縱觀接口風云，笑看線路人生

倪俊杰

編者按：如果給你一個下午的時間，讓你把家里各種各樣的線統(tǒng)計一下，你一定會感嘆：“天哪，我家怎么會有那么多的線！”是的，如果你剛好是一位懷舊的人，你曾經(jīng)不舍得扔掉的各種“線”，現(xiàn)在已經(jīng)成了你的負擔，相信很多人已經(jīng)有了這樣的煩惱。因此，我們將用兩期的時間，為大家梳理生活中常見的線以及相應接口，一起與讀者聊聊它們的故事。

裝修房子的時候，設計師畫好了裝修圖紙之后，首先進場的是水電工。他們通過敲敲打打為你的房子埋下各種各樣的管線，如水管、煤氣管、電線、網(wǎng)線、數(shù)字電視線等，還要預留很多的口子，如插座口、網(wǎng)線口、燈罩口、地漏口、水管口等。這些管線和口子將在今后的生活中發(fā)揮至關重要的作用，你每天都離不開它們。裝修如此，我們的生活亦是如此。走在大街上，隨處可見各式各樣的接口和管線。信息化時代，任何一樣電子設備都離不開接口和管線，沒有它們，設備將無法運轉。生活中的線路實在太多，本期我們將以充電線、數(shù)據(jù)線、音頻線、視頻線這四種較為常見且實用的線為例，向大家介紹它們的發(fā)展歷程。

手機充電線的發(fā)展史

生活中要充電的設備很多，大的有電視機、空調(diào)、電冰箱、洗衣機等，小的有手機、電腦、電燈、電扇、剃須刀、電動玩具等。幾乎每一種設備都需要一根充電線，沒有充電線設備就基本進入了半癱瘓狀態(tài)了。一般來說，充電線肯定有兩個接頭，一個是電源插頭，另一個是設備接頭。

電源插頭一般可分為2芯電源插頭、3芯電源插頭和多芯電源插頭。2芯電源插頭有兩個插片或者是兩個插針;3芯電源插頭就是插頭有3個插片或者是3個插針，這樣的結構比2芯電源插頭復雜些，插針的大小和直徑等都有嚴格的標準和要求;多芯電源插頭就更復雜了，按照客戶的要求，使用在哪個具體的設備上都要根據(jù)現(xiàn)實情況去考慮。

充電線的另一頭是設備接頭，其復雜性就更高了。幾乎每一種設備或品牌，都有自己獨特的設備接頭，簡直數(shù)不勝數(shù)。以手機的充電線為例，我們來了解一下其發(fā)展史。

1.早期手機的充電器

在生活中最早的出現(xiàn)的就是大哥大了。大哥大充電器跟大哥大一樣，都是比較笨重的，攜帶起來也很不方便。再后來就出現(xiàn)了萬能充，萬能充相對于大哥大來說已經(jīng)輕便了很多，但它必須把電池拆下來才能充電，而且電池拆多了銅接觸頭免不了有磨損，會減少電池的使用壽命，而且萬能充電器的充電速度其實是挺慢的。

2.中生代的產(chǎn)物

曾經(jīng)的磚頭機——諾基亞橫行的時期，就有了mini USB充電接頭和諾基亞的圓形充電接頭，這之后充電器的外形就基本固定了，但充電器內(nèi)部的電路和充電線接頭卻一直在變化。比如前幾年非常常見的充電線（一頭Type-A，另一頭Micro Type-B）已經(jīng)快要被Type-C和蘋果的Lightning線（后文會詳細介紹）取代了，充電速度也大大提高，不到一小時就能將手機電池充滿。

3.無線充電技術

科技發(fā)展很快，很多曾經(jīng)在電影里出現(xiàn)的鏡頭已經(jīng)成為現(xiàn)實，如無線充電器。無線充電器的原理是通過使用線圈之間產(chǎn)生的磁場，神奇地傳輸電能，電感耦合技術將會成為連接充電基站和設備的橋梁。英國一家公司發(fā)明了一種新型無線充電器，它看上去就像一塊塑料鼠標墊，將手機等放在墊上就能充電，并能同時給多個設備充電。雖然無線充電器目前還沒有普及，但它的出現(xiàn)無疑又給手機充電領域帶來一次新的革命。

