День добрый, Geektimes! Все уже слышали про USB Type-C? Тот самый, который двухсторонний, быстрый-модный-молодёжный, заряжает новый макбук, делает волосы гладкими и шелковистыми и обещает стать новым стандартом подключения на следующие лет десять?
Так вот, во-первых, это тип разъёма, а не новый стандарт. Стандарт называется USB 3.1. Во-вторых, говорить нужно именно о новом стандарте USB, а Type-C лишь приятный бонус. Чтобы понять, в чём разница, что скрывается за USB 3.1, а что - за Type C, как заряжать от USB-кабеля целый ноутбук и что ещё можно сделать с новыми USB Type-C:
Коротко о главном
USB как стандарт появился почти двадцать лет назад. Первые спецификации на USB 1.0 появились в 1994 году и решали три ключевых проблемы: унификацию разъёма, по которому подключалось расширяющее функции ПК оборудования, простоту для пользователя, высокую скорость передачи данных на устройство и с него.Не смотря на определённые преимущества USB-подключения перед PS/2, COM и LPT-портами, популярность пришла к нему не сразу. Взрывной рост USB испытал в начале двухтысячных: сначала к нему подключались камеры, сканеры и принтеры, затем флеш-накопители.
В 2001 году появились первые коммерческие реализации того USB, который нам привычен и понятен: версии 2.0. Им мы пользуемся вот уже 14-й год и устроен он сравнительно просто.
USB 2.0
Любой кабель USB версии 2.0 и ниже имеет внутри 4 медных проводника. По двум из них передаётся питание, по двум другим - данные. Кабели USB (по стандарту) строго ориентированы: один из концов должен подключаться к хосту (то есть системе, которая будет управлять соединением) и называется он Type-A , другой - к устройству, он называется Type-B . Разумеется, иногда в устройствах (таких, как флешки) кабеля нет вообще, разъём типа «к хосту» располагается прямо на плате.На стороне хоста существует специальный чип: контроллер USB (в настольных компьютерах он может быть как частью системной логики, так и вынесен в качестве внешней микросхемы). Именно он инициализирует работу шины, определяет скорость подключения, порядок и расписание движения пакетов данных, но это всё детали. Нас больше всего интересуют разъёмы и коннекторы классического USB-формата.
Самый популярный разъём, которым все пользовались - USB Type-A классического размера: он расположен на флешках, USB-модемах, на концах проводов мышей и клавиатур. Чуть реже встречаются полноразмерные USB Type-B: обычно таким кабелем подключаются принтеры и сканеры. Мини-версия USB Type-B до сих пор часто используется в кардридерах, цифровых камерах, USB-хабах. Микро-версия Type-B стараниями европейских стандартизаторов стала де-факто самым популярным разъёмом в мире: все актуальные мобильники, смартфоны и планшеты (кроме продукции одной фруктовой компании) выпускаются именно с разъёмом USB Type-B Micro.
Ну а USB Type-A микро и миниформата наверное никто толком и не видел. Лично я навскидку не назову ни одного устройства с такими разъёмами. Даже фотографии пришлось из википедии доставать:
Скрытый текст
Все эти разъёмы объединяет одна простая вещь: внутри находится четыре контактных площадки, которые обеспечивают подключаемое устройство и питанием, и связью:
С USB 2.0 всё более-менее понятно. Проблема стандарта заключалась в том, что двух проводников для передачи данных мало, да и разработанные в середине первого десятилетия спецификации не предусматривали передачу больших токов по цепям питания. Сильнее всего от подобных ограничений страдали внешние жёсткие диски.
USB 3.0
Для улучшения характеристик стандарта была разработана новая спецификация USB 3.0, которая содержала следующие ключевые отличия:- Пять дополнительных контактов, четыре из которых обеспечивают дополнительные линии связи;
- Увеличение максимальной пропускной способности с 480 МБит/с до 5 Гбит/с;
- Увеличение максимального тока с 500 мА до 900 мА.
Кроме того, появилось ещё 4 разъёма, электрически и механически совместимые с USB Type-A версии 2.0. Они позволяли как подключать USB 2.0-устройства к 3.0-хостам, так и 3.0-устройства к 2.0-хостам или по 2.0-кабелю, но с ограничением по питанию и скорости передачи данных.
USB 3.1
С осени 2013 года приняты спецификации на обновлённый стандарт USB 3.1, который и принёс нам разъём Type-C , передачу до 100 Вт питания и удвоение скорости передачи данных по сравнению с USB 3.0. Однако стоит отметить, что все три новшества - это лишь части одного нового стандарта, которые могут быть как применены все вместе (и тогда девайс или кабель получит сертификацию USB 3.1), либо по отдельности. Например, технически внутри Type-C кабеля можно организовать хоть USB 2.0 на четырёх проводах и двух парах контактов. К слову, такой «финт» провернула компания Nokia: её планшет Nokia N1 имеет разъём USB Type-C, но внутри используется обычный USB 2.0: со всеми ограничениями по питанию и скорости передачи данных.
