问题

为什么 USB Type-C 不能做得像 Lightning 那样又小又薄?

回答
USB TypeC 接口无法做得像苹果的 Lightning 那样又小又薄,这背后其实是设计理念、技术标准以及市场需求等多方面因素交织的结果。简单来说,不是“不能”,而是“为了实现更多功能而选择了不同的取舍”。

咱们一步一步来捋清楚:

1. 设计理念的根本差异:通用性 vs. 专属性

USB TypeC:面向未来、追求通用
USB TypeC 的核心理念是成为一个通用的连接标准。它的设计目标是取代几乎所有现有的 USB 接口(USBA、USBB、MicroUSB 等),并且还要兼容更高级别的传输协议,如 Thunderbolt、DisplayPort、HDMI,甚至充电标准 Power Delivery (PD)。
为了支持如此广泛的功能和高带宽数据传输,TypeC 接口内部需要更多的信号通道,更多的引脚(pin)。这就像一个瑞士军刀,虽然功能强大,但总会比一把小巧的螺丝刀要大一些。
TypeC 的正反插设计是为了用户便利性,但实现这一点的关键在于接口内部复杂的触点和切换逻辑,这增加了接口的体积和复杂性。

Lightning:高度优化的专有接口
Lightning 是苹果公司自己设计的接口,它的目标非常明确:为苹果自家的设备(iPhone、iPad、AirPods 等)提供一个紧凑、可靠且易用的连接方案。
苹果在设计 Lightning 时,已经明确了它将主要用于充电和数据传输(虽然也能传递音频信号,但这是通过特定的内部协议实现的,而非像 USBC 那样是协议本身支持的)。苹果可以根据自己的产品需求和技术积累来优化接口设计,无需考虑与其他设备或系统的兼容性问题。
Lightning 的触点数量相对较少,并且触点设计也相对简单一些,这直接导致了它能做得更薄。它的“聪明”之处在于,很多复杂的逻辑和功能是放在了芯片层面来实现,而不是体现在接口本身的物理结构上。

2. 物理结构和引脚数量的限制

USB TypeC 的“肌肉”:更多的触点和通道
USB TypeC 标准规定了 24 个引脚。这些引脚承载着多种功能:
高速数据传输 (SuperSpeed):需要多对差分信号线来支持高达 40Gbps 甚至更高的速度(如 Thunderbolt 3/4)。
USB 2.0 数据传输:为了保证与老旧设备的兼容性,保留了 USB 2.0 的信号线。
供电 (VBUS, GND):支持高达 100W 甚至 240W 的 PD 充电,需要更大的电流承载能力和相应的信号线。
Sideband Use (SBU1, SBU2):用于 Alternate Modes (Alt Mode),比如 DisplayPort 或 Thunderbolt 的音频和控制信号。
配置通道 (CC1, CC2):这是 TypeC 的“大脑”,用于识别连接方向、协商传输模式、电流能力和 Alt Mode。其中一个 CC 引脚还需要承载 VCONN 电源。
USB Power Delivery (PD) 协议信号 (VPD_TX, VPD_RX):用于更高级的电源协商。

要容纳这 24 个引脚,并为它们提供可靠的物理连接,接口的尺寸自然会受到限制。虽然 TypeC 的厚度比 MicroUSB 显著减小,但与 Lightning 的极致纤薄相比,还是有差距。

Lightning 的“精简”:专注于核心功能
Lightning 的引脚数量远少于 TypeC(通常是 8 个主触点加上一些内部的识别触点)。它主要负责数据传输(基于苹果自己的协议)和电源传输。
Lightning 的设计非常巧妙,它的每个触点都可以双向传输数据,并且在插拔时,两侧的触点可以互换功能。这种高度集成和冗余的设计,在保证功能性的前提下,大大简化了接口的物理复杂度,使其能够做得非常薄。苹果还通过内置的认证芯片来控制配件的兼容性,进一步精简了接口本身的设计。

3. 传输速度和功能集的取舍

USB TypeC:为高速和多功能“预留空间”
USB TypeC 的设计是为了支持未来的发展,它需要为越来越快的数据传输速度(USB 3.2 Gen 2x2, USB4, Thunderbolt 4)和更丰富的 Alternate Modes 留足余地。这些高级功能需要更多的并行数据通道和更精密的信号完整性设计,这些都直接影响到接口的物理尺寸。
如果你只需要一个简单的充电和数据传输接口,那么 TypeC 的大部分引脚和通道可能都是“过剩”的。但对于通用标准而言,这种“过剩”是为未来的兼容性和扩展性买单。