USB數(shù)據(jù)線的發(fā)展史

數(shù)據(jù)線（Data Cable）的作用是連接移動設備和電腦，達到數(shù)據(jù)傳遞的目的。通俗點說，數(shù)據(jù)線就是連接電腦與移動設備用來傳送視頻、鈴聲、圖片等數(shù)據(jù)文件的通路工具。但是隨著數(shù)據(jù)線技術的不斷升級，其功能已經(jīng)不局限于傳輸數(shù)據(jù)，它的多種功能包括充電等都在完善。

1.USB1.0/2.0/3.0的含義[1]

USB是通用串行總線的英文縮寫，是Intel公司開發(fā)的總線架構，這使得在計算機上添加串行設備非常容易。在接近20年的時間里，USB承擔著偉大的任務，幫人類不停地傳輸數(shù)據(jù)和電量，并且其速度也在不斷提升。隨著時代發(fā)展，USB接口標準經(jīng)歷了第一代USB1.0、第二代USB2.0和第三代USB3.0。每一代USB接口針對不同的設備又細分出來具體的型號，如USB Type A/B/C/Mini/Micro等。

USB1.0：USB規(guī)格第一次是于1995年，由Intel、IBM等七家公司組成的USBIF（USB Implement Forum）共同提出的，USBIF于1996年1月正式提出USB1.0規(guī)格，頻寬為1.5Mbps。因為當時支持USB的周邊裝置比較少，主板商不太把USB Port直接設計在主板上。

USB2.0：USB2.0技術規(guī)范是由Compaq等公司共同制定發(fā)布的，規(guī)范把外設數(shù)據(jù)傳輸速度提高到了480Mbps，是USB1.1設備的40倍。2000年制定的USB2.0標準是相對比較穩(wěn)定的，理論傳輸速度為480Mbps。

USB3.0：USB3.0是最新的USB規(guī)范，該規(guī)范由英特爾等公司發(fā)起，最大傳輸帶寬高達5.0Gbps（640MB/s），USB3.0引入了全雙工數(shù)據(jù)傳輸。5根線路中2根用來發(fā)送數(shù)據(jù)，另2根用來接收數(shù)據(jù)，還有1根是地線。也就是說，USB3.0可以同步全速地進行讀寫操作。

最初的USB標準并不具備電力供應能力，這對于外界驅(qū)動器來說，顯然不夠。因而USB3.0就應運而生，它的供應值可達4.5W（0.9A/5V）。而在USB3.1標準下的USB Type-C接口的供電能力可以達到最高20V/5A，也就是100W，不僅可以滿足手機充電的要求，還能夠滿足平板設備和計算機的充電需求;在這種供電能力下，可以免去電功率較高的外部設備需要另接電源的麻煩。[2]

2.不同型號的USB接口

從運轉速度來看，USB確實是越來越好、越來越快。USB每一代的速度要求，都衍生出了不同的接口，如我們最常見的是下面這個插計算機的，就叫做USB Type-A。主要用來連接計算機和充電頭，該標準一般適用于PC中，是應用最廣泛的接口標準，里面有4個金屬觸點。它必須從某個特定的方向才能將接頭（公口）插入接頭（母口），但由于USB公口的兩面外形非常接近，這個插入的過程經(jīng)常出錯，該設計也一直被人們詬病。

現(xiàn)在插各種安卓手機的是Micro USB Type-B接口。在USB2.0時代，Micro USB接口出現(xiàn)了。當前大部分安卓手機中采用的是Micro USB接口（即USB Micro-B），里面有5個金屬觸點，這種接口至今仍被廣泛地應用在各種移動便攜式設備上。同樣，Type-B接口也是有方向要求的，要是插錯了很容易損壞設備。

如何解決接頭方向的問題呢？蘋果公司就做出了榜樣。在2015年的時候，蘋果公司發(fā)布了Lightning高速多功能I/O接口，并且在iPhone 5之后就使用了。當然，長久以來蘋果公司一直在傳輸規(guī)格上獨樹一幟，從過去的30pin傳輸線到現(xiàn)在的Lightning，一直堅持使用自家的傳輸規(guī)格。傳統(tǒng)的USB接口只有充電和傳輸數(shù)據(jù)兩個功能，而Lightning線還支持投影、視頻輸出等功能。更重要的是Lightning接口兩側都有8Pin觸點，不分正反面，不用再擔心插反的問題。而且，它的尺寸比原來的30Pin接口小了80%，這意味著設備上需要預留給這個接頭的空間也至少會小80%。