USB 3.1, Type-C и питание
За возможности по передаче действительно серьёзных мощностей отвечает новый стандарт USB PD (Power Delivery). Согласно спецификациям, для сертификации USB PD устройство и кабель должны обеспечивать передачу тока с мощностью до 100 Ватт, причём в обе стороны (как к хосту, так и от него). При этом передача электроэнергии не должна мешать передаче данных.Пока существует только два ноутбука, полностью поддерживающие USB Power Delivery: новый макбук и Chromebook Pixel.
Ну а потом, кто знает, может, будем дома вот такие розетки ставить?
USB Type-C и обратная совместимость
USB как стандарт силён своей обратной совместимостью. Найдите древнюю флешку на 16 мегабайт, поддерживающую только USB 1.1, вставьте её в порт 3.0 и работайте. Подключите современный HDD в разъём USB 2.0, и если ему хватит питания - всё заведётся, просто скорость будет ограничена. А если не хватит - существуют специальные переходники: они используют цепи питания ещё одного порта USB. Скорость не увеличится, но HDD будет работать.Та же история и с USB 3.1 и разъёмом Type-C, с одной лишь поправкой: новый разъём геометрически никак не совместим со старыми. Впрочем, производители активно начали производство как проводов Type-A <=> Type-C, так и всевозможных переходников, адаптеров и разветвителей.
USB Type-C и туннелирование
Скорость передачи данных стандарта USB 3.1 позволяет не только подключать накопители и периферию, заряжать ноутбук от сети через Type-C-кабель, но и подключить, скажем… монитор. Одним проводом. И USB hub с несколькими 2.0-портами внутри монитора. 100 Вт питания, скорость, сравнимая с DisplayPort и HDMI, универсальный разъём и всего один проводок от ноутбука к монитору, блок питания которого и дисплей обеспечит электричеством, и ноутбук зарядит. Разве это не прекрасно?Что сейчас есть на USB Type-C
Так как технология молодая, на USB 3.1 девайсов совсем немного. Устройств же с кабелем / разъёмом USB Type-C немногим больше, но всё равно недостаточно, чтобы Type-C стал таким же распространённым и естественным, как Micro-B, который есть у любого пользователя смартфона.На персональных компьютерах Type-C ждать можно уже в 2016, но некоторые производители взяли и обновили линейку имеющихся материнских плат. Например, USB Type-C с полной поддержкой USB 3.1 есть на материнской плате MSI Z97A Gaming 6 .
Не отстаёт и компания ASUS: материнские платы ASUS X99-A и ASUS Z97-A поддерживают USB 3.1, но, к сожалению, лишены разъёмов Type-C. Кроме того, анонсированы специальные платы расширения для тех, кому не хочется ни обновлять материнскую плату, ни отказываться от пары USB 3.1-портов.
Компания SanDisk не так давно представила 32 Гб флеш-накопитель с двумя разъёмами: классическим USB Type-A и USB Type-C:
Разумеется, не стоит забывать про недавний MacBook с пассивным охлаждением и всего одним разъёмом USB Type-C. Про его производительность и прочие прелести поговорим как-нибудь отдельно, а вот про разъём - сегодня. Apple отказалась как от своей «волшебной» зарядки MagSafe, так и от других разъёмов на корпусе, оставив один порт для питания, подключения периферии и внешних дисплеев. Разумеется, если вам мало одного разъёма, можно купить официальный переходник-разветвитель на HDMI, классический USB и разъём питания (всё тот же Type-C) за… 80 долларов. :) Остаётся надеяться, что Type-C придёт и на мобильные девайсы Apple (и на этом зоопарк с проводами для смартфонов закончится окончательно), хотя шансы на такой апдейт минимальные: зря что ли разрабатывали и патентовали Lightning?
Один из производителей периферии - LaCie - уже успел выпустить для нового макбука стильный внешний накопитель с поддержкой USB 3.1 Type-C. Цена у него, правда, совершенно яблочная, но что поделаешь – за новые технологии и надпись PORSCHE DESIGN надо платить.
Кроме Apple заигрывают с USB 3.1 Type-C и в компании Google: новый ChromeBook Pixel помимо интересных характеристик получил и соответствующий порт.
Ну и, разумеется, не стоит забывать про девайс от компании Nokia. Их планшет N1 получил разъём Type-C одним из первых, правда, без поддержки функций USB 3.1.
Итоги
USB 3.1 наконец-то станет «королём» разъёмов. По нему можно подключить практически что угодно: внешний диск, дисплей, периферию, адаптер питания и даже массив из SSD-дисков. Пропускная способность и 100 Вт передаваемой мощности - серьёзная заявка на успех.Представьте мир через 5 лет? Куда не приди - всюду и зарядка есть, и разъём подходит, и спрашивать не надо. И фотоаппарат подключить легко, и телефон, и вообще всё-всё-всё… И только в бухгалтерии как пользовались дискетами, так и будут пользоваться.
Наши предыдущие обзоры:
» Два месяца с LG G Watch R
» Эволюция мышей Razer на примере DeathAdder и Naga
» Изучаем TV-флагман компании Philips: Часть 1 | Часть 2
Спасибо за внимание!
Почему новый стандарт USB действительно лучше, чем привычные всем USB-порты телефонов, планшетов или ноутбуков и у каких устройств уже есть разъемы USB Type-C? Редакция CHIP отвечает на все эти вопросы.