Lightning:为特定场景的极致优化
Lightning 的设计是在苹果的生态系统内进行的。苹果可以根据自家设备的需求来设定数据传输速度和支持的功能。它不需要兼容所有 USB 设备,也不需要支持 DisplayPort 或 Thunderbolt 等外部协议。这种高度的定制化使得苹果可以专注于实现设备最需要的功能,并为此优化接口的每一个细节,包括尺寸。

4. 用户体验的考量

正反插的美好,对厚度的诉求
用户普遍诟病 MicroUSB 难插反,而 Lightning 的正反插以及接口的纤薄设计是其重要的用户体验优点。
USB TypeC 实现了正反插,这是它巨大的进步。但在实现正反插的同时,为了兼容性、高带宽和电源传输,其厚度相对 Lightning 就显得“粗壮”一些。

总结一下,为什么 USB TypeC 不能做得像 Lightning 那样又小又薄?

USB TypeC 是一个通用标准,它承载了太多功能: 从高速数据传输(USB 3.x, Thunderbolt)到多种 Alternate Modes(DisplayPort, HDMI),再到强大的 Power Delivery 充电。为了容纳这一切,它需要更多的引脚和更复杂的信号通道,这直接限制了它的极致纤薄化。
Lightning 是苹果的专有接口,它被高度优化用于苹果生态系统: 苹果可以根据自家产品的需求来设计接口,专注于核心功能,并通过芯片来实现复杂的逻辑。这种“专注”使得 Lightning 能够以更少的物理复杂度实现其功能,从而做得更薄。

就像你不能指望一把瑞士军刀和一把剃须刀一样大。USB TypeC 是一把功能强大的瑞士军刀,而 Lightning 在某种程度上更像是一把设计精良、专门为特定任务打造的工具。它们各自在不同的维度上实现了“好用”,但“好用”的方式和优先级是不同的。

网友意见

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USB Type-C不只是一个接口规范,跟着Type-C一起出了来的是USB3.1的规范。

USB3.1比USB3.0最直接的改变就是速度可以达到10Gbps,要达到这个速度,首先要解决的就是屏蔽的问题。仔细看所有版本的USB口,外面都套这一个壳子,这个壳子的作用不仅仅是固定,还起到屏蔽的作用。总线速度越快,对屏蔽的要求就更高,所以Type-C外面一层又一层的壳子,主要的作用就是为了屏蔽干扰。

下图是Type-C规范里给的参考图,中间的东西才是传输数据用的,外面的一坨都是屏蔽的:

lightning接口外面没有屏蔽层,只靠接头的那点包含是根本不够用的,所以传统的lightning接口的速度也就能达到USB2.0的水平。

注:这里指的是按照官方最早给出的lightning的接口定义得出的结论,因为lightning接口的触点只有8个,除去供电和GND以外,剩下的触点不够支持USB3.0,网上没找到lightning to USB3.0的针脚定义,只有USB2.0版本的:

尺寸也好,方便插拔也好,都是次要的,首要解决的问题是保证10Gbps的信号可靠的传输,不被干扰。其实把外面的壳子去掉也不是不行,但速度肯定得降下来,降多少不清楚,反正我在USB2.0的时代见过去掉接头的屏蔽以后,USB2.0直接掉速变成USB1.1的水平。

又想速度快,又想体积小,这个真的很难做到,总要有一方做出一点牺牲。


图片来自:Universal Serial Bus Type-C Cable and Connector Specification Revision 1.0 August 11, 2014

对了,关于这俩接口的讨论,我记得老早就有:Lightning 和 USB Type-C 设计上各有什么优劣?

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补充:关于lightning的速度问题,能查到的最高速度是12Gbps,但没有提供数据来源和接口规范。虽然iPad pro有lightning to USB3的线缆,但大部分的苹果设备的lightning接口速度仍然是USB2.0的,而Android平台上type-c USB3.0的设备以及很多了。这至少说明lightning接口想要提高速度是有一定困难的,至少不像USB这么容易。

在实验室里跑出高速率,和普通厂商生产的廉价产品跑出高速率,是有很大区别的,USB Type-C是提供了一种廉价的高速接口方案,而这恰恰是lightning接口所不具备的。

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