除了蘋果的Lightning，還會有什么接口值得期待呢？別著急，重磅要登場了，那就是同樣支持正反插的USB Type-C。說來也奇怪，最早使用該接口的也是蘋果公司。蘋果在MacBook上使用的是單一數(shù)據(jù)接口而且是除去電源接口的唯一接口。這個接口名稱是在USB3.1時代之后出現(xiàn)的，該接口的亮點在于更加纖薄的設計、更快的傳輸速度（最高10Gbps）以及更強悍的電力傳輸（最高100W）。Type-C接口最大的特點是支持雙面插入，主要面向更輕薄、更纖細的設備。接口插座端的尺寸約為8.3mm×2.5mm;支持從正反兩面均可插入的“正反插”功能，可承受1萬次反復插拔;Type-C占用更少的電路板空間，這對硬件設計師來說是個好消息，這樣就可以為電子設備的其他功能預留出更寶貴的空間。

除了Type-A和Type-C，移動硬盤上用的是USB Type-B接口。該接口還可以連接打印機、顯示器等設備。一般來說，電腦上的USB接口均為標準USB Type-A，而外部設備則多采用Type-B。

除了以上USB數(shù)據(jù)線外，還有Micro USB Type-A接口、Mini USB Type-A、Mini USB Type-B等接口，這些接口一般用于數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機、測量儀器等移動設備。

從目前來看，USB Type-C無疑是大家的新寵，而且，隨著蘋果、華為等各大廠商開始重用USB Type-C接口，USB Type-C的重要性已經(jīng)不言而喻，或許在不久的將來，USB Type-C也會取代USB Type-A接口。為此，我們首先要感謝USBIF，尤其是它的創(chuàng)新的精神和勇氣，其次要感謝蘋果公司，它歷來不是行業(yè)的追隨者?；蛟S在USB Type-A仍舊橫行的世界里，蘋果將接口全面替換USB Type-C的做法有些任性，但若為了更為輕薄的體積、更高的傳輸速率，的確也無可厚非。

音頻線的發(fā)展史

音頻線就是音響設備之間連接的信號線。音頻線一般要求不能受噪音信號干擾，傳輸盡量無衰減，傳輸過程對信號不能產(chǎn)生大的頻率失真和相位失真。

介紹音頻線就必須說明屏蔽線。對音頻信號而言，頻率只有幾十kHz，那么幾米長的傳輸線都可以等效為長度為“零”，最主要的性能要求是屏蔽電磁干擾，防止在線路上感應到電磁噪聲。在一條芯線的外圍，連續(xù)用細銅線纏繞或套上金屬編織網(wǎng)作為屏蔽層（屏蔽層與信號設備的地線相連），這種信號線就是“屏蔽線”。屏蔽線并不要求芯線與屏蔽層是同軸關系，核心要點是芯線被屏蔽層完全“封閉”。市面上有些偽劣音頻線并沒有使用“屏蔽線”，其實就是兩根線封裝在一起，這種線對電磁干擾完全沒有屏蔽作用。

音頻線在生活中也非常常見，接口類型也有不少。

1.TRS接口[3]

TRS的含義是Tip（signal）、Ring（signal）、Sleeve（ground），分別代表了這種接頭的三個觸點，我們看到的就是被兩段絕緣材料隔離開的三段金屬柱。TRS接頭就是一個圓孔，其內(nèi)部與接口對應，也有三個觸點，彼此之間也被絕緣材料隔開。TRS接頭通常有三種尺寸，即1/4"（6.3mm）、1/8"（3.5mm）、3/32"（2.5mm），最常見的是3.5mm尺寸的接頭。3.5mm接頭和6.3mm接頭也被人稱為“小三芯”和“大三芯”。6.3mm的“大三芯”插頭可用來傳輸平衡信號或非平衡立體聲信號，也就是說它和我們后面要講的XLR平衡接頭一樣，能夠傳輸平衡信號，但因制作這樣的平衡線成本比較高，所以一般只用在高檔專業(yè)音頻設備上。