Сначала немного важной информации: обозначения USB Type-C и USB 3.1, как говорится, идут нога в ногу, поскольку обозначают фактически одно и то же. Когда используется числовое обозначение USB 3.1, речь обычно идет о скорости передачи данных.
Если встречаете название USB Type-C - обычно имеется ввиду непосредственно тип разъема для подключения устройств. Для начала давайте сравним предыдущий стандарт USB 3.0 с новым USB 3.1. Все подробности вы найдете в нижеприведенной таблице.
Сравнение USB 3.0 и USB 3.1
Лучшие устройства с USB Type-C
Какие устройства с разъемом USB Type-C вообще доступны в настоящий момент? Первым из них стал 12-дюймовый MacBook, в котором этот разъем вообще был единственным. Актуальные гуглофоны Nexus 6P и 5X тоже оснащены USB 3.1 - да и вообще все больше и больше производителей интегрируют в свои смартфоны порт нового стандарта.
В следующей таблице мы собрали для вас перечень самых интересных устройств с интерфейсом USB Type-C.
USB Type-C: у этих устройств он уже есть
Разъем USB больше не получится подключить неправильно
USB Type-C: штекер типа С (слева) можно использовать любой сторонойВот что делает разъем USB Type-C невероятно удобным: он является симметричным. Вам больше не придется думать о том, с какой попытки получится правильно вставить штекер в гнездо. Ранее такое свойство разъема было большим преимуществом продукции компании Apple, iPad или iPhone, а теперь оно становится доступным для широких масс пользователей. Этот кабель можно вставлять любой стороной.
Упомянем и еще одно существенное преимущество над стандартом USB 3.0: за счет увеличенной до 100 Вт максимальной передаваемой мощности, через USB 3.1 в будущем без дополнительного источника питания смогут подключаться различные периферийные устройства, например, мониторы или колонки. Сила тока 5 А также существенно сокращает время зарядки мобильного телефона.
Достоинства порта USB 3.1:
★ быстрый
★ мощный
★ универсальный
Достоинства разъёма Type-C:
★ долговечный
★ симметричный
Теперь гарантированно можно подключить USB кабель к устройству с первого раза.
⚠ Следует различать понятия «порт » и «разъём ». Разъём (гнездо) Type-C можно припаять хоть старому телефону (вместо micro-USB), но порт так и останется старым USB 2.0 - скорости заряда и передачи данных это не прибавит. Из удобств появится лишь симметричность и надёжность разъёма.
⚠ Таким образом наличие Type-C ещё ни о чём не говорит. Продаются модели смартфонов с новым разъёмом, но со старым портом . Перечисленные в этой статье достоинства к таким смартфонам не относятся.
Назначение контактов
Контакты разъёмов на схемах показаны с внешней (рабочей) стороны, если обратное не оговаривается особо.
Порт содержит 24 контакта (12 контактов на каждой стороне). «Верхняя» линейка нумеруется A1…A12, «нижняя» - B1…B12. По большей части линейки идентичны друг другу, что и делает этот порт равнодушным к ориентации штекера. Контакты каждой линейки можно разбить на 6 групп: USB 2.0 , USB 3.1 , Питание , Земля , Согласующий канал и Дополнительный канал . А теперь рассмотрим подробнее.
Собственно, USB 3.1. Линии высокоскоростной передачи данных: TX+, TX-, RX+, RX- (контакты 2, 3, 10, 11 ). Скорость до 10 Гб/с. В кабеле эти пары перекроссированы, и что для одного устройства является RX, другому представляется как TX. И наоборот. По особому распоряжению эти пары могут переквалифицироваться под другие задачи, например - под передачу видео.
Старый добрый . Линии низкоскоростной передачи данных: D+/D- (контакты 6, 7 ). Этот раритет включили в порт ради совместимости со старыми тихоходными устройствами до 480 Мб/с.
Плюс питания - Vbus (контакты 4, 9 ). Стандартное напряжение 5 вольт. Ток выставляется в зависимости от потребностей периферии: 0,5А; 0,9А; 1,5А; 3А. Вообще, спецификация порта подразумевает передаваемую мощность до 100Вт, и в случае войны порт способен питать монитор или заряжать ноутбук напряжением 20 вольт!
GND - «Земля»-матушка (контакты 1, 12 ). Минус всего и вся.
Согласующий канал (или конфигурирующий) - СС (контакт 5 ). Это главная фишка USB type-C! Благодаря этому каналу система может определить:
— Факт подключения/отключения периферийного устройства;
— Ориентацию подключенного штекера. Как это ни странно, но разъём не абсолютно симметричен, и в некоторых случаях устройству хочется знать его ориентацию;
— Ток и напряжение, которое следует предоставить периферии для питания или заряда;
— Необходимость работы в альтернативном режиме, например, для передачи аудио-видео потока.
— Кроме функций мониторинга этот канал в случае необходимости подаёт питание на активный кабель.
Дополнительный канал - SBU (контакт 8 ). Дополнительный канал обычно не используется и предусмотрен лишь для некоторых экзотических случаев. Например, при передаче по кабелю видео, по SBU идёт аудиоканал.
