前提是有自适应的大功率充电头)，而且这些满足PD 3.1认证的充电线还兼容USB 2.0 480Mbps的最高数据传输容量，应急时做数据线也不错。

同时考虑充电和数据传输。

如果你手头有一个经常使用的USB数据存储设备，想兼顾大功率充电和不同设备之间的高速数据传输，甚至偶尔想用这根线连接一些USB-C显示器什么的，那么就要考虑一根至少USB 5Gbps速率，PD充电60W以上，支持DP或HDMI待机模式的所谓“全功能数据线”了。

我想要所有的闪电USB。

目前80 Gbps或者120Gbps的Lightning 5产品还没有上市，能够满足lightning +USB连接需求的线缆大部分还是上限速度为40Gbps的Lightning 4数据线。

另外，当你的需求已经达到非常明确的4 40Gbps范围时，如果财力允许，那么苹果官方的Thunderbolt 4 Pro排线确实是一个可行的选择，分为1米无源排线、1.8米有源排线和3米有源排线，可以向下兼容雷电3和USB 10Gbps的传输速率，以及同样的100W PD充电和高达8K 60帧的视频传输。

1米无源线486元，另外两根分别是949元和1169元。

简而言之，当一切尘埃落定，你可以看到你手中的数据线和它两边的设备都在以最大效率工作。还是要记住:Type-C只是一个外形，背后的数据、音视频或者电源协议才是决定其工作模式的源头。选择数据线不仅仅是“看外形”。

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