2.RCA接口

RCA接口得名于美國無線電公司的英文縮寫（Radio Corporation of America），在我們?nèi)粘Ｉ钪蟹浅３Ｒ姡粝洹㈦娨?、功放、DVD機等設備上基本都有。RCA接口采用同軸傳輸信號的方式，中軸用來傳輸信號，外沿一圈的接觸層用來接地。每一根RCA線纜負責傳輸一個聲道的音頻信號，因此，可以根據(jù)對聲道的實際需要，使用與之相匹配的RCA線纜。

3.XLR接口

XLR接口又被稱為“卡農(nóng)口”，這是因為James H. Cannon創(chuàng)立的Cannon Electric公司是它最初的生產(chǎn)商。通常見到的XLR接頭是3腳的，當然也有2腳、4腳、5腳、6腳的，如在一些高檔耳機線上，我們也會看到四芯XLR平衡接頭。XLR接頭與“大三芯”TRS接頭一樣，可以用來傳輸音頻平衡信號。

4.BNC接口

BNC是Bayonet Nut Connector（刺刀螺母連接器）的簡稱，用于連接細同軸電纜。與RCA接口相比，增加了鎖緊設計，而且有兩個同心導體，導體和屏蔽層共用同一軸心，線的阻抗是75Ω。

以上介紹了一些比較常見的音頻接口類型，隨著科技的不斷進步，不斷有新的音頻標準和協(xié)議制定出來，如AES/EBU接口、S/PDIF接口、光纖接口、I2S、CobraNet、EtherSound、Dante、AVB等。

視頻線的發(fā)展史

視頻線是由視頻電纜和連接頭兩部分組成。視頻電纜是特征阻抗為75Ω的同軸屏蔽電纜，常見的規(guī)格按線徑分為-3和-5兩種，按芯線分為單芯線和多芯線兩種，連接頭的常見的規(guī)格按電纜端連接方式分為壓接頭和焊接頭兩種。

視頻信號比音頻信號的頻率范圍（即帶寬）要大很多，傳輸用的信號線長度在半米以上就可能對信號質(zhì)量產(chǎn)生明顯的影響。癥狀一般是三種：圖像清晰度下降變模糊、顏色異常、噪點。其中電磁干擾可以用屏蔽線解決，但頻率和相位失真就只能靠同軸電纜了。視頻信號比音頻信號的頻率范圍（即帶寬）要大很多，傳輸用的信號線長度在半米以上就可能對信號質(zhì)量產(chǎn)生明顯的影響。

和音頻線一樣，生活中視頻線的接口類型也有很多種。

1.AV接口

AV接口又稱RCARCA，可以算是TV的改進，外觀方面有了很大不同。分為3條線，分別為音頻接頭（紅色與白色線組成左右聲道）和視頻接頭（黃色）。在連接方面非常簡單，只需將3種顏色的AV線與電視端的3種顏色的接頭對應連接即可。AV接口實現(xiàn)了音頻和視頻的分離傳輸，避免了因音/視頻混合干擾而導致的圖像質(zhì)量下降。由于AV輸出仍然是將亮度與色度混合的視頻信號，這樣的做法必然會對畫質(zhì)造成損失，所以AV接口的畫質(zhì)依然不能讓人滿意。

總體來說，AV接口實現(xiàn)了音頻和視頻的分離傳輸，在成像方面可以避免音頻與視頻互相干擾而導致的畫質(zhì)下降。AV接口在電視與DVD連接中使用得比較廣，是傳統(tǒng)電視必備的接口之一。

2.S端子

S端子是AV端子的改革，用分離的線路來傳輸彩色視頻信號中的色度和亮度信號，還原出的圖像質(zhì)量明顯要好于復合端子。在信號傳輸方面不再對色度與亮度混合傳輸，這樣就避免了設備內(nèi)信號干擾而產(chǎn)生的圖像失真，能夠有效地提高畫質(zhì)的清晰程度。S-Video具體英文全稱叫Separate Video，為了達到更好的視頻效果，人們開始探求一種更快捷、清晰度更高的視頻傳輸方式，這就是當前比較流行的S-Video，Separate Video的意義就是將Video信號分開傳送，也就是在AV接口的基礎上將色度信號C和亮度信號Y進行分離，再分別以不同的通道進行傳輸。