Распиновка USB 3.1 Type-C
«Полосатым цветом» здесь изображены контакты неизолированного провода.
Странным решением было отмаркировать провода D+ и D- не как в USB 2.0, а наоборот: D+ белый, D- зелёный.
Серой обводкой помечены провода, чей цвет по словам Википедии не регламентирован стандартом. Автор вообще не нашёл каких-либо указаний на цвета проводов в официальной документации .
Распайка коннекторов Type-C ▼
Схема типового кабеля USB-C «вилка-вилка»▼
Технология питания/заряда USB PD Rev.2 (USB Power Delivery)
У кабеля USB-C нет таких понятий как «коннектор-A» или «коннектор-B» - коннекторы теперь во всех случаях одинаковы.
Роли устройства обозначены новыми терминами:
DFP
- активное, питающее устройство (как бы порт USB-A
)
UFP
- пассивное, приёмное устройство (как бы порт USB-B
)
DRP
- «двуличное», динамически изменяющее свой статус устройство.
Кроме того, заряжающее устройство называется Power Provider
, заряжаемое - Power Consumer
.
Распределение ролей осуществляется установкой на контакте CC определённого потенциала с помощью того или иного резистора:
Активное
устройство (DFP
V bus
.
Номинал резистора сообщает потребителю, на какой ток он может рассчитывать:
56
±20% кОм - 500 или 900 мА
22
±5% кОм - 1,5 А
10
±5% кОм - 3 А
▲ Переходники с USB 2.0 (3.0) на USB-C, служащие для подключения новых смартфонов к старым ПК или ЗУ распаяны по схеме DFP, то есть, показывают себя смартфону как активное устройство
Пассивное
устройство (UFP
) определяется по резистору между контактами CC и GND
.
Номинал резистора: 5,1
кОм
▲ Переходники с USB-C на USB-OTG распаяны именно по схеме UFP, то есть, имитируют потребляющее устройство.
⚠ Технологию USB PD Rev2 в которой по контакту CC
согласуются ток
и напряжение
заряда не следует путать с технологией Quick Charge (QC), где по контактам D−
и D+
согласуется только напряжение
заряда. USB PD Rev2 поддерживается только в USB 3.1.
QC поддерживается без привязки к версии порта.
Переходник USB-micro-USB-C
Распайка платы переходника Type-C to USB 3.0 OTG с разных сторон ▼
Аналоговый звук через Type-C
Стандартом предусмотрена возможность передачи аналогового звука через цифровой порт. Эта возможность реализована в смартфонах HTC серии U, HTC 10 Evo, Xiaomi Mi, LeTV. Автор будет признателен, если читатель пополнит этот список.
Для работы в этом режиме служат аналоговые гарнитуры с вилкой Type-C. Для подключения классической предусмотрены переходники.
Аналоговый звук передаётся по каналам Data−, Data+, SBU1 и SBU2. Смартфон переходит в этот режим, если в вилке гарнитуры или переходника между контактами A1-A5 и B1-B5 установлено сопротивление менее 0,8…1,2 кОм . Вместо резистора доводилось видеть просто перемычку.
Видео через USB-C
Для передачи видео через USB 3.1 разработан режим «DisplayPort Alternate Mode».
См. перечень устройств , поддерживающих этот режим.
В режиме «Display Port»
назначение контактов порта меняется - две пары TX2/RX2 превращаются в видеоканал, а звуком занимается SBU1/2 ▼
Обсуждение: 304 комментария
Снова забыл по приветствовать… Здравствуйте!
Ответить
Запрос на повышение зарядного напряжения потребитель подаёт цифровым способом, а не просто подачей напряжения. Эмулировать запрос можно с помощью специального контроллера, поддерживающего технологию USB PD, но это уже выходит за рамки моей компетенции.
Ответить
Вопрос! Если мне нужно получить от устройства через type-c напряжение 12v кроме резистора на 5,1Ком между CC1 и gnd и CC2 и gnd что еще нужно? Где-то видел что на D+ и D- подать некоторое напряжение
Ответить
Type-C всего лишь физический разъем. 12В можно получить если зарядка поддерживает протокол USB PD или QC.
В первом случае все сложнее, там общение идет по протоколу, разные уровни, нужна специализированная микросхема. Ну и естественно разъем у зарядки должен быть Type-C, то есть получается нужен кабель Type-C-Type-C.
Во втором случае с QC все проще, напряжения на D+ и D-. Но просто резисторами тоже не выставить, но можно сделать самостоятельно QC триггер на какой нибудь AVR. Или уж смотреть готовый триггер на алиэкспресс.
Ответить
Thanks, for the great work.
I am a little bit confused if you can help me.
