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ThunderBolt 3 雷电3底座

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发表于 2017-10-10 05:06:17 | 显示全部楼层 |阅读模式
Belkin 贝尔金 ThunderBolt 3 雷电3底座 开箱评测拆解

科技的偶然与必然
百家号 09-16 09:14


前言

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。

贝尔金雷电3底座官网链接


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


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。


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


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。


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

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。


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。


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。

产品解析

这是Belkin第三代ThunderBolt扩展坞,和前两代保持了基本相同的外观,性能提升非常多。

扩展坞的包装盒,一贯Belkin绿白配色风格,在包装上印刷上扩展坞的产品图。


包装背面详细的描述了扩展坞的特性


打开包装盒,首先看到的是扩展坞的本体。然后在扩展坞下方有一条Thunderbolt 3数据线。


取出中间瓦楞纸层,看到下方电源。


电源适配器,默认配备了3个国家的电源线规格。


扩展坞正面,保持了和前两代的一样的风格。


扩展坞背面。


扩展坞前部,提供一个USB3.0标准接口和一个3.5mm耳麦二合一端口,方便插入U盘和耳机。


扩展坞背部,从左到右依次,千兆网口,音频输出,2个USB3.0标准接口,2个Thunderbolt 3,DP 1.2视频输出,电源接口。


扩展坞底部,扩展坞的产品信息和Belkin的标识。


扩展坞的电源适配器,20V 8.5A的规格,170V输出功率。扩展坞一共有2个Thunderbolt 3接口,每个接口都能输出85W电力,所以扩展坞配备了这么大的电源适配器来满足Thunderbolt 3接口的电源输出需要


随机附赠的Thunderbolt 3 40G连接线。长度1米,可以很方便的摆放扩展坞和笔记本的位置。而且这条是支持100W电力传输的Thunderbolt 3线材,很多Thunderbolt 3的线材供电只支持到60W。


产品拆解

和二代扩展坞一样,雷电3扩展坞也是使用一体成型铝壳,拆解从侧面开始。拆掉侧面的挡板


扩展坞内部,有屏蔽罩覆盖,Thunderbolt3接口上,有屏蔽罩。


外壳使用Unibody技术,一体成型


拆开屏蔽罩,可以看到底座内部的PCB板


从外壳中去除PCB版,可以看到扩展坞有2块子版组成。


PCB版背面还有屏蔽罩。


整个PCB板正面,2块子版使用类似PCIE x4接口连接。


PCB板背面


PCB板子背后接口部分。Thunderbolt接口,DP和电源口所在板子叫雷电板.

网口,USB3.0,3.5mm音频所在接口叫接口板。


PCB板前部接口。


雷电板和接口板之间使用类似PCIE x4接口连接。


接口子版正面有3颗芯片,A1-A3


接口子版,背面由一颗芯片A4


雷电子版上的芯片B1-B3


A1、Fresco FL1100EX 4端口USB3.0控制器,上联PCIE 2.0x1官网链接


A2、TI PCM2912A USB音频解码芯片,简单的说就是USB声卡。

官网链接


A3、Winbond 25Q32JV 32Mbite=4MByte NOR FLASH,提供给Intel千兆网卡作为BootROM和MAC地址存放芯片。


A4、Intel WGI210AT,也就是和Intel单口服务器网卡Intel Ethernet Server Adapter I210-T1同款芯片。官网链接


B1、Intel JHL6540,Intel Thunderbolt 3控制芯片。后面具体说这个芯片。


B2、Parade PS181,DP转双模DP转换芯片。

使得DP端口不但能提供提供DP信号,也能提供TMDS差分信号,这样可以使用无芯片DP-HDMI转接线,直接输出HDMI信号。


B3、TI TPS65983,USB-PD电源管理芯片。一共2颗,分别可以给2个Thunderbolt 3接口提供85W的供电能力。


画出框图


ThunderBolt控制器DP信号直接负责DP端口,Belkin给DP端口加了主被动转换芯片,使得扩展坞的DP有更好的兼容性。由于只提供了1个DP口子,第二DP信号会从第二个ThunderBolt端口继续流出。

这时候可以使用TYPE-C转DP获得第二路DP信号,这样底座可以带起两台4K 60Hz显示器。

底座提供了4条PCIE,其中一条直接负责千兆网卡,另一条负责USB控制器,提供底座上3个USB接口。

声卡通过USB控制器,走USB协议链接。

整个底座都未使用廉价芯片,做工优秀

1、MacBook Pro完美兼容

Belkin作为Apple全球御用外设品牌,出品的扩展坞和Apple的笔记本完美兼容。不需要关闭系统保护,和修改系统文件就能正常使用。

和MacBook Pro 完美连接




2、千兆网卡

这是我很强调PCIE的好处,Belkin也很厚道的使用PCIe总线的Intel I210服务器级别的网卡芯片在底座中。很多人会不明白USB网卡和PCIE网卡的区别。这里做个直观对比。

在上海电信千兆宽带下,做个测速,给大家看这2个网卡对你下载速度影响多少

USB扩展坞,选择了某民族自豪品牌的笔记本扩展坞。

USB千兆网卡


Belkin 雷电底座PCIE千兆网卡。


可以看到在千兆高速率宽带下,USB千兆网卡和PCIE千兆网卡出现了明显的速度差。Belkin的底座更适合有大量网络数据交互的朋友。市面上大部分扩展坞都使用Realtek芯片的USB网卡,这类网卡都无法保证稳定高速的传输,

3、快速充电

Belkin底座支持USB-PD规范,最大单口提供80W电源。

其他品牌的底座,很多自身无法提供PD的电源,还需要笔记本原厂充电器在底座一进一出的方式充电。而且并未做大电流优化,无法提供大功率充电。

MacBook Pro 2016 15.4寸正确显示充电功率。


大家发现底座的输入电源要接近180W。说明这个底座可以2个ThunderBolt同时对外供出80W电力。我们就可以充MAC同时快充iPad或者Nintendo Switch等设备。

一般TYPE-C线最大支持3A电流传输,所以常常会被限制在60W充电甚至更低。所以需要快速充电,充电器和线材都有要求。

充MacBook Pro 2016 15.4寸实测

电压19.7V


电流3.64A


实际功率71.708W。

充iPad Pro实测

从2016年iPad Pro 12.9寸开始,苹果的iPad Pro支持PD方式的快充,刚刚发布的iPhone 8和iPhone X同样支持。

充电线使用Apple官方USB-C to Lightning线材。

电压15V


电流0.94A


实际功率14.1W

可以看到底座充电功率都完美适配Apple。这边还测试过Nitendo Switch游戏机,Google Pixel手机,同样也能快充。

4、4K 60Hz输出

前面也说了,由于Thunderbolt的高效传输,可以在传输USB网络数据下还能完整传输4K 60Hz。

这里做个简单测试,使用SONY 55X8500D作为测试,这是一款支持4K HDR的电视。看通过底座后,数据和4K HDR能否同时传输。

测试时,电视机通过Belkin USB-C to HDMI 2.0转接头连接底座。


这里可以看到,电视机完美支持4K HDR 10bit 60Hz。

工作台

最后晒晒工作台,可以看到,电脑,显示器等通过贝尔金雷电3底座有序的连接,桌面非常整洁










总结

贝尔金作为苹果御用外设品牌,以推出精品苹果配件而闻名,这款雷电3底座可谓是为MacBook Pro提供了完美的适配和兼容性,支持为MacBook Pro供电,支持连接两台4K 60Hz显示器,千兆网络,USB-PD快速充电,非常值得MacBook Pro用户入手。



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