3.DVI接口

DVI（Digital Visual Interface）接口，即數(shù)字視頻接口。DVI接口標準是1999年由Silicon Image、Intel（英特爾）、Compaq（康柏）、IBM、HP（惠普）、NEC、Fujitsu（富士通）等公司共同組成的DDWG（Digital Display Working Group，數(shù)字顯示工作組）推出的接口標準。其只能接收數(shù)字信號，接頭上只有3排8列共24個針腳，其中右上角的一個針腳為空。不兼容模擬信號。DVI接口是數(shù)字傳輸?shù)囊曨l接口，可將數(shù)字信號不加轉換地直接傳輸?shù)斤@示器中。

4.色差分量接口

色差分量接口把視頻信號分離為3個部分，分別是亮度（Y）、三原色信號中的藍色和紅色的色彩差異信號（R-Y，B-Y）。它采用YPbPr和YCbCr兩種標識，前者表示逐行掃描色差輸出，后者表示隔行掃描色差輸出。該接頭用3條分離的信號線傳輸信號，分別用綠、藍、紅色進行區(qū)別。使用優(yōu)質(zhì)的線材和接頭，即使用10米長的線纜，也能傳輸優(yōu)質(zhì)的畫面。

5.VGA接口

VGA（Video Graphics Array）是源于電腦顯卡上的接口，顯卡都帶此種接口。VGA就是將模擬信號傳輸?shù)斤@示器的接口。它傳輸紅、綠、藍模擬信號以及同步信號（水平和垂直信號）。1996年起，為在Windows環(huán)境下更好地實現(xiàn)即插即用（PNP）技術，在接頭中加入了DDC數(shù)據(jù)分量。VGA接口共有15針，分成3排，每排5個孔。線纜長度最好不要超過10米，而且要注意接頭是否安裝牢固，否則可能引起圖像中出現(xiàn)虛影。VGA接口的工作原理是將顯存內(nèi)以數(shù)字格式存儲的圖像（幀）信號在RAMDAC里經(jīng)過模擬調(diào)制成模擬高頻信號，然后再輸出到等離子成像，這樣VGA信號就不必像其他視頻信號那樣還要經(jīng)過矩陣解碼電路的換算。從前面的視頻成像原理可知VGA的視頻傳輸過程是最短的，所以VGA接口擁有許多的優(yōu)點，如無串擾無電路合成分離損耗等。

6.HDMI接口

HDMI接口是高清晰度多媒體接口（High Definition Multimedia）的簡稱，是最新的高清數(shù)字音視頻接口。HDMI接口提供了5Gbps的數(shù)據(jù)傳輸帶寬，可以傳送無壓縮的音頻信號及高分辨率視頻信號。HDMI接口具有“即插即用”的特點，信號源和顯示設備之間會自動進行“協(xié)商”，自動選擇最合適的視/音頻格式。在針腳上和DVI兼容，只是采用了不同的封裝。高質(zhì)量的HDMI線材，即使長達30米，也能保證優(yōu)質(zhì)的畫質(zhì)。只有在HDMI通道下，收看高清節(jié)目才能達到最佳的效果，它是高清平板電視必須具有的基本接口。HDMI具備了在一條數(shù)據(jù)線上同時傳送影音信號的能力，人們也習慣把HDMI稱為高清一線通。由于采用了全數(shù)字化的信號傳輸，HDMI接口不會像射頻接口那樣出現(xiàn)畫質(zhì)不佳的情況。

本期分享，我們以縱覽的方式介紹了四種常見的線和接口。相信大家都能感受到生活中的線和接口實在太多了，也非常復雜。這些線路在幫人類實現(xiàn)了“聯(lián)通”的同時，也給我們帶來了不少煩惱。一方面，線和接口的演變，其本質(zhì)上也反映了人類社會探索未知世界奮勇創(chuàng)新的精神。由于思考角度和需求的不同，出現(xiàn)形式多樣的接口也是情理之中的。另一方面，當今社會越來越對極簡技術表示出了青睞，過于復雜的事物和方式都會被“精簡”或面臨淘汰，比如無線充電技術的出現(xiàn)就會對線路充電帶來一定的沖擊。因此，在下期分享的時候，我們將圍繞如何改進各種線及接口，創(chuàng)新收納與管理，自主DIY設計等諸多方面與諸君分享，敬請期待。

參考文獻：

[1]https：//blog.csdn.net/junyeer/article/details/53338801.

[2]http：//digi.tech.qq.com/a/20150814/008193.htm.

[3]http：//sound.zol.com.cn/512/5124960_all.html#p5126169.