I have a USB C port which will connect with the phone. Now I have two other ports. One is USB A port which will connect with a pheripheral device and 2nd is a USB C port which will connect with a Wall charger. Now I want to know the connection and resistors value for both functions. Like if I connect a pheripheral device then phone behave as a power sourcing device along with data but when I connect a wall charger then phone recieve power and charge. Note: I don’t want to use both at the same time but if it is possible that would be great. thanks for help
Ответить
Д.день, уважаемый Rones. Спасибо за ваш сайт и желание делиться с нами (читателями) своими знаниями. Вопрос такой: имею «маковский» 85-ваттный блок питания с выходом под USB-C разъем. Мак умер — блок остался, хочу расширить область его использования. Блок-то очень хороший — маленький и мощный. В спецификации написано, что потребителю может быть выдано 5-9-12-20вольт. Тупо подключил первый попавшийся шнурок USB-C/USB-2, включил в сеть. Померял напряжение на крайних контактах USB-2 — 0,1вольта. Как мне сообщить процессору блока питания, что мне нужно 5 вольт и все остальные вольты из спецификации? После прочтения вашей статьи дошло, что процессор узнаёт о том какое напряжение требуется потребителю, опрашивая линии кабеля и измеряя их калиброванные сопротивления и/или напряжение между линиями. Если моё предположение верно, то какие дополнительные сопротивления между какими линиями нужно припаять, чтобы получить, например, 5 вольт питания через вилку USB-2? Как получить другие напряжения?
Ответить
Редко бывает, что одна лишняя буква в названии стандарта грозит совершить революцию в мире интерфейсов передачи данных и гаджетов, но появление последней разновидности USB 3.1 Type-C похоже как раз тот случай. Что же нам обещает принести очередное обновление старого доброго USB интерфейса?
- Скорость передачи данных до 10 GBps
- Возможность запитывания от порта устройств с потребляемой мощностью вплоть до 100Вт
- Размеры коннектора сравнимые с micro-USB
- Симметричность разъёма - у него не существует верха и низа, а значит нет ключа, который часто приводит к повреждениям как самих разъёмов, так и подключаемых через них гаджетов
- С помощью данного интерфейса можно запитывать устройства с напряжением вплоть до 20 вольт
- Больше не существует разных типов коннекторов - А и В. На обоих концах кабеля стоят совершенно одинаковые разъёмы. Как данные так и питающее напряжение могут передаваться через один и тот же разъём в обоих направлениях. В зависимости от ситуации каждый разъём может выступать в роли ведущего или ведомого
- Нам обещают, что конструкция разъёма способна выдерживать до 10 000 подключений
- Возможно использование этого интерфейса для непосредственного подключения вместо некоторых других широко распространённых интерфейсов для быстрого обмена данными.
- Стандарт совместим сверху вниз как c обычным USB 3 интерфейсом, так и с его младшими братьями. Конечно не на прямую, но с помощью переходника через него возможно подключение скажем USB 2.0 диска
Не буду касаться истории развития USB интерфейса, эта тема не плохо развита в данном комиксе в смысле истории в картинках
Электроника - наука о контактах
Для начала сравнительные фото сегодняшнего героя в компании заслуженных предков.
Коннектор USB Type-C немного крупнее привычного USB 2.0 Micro-B, однако заметно компактнее сдвоенного USB 3.0 Micro-B, не говоря уже о классическом USB Type-A.
Габариты разъема (8,34×2,56 мм) позволяют без особых сложностей использовать его для устройств любого класса, включая смартфоны и планшеты.
Сигнальные и силовые выводы размещены на пластиковой вставке пожалуй это самое слабое его место в центральной части разъёма. Контактная группа USB Type-C содержит 24 вывода. Напомню, что у USB 1.0/2.0 имелось всего 4 контакта, а разъемам USB 3.0 потребовалось уже 9 выводов.
Если внимательно присмотреться к рисунку слева, то видно, что контакты имеют разную длину. Это обеспечивает их замыкание в определённой последовательности. На рисунке в центре мы видим наличие защёлок, которые должны удерживать воткнутый кабель и обеспечивать тактильный щелчок в процессе соединения-рассоединения. На правом графике изображена зависимость усилия в процессе вставки-вынимания разъёма.
Пики, которые мы видим на нём - это моменты срабатывания защёлки.
Можно констатировать, что разработчики стандарта сделали если не всё, то почти всё, чтобы разъём стал максимально удобным и надёжным: он вставляется любым концом и любой стороной с ощутимым щелчком. По их мнению, он способен пережить эту процедуру более 10 тысяч раз.
Многоликий симметричный янус
Крайне приятной и полезной особенностью USB-C стал симметричный дизайн разъёма, позволяющий подключать его к порту любой стороной. Достигается это благодаря симметричному расположению его выводов.
По краям расположены выводы земли. Плюсовые контакты питания также расположены симметрично. В центре находятся контакты, отвечающие за совместимость с интерфейсом USB2 и младше. Им повезло больше всего - они дублируются и поэтому поворот на 180 градусов при соединении не страшен. Синим цветом помечены выводы, отвечающие за высокоскоростной обмен данными. Как мы видим тут всё хитрее. Если мы повернём разъём, то к примеру, выход TX1 поменяется местами с TX2, но одновременно и место входа RX1 займёт RX2.
Выводы Secondary Bus и USB Power Delivery Communication служебные и предназначены для общения между собой двух соединяемых устройств. Ведь им необходимо очень о многом друг другу рассказать, прежде чем начать обмен, но об этом позже.
А пока ещё об одной особенности. Порт USB Type-C изначально разрабатывался в качестве универсального решения. Помимо непосредственной передачи данных по USB, он может также использоваться в альтернативном режиме (Alternate Mode) для реализации сторонних интерфейсов. Такую гибкость USB Type-C использовала ассоциация VESA, внедрив возможность передачи видеопотока посредством DisplayPort Alt Mode.
USB Type-C располагает четырьмя высокоскоростными линиями (парами) Super Speed USB. Если две из них выделяются на нужды DisplayPort, этого достаточно для получения картинки с разрешением 3840×2160. При этом не страдает скорость передачи данных по USB. На пике это все те же 10 Гб/с (для USB 3.1 Gen2). Также передача видеопотока никак не влияет на энергетические способности порта. На нужды DisplayPort может быть выделено даже 4 скоростные линии. В этом случае будут доступны разрешения вплоть до 5120×2880. В таком режиме остаются не задействованы линии USB 2.0, потому USB Type-C все еще сможет параллельно передавать данные, хотя уже с ограниченной скоростью.
В альтернативном режиме для передачи аудиопотока используются контакты SBU1/SBU2, которые преобразуются в каналы AUX+/AUX-. Для протокола USB они не задействуются, потому здесь тоже никаких дополнительных функциональных потерь.
При использовании интерфейса DisplayPort, коннектор USB Type-C по-прежнему можно подключать любой стороной. Необходимое сигнальное согласование предусмотрено изначально.
Подключение устройств с помощью HDMI, DVI и даже D-Sub (VGA) также возможно, но для этого понадобятся отдельные переходники, однако это должны быть активные адаптеры, так как для DisplayPort Alt Mode, не поддерживается режим Dual-Mode Display Port (DP++).
Альтернативный режим USB Type-C может быть использован отнюдь не только для протокола DisplayPort. Возможно, вскоре мы узнаем о том, что данный порт научился, например, передавать данные с помощью PCI Express или Ethernet.
И этому дала, и тому дала. В общем… о питании.
Еще одна важная особенность, которую привносит USB Type-C – возможность передачи по нему энергии мощностью до 100 Вт. Этого хватит не только для питания/зарядки мобильных устройств, но и для работы ноутбуков, мониторов, а если пофантазировать, то и небольшого лабораторного источника питания.
При появлении шины USB, передача энергии была важной, но всё же второстепенной её функцией. Порт USB 1.0 обеспечивал всего 0,75 Вт (0,15 А, 5 В). Достаточно для работы мыши и клавиатуры, но не более того. Для USB 2.0 номинальная сила тока была увеличена до 0,5 А, что позволило получать от неё уже 2,5 Ватта для питания, например, внешних жестких дисков формата 2,5”. Для USB 3.0 номинально предусмотрена сила тока в 0,9 А, что при неизменном напряжении питания в 5В гарантирует мощность в 4,5 Вт. Специальные усиленные разъемы на материнских платах или ноутбуках способны были выдавать до 1,5 А для ускорения зарядки подключенных мобильных устройств, но и это “всего лишь” 7,5 Вт. На фоне этих цифр возможность передачи 100 Вт выглядит чем-то фантастическим.
Для того чтобы наполнить такой энергией порт USB Type-C служит поддержка спецификации USB Power Delivery 2.0 (USB PD). Если таковой нет, порт USB Type-C штатно сможет выдать на гора 7,5 Вт (1,5 А, 5 В) или 15 Вт (3А, 5 В) в зависимости от конфигурации. Для подробного описания этой спецификации в данной статье недостаточно места, да и всё равно я не сделаю это лучше, чем уважаемый в своей замечательной статье .
Однако, совсем обойти эту архиважную тему не получится.
Для того, чтобы обеспечить мощность в 100 ватт при напряжении пять вольт потребуется ток в 20 ампер! Такое при габаритах кабеля USB Type-C возможно пожалуй только если изготовить его из сверхпроводника! Боюсь, что сегодня это будет обходиться пользователям дороговато, поэтому разработчики стандарта пошли по другому пути. Они увеличили напряжение питания до 20 Вольт. “Позвольте, но ведь оно выжжет напрочь мой любимый планшет” - воскликните вы, и будете совершенно правы. Для того, чтобы не пасть жертвой разъярённых пользователей, инженеры задумали хитрый трюк - они ввели систему силовых профилей. Перед соединением любое устройство находится в стандартном режиме. Напряжение в нём ограничено пятью вольтами, а ток двумя амперами. Для соединения с устройствами старого типа этим режимом всё и закончится, а вот для более продвинутых случаев, после обмена данными, устройства переходят в другой согласованный режим работы с расширенными возможностями. Чтобы познакомиться с основными существующими режимами глянем на таблицу.
Профиль 1 гарантирует возможность передачи 10 Вт энергии, второй уже – 18 Вт, третий – 36 Вт, четвёртый целых – 60 Вт, ну а пятый нашу заветную сотню! Порт, соответствующий профилю более высокого уровня, поддерживает все состояния предыдущих по нисходящей. В качестве опорных напряжений выбраны 5В, 12В и 20В. Использование 5В необходимо для совместимости с огромным парком имеющейся USB-периферии. 12В – стандартное напряжение питания различных компонентов систем. 20В предложено с учетом того, что для зарядки аккумуляторов большинства ноутбуков используются внешние БП на 19–20В.
Пара слов о кабелях!
Поддержка описываемого в статье формата в полном объёме потребует огромной работы не только программистов, но и производителей электроники. Потребуется разработать и развернуть производство очень большого количества компонентов. Самое очевидное это разъёмы. Для того, чтобы выдерживать высокие токи питающего напряжения, не оказывать помех передаче сигналов очень высокой частоты, да ещё при этом не выходить из строя после второго коннекта и не вываливаться в самый неподходящий момент, качество их изготовления должно быть радикально выше по сравнению с форматом USB 2.Для совмещения передачи энергии большой мощности и сигналом с гигабитным трафиком, производителям кабелей придётся серьёзно напрячься.
Полюбуйтесь, как выглядит подходящий для нашей задачи кабель в разрезе.
Кстати, об ограничениях на длину кабелей при использовании интерфейса USB 3.1. Для передачи данных без существенных потерь на скоростях до 10 Гб/c (Gen 2) длина кабеля c разъемами USB Type-C не должна превышать 1 метр, для соединения на скорости до 5 Гб/c (Gen 1) – 2 метра.
Схемотехники производителей материнских плат, докстанций и ноутбуков долго будут ломать голову, как сгенерировать мощность порядка сотни ватт, а трассировщики, как подвести её к разъёму USB Type-C.
Производители чипов на низком старте.
Симметричное подсоединение и работа сигнальных линий в разных режимах потребует применения микросхем высокоскоростных коммутаторов сигналов. Сегодня уже появились первые ласточки. Вот, например, коммутатор от фирмы Texas Instruments, который поддерживает работу в устройствах как в режиме хоста так и ведомого устройства. Он способен коммутировать линии дифференциальных пар с частотой сигнала вплоть до 5ГГц.
При этом размеры чипа HDC3SS460 3.5 на 5.5 мм и в режиме покоя он потребляет ток порядка 1 микроампера. В активном же режиме - меньше миллиампера. Существуют и более продвинутые решения, например чипы производства NXP поддерживают частоту обмена до 10 ГГц.
Стали появляться и менеджеры питания, совмещённые с цепями защиты сигнальных линий от статики, например вот такое изделие от NXP
Оно предназначено для корректной обработки момента подключения разъёма, а так же размыкания цепи питания в случае неполадок. Данный чип уже поддерживает напряжение на VBUS до 30 вольт, а вот с максимальным коммутируемым током всё много хуже - он не должен превышать 1 ампера, что и понятно, учитывая габариты - 1.4 на 1.7 мм!
Безусловным лидером в этой области выступила Cypress, которая выпустила специализированный микроконтроллер с ядром ARM Cortex M0 поддерживающий все пять возможных для стандарта профилей питания.
Типичная схема включения для использования в ноутбуке даёт о нём некоторое представление, а подробнее с ним можно будет ознакомиться скачав даташит.
В отличие от чипа NXP он ориентирован на управление внешними силовыми ключами и поэтому может обеспечить коммутацию требуемых токов и напряжений, не смотря на свои малые размеры.
Внимание, Важная особенность для тех кто уже торопится заказать первые образцы - микроконтроллер не имеет USB интерфейса и не является полным и законченным решением. Он может служить только в качестве менеджера питания. В данный момент открыт предзаказ на поставку образцов и демонстрационных плат. Судьба этого микроконтроллера видимо будет во многом зависеть от того, снабдит ли фирма - производитель разработчиков референсными библиотеками для его использования в разных режимах.
Тот факт, что уже для него уже создано несколько демокитов сильно повышает вероятность последнего.
Лифт в небеса или Вавилонская башня.
Итак сегодня полностью сложилась революционная ситуация. Верхи не могут, а низы не хотят жить по старому. Всем надоела неразбериха с огромным количеством кабелей, зарядных устройств, блоков питания и их низкая надёжность.
Новый стандарт породил невиданную активность. Флагманы электронной индустрии - Apple, Nokia, Asus готовят к выпуску свои первые гаджеты с поддержкой USB Type-C. Китайцы уже штампуют кабели и переходники. На подходе докстанции и хабы с поддержкой высокой нагрузки по мощности. Производители чипов разрабатывают новые микросхемы и думают как бы запихнуть драйвер нового порта в микроконтроллер. Маркетологи решают куда воткнуть новый разъём, а инженеры чешут репу пытаясь реализовать многопрофильные устройства из уже имеющихся электронных компонентов.
Пока не ясно только одно. Что мы получим в результате? Удобный и надёжный разъём, который заменит львиную долю интерфейсов и найдёт повседневное применение, или вавилонское столпотворение, ведь ситуация может начать развиваться по не самому благоприятному сценарию:
Пользователи могут окончательно запутаться в многочисленных спецификациях и кабелях, которые будут выглядеть с виду совершенно одинаково, но при этом будут сертифицированы только под определённые профили. Попробуй разберись с ходу со всеми этими маркировками.
Но даже если получится, то это вряд ли решит проблему - китайцы без зазрения совести легко поставят на любой шнур любой значок. А если надо, то до кучи на каждую сторону одного кабеля разные, их не смутит даже если они будут взаимоисключающими.
Рынок наводнится невероятным количеством переходников разного калибра и сомнительного качества.
Пытаясь подключить одно устройство к другому никогда в результате не будешь знать к какому результату этот процесс приведёт и из-за чего коннект либо вовсе отсутствует, либо всё жутко глючит. То ли один из гаджетов не поддерживает нужный профиль, то ли поддерживает но не слишком корректно, то ли вместо качественного кабеля попалась его грубая китайской подделка. А что прикажете делать, если вдруг на вашем ноутбуке выйдет из строя единственный оставшийся на нём разъём?
До новых встреч.
P.S. Новый стандарт уже приводит к появлению весьма экзотических устройств. Так анонсирован кабель 100 метровой длины, который вроде бы никак не вписывается в стандарты. Вся фишка в том, что он активный. На обоих своих концах кабель имеет преобразователь сигналов USB3 интерфейса в оптический. Сигнал передаётся по оптике и на выходе конвертируется назад. Естественно он не передают энергию, а только данные. При этом каждый из преобразователей на его концах питается от разъёма к которому подключен.
Думаю, что в скором времени для подтверждения подлинности уважающие себя фирмы начнут вставлять в кабели активные метки. Проблема хабов породит невиданную активность у разработчиков и производителей DC-DC преобразователей. Как справедливо заметил уважаемый пользователь может возникнуть например ситуация, что устройство, которое питает способно выдать только 12 вольт, а подключенные к нему устройства начнут затребовать скажем одно 5, другое 18.
В общем этот стандарт обещает прокормить не одного разработчика, да и производители в накладе не останутся.
Начнем с того, что новый стандарт. USB Type-C. призван унифицировать разъемы на многих устройствах от кофеварок, фотоаппаратов, телевизоров и до смартфонов с компьютерами.
Только представьте мир в котором царит один стандарт. Вам не нужно брать с собой кучу переходников в поездку или думать есть ли необходимый кабель у знакомых дома, когда вы идете к ним в гости. В мире, где царит USB Type-C вы всегда сможете зарядить свой девайс, где угодно и когд а угодно.
Стандартизация это пожалуй самый главный козырь USB Type-C и его в итоге ощутят на себе практически все пользователи. Ну, а за то что разъём можно вставлять любой стороной отдельный респект инженерам разработавшим этот стандарт.
Более мощная зарядка
Зарядка вашего телефона с помощью кабеля от фотоаппарата или от компьютера — это ещё не самое крутое на что способен USB Type-C. Изначально в спецификации стандарта была заложена возможность пропускать через кабель огромное количество энергии вплоть до 100 Ватт мощности. Конечно же такой ток в смартфонах пока не нужен, но всё же приятно осознавать, что такой могучий потенциал уже заложен в стандарт USB-C.
Некоторым производителям уже сейчас удалось реализовать на базе Type-C свои стандарты быстрой зарядки. Например, Dash Charge от OnePlus может передавать до 5 вольт с силой тока 4 ампера, что равно 20 ватт мощности. Куалкомовская быстрая зарядка Quick charge 4 также работает на основе Type-C и выдает в пике порядка 18 ватт. Возможно, что в будущем какие-нибудь графеновые суперконденсаторы для того чтобы зарядиться за пару минут потребуют ток в 100 ватт и в таком случае за Type-C не заржавеет.
Вывод звука
На базе разъема Type-C можно реализовать огромное количество самых разнообразных интерфейсов от элементарного и банального аудио-разъема до продвинутого Thunderbolt 3 или pci express. Далеко за примерами ходить не будем. На рынке уже полно устройств у которых попросту отсутствует стандартный 3.5 мм mini jack. Его с успехом заменил цифровой интерфейс на базе USB Type-C.
Компания LeEco одна из первых показала публике преимущество данного способа передачи звука. Их технология CDLA позволяет передавать цифровой Hi-Fi звук без потерь и реализовывать крутейшие системы шумоподавления без дополнительного питания.
Передача видеосигнала через USB Type-C
Но производители смартфонов нашли и ещё одно интересное применение для Type-C. Ведь разъем может передавать не только звук, но и видео. Да еще и в тоже время подпитывать аппарат энергией. В итоге мы увидели ряд док-станций, которые превращают смартфон в полноценный системный блок.
Сначала эту идею реализовала Microsoft в своих lumia. Позже к ним добавились и устройства от HP Elite x3. Они все сильно ограничены в своей функциональности. Windows в режиме континуум не шибко балует пользователя возможностями, но всё же в таком режиме уже заметно удобнее браузить, работать с текстами и смотреть видосики на Ютубе. И вот совсем недавно с похожией станцией на рынок вышел .
Подводя итог на ум приходят мысли о будущем и о том как всё клёво будет, когда полноценный переход на USB Type-C всё же состоится. Но оглянувшись вокруг я понимаю, что это самое будущее уже наступило. Type-C можно встретить в самых неожиданных местах. В консолях, фотоаппаратах, телевизорах и камерах даже в некоторых недорогих ноутбуках. Осталось совсем чуток до полномасштабного перехода. Приходится только надеяться на то, что инженеры и производители не придумают какого-то нового.