Где используется USB Type-C? Что такое USB Type-C
У порта USB Type-C есть как минимум одно неоспоримое и очевидное преимущество перед портом micro USB - вставлять в него коннектор можно любой стороной (как Lightning). Но у USB Type-C есть и недостатки, о них мы расскажем сегодня.
1. USB Type-C не поддерживает быструю зарядку
В настоящее время ни один смартфон с кабелем USB Type-C не совместим с технологиями, поддерживающими быструю зарядку (например, с Qualcomm Quick Charge 2.0). Возможно, она появится в будущем, но точно не у тех смартфонов, что уже выпущены.
2. USB Type-C не гарантирует высокую скорость обмена данными
USB Type-C - это лишь форм-фактор коннектора, а не стандарт обмена данными. Сам кабель USB Type-C может соответствовать разным стандартам - USB 2.0, 3.0 и 3.1. Даже в том случае, если кабель поддерживает USB 3.1, скорость передачи данных через него будет ограничена портом смартфона или компьютера. В теории через USB 3.1 данные могут передаваться со скоростью до 10 гигабит в секунду, но в реальности такая скорость будет скорее всего недостижима даже при идеальных условиях.
3. USB Type-C слабо распространен
Наверняка вы часто просили у своих знакомых зарядное устройство или кабель для зарядки своего разрядившегося смартфона. В случае с USB Type-C такое не прокатит - вряд у кого-то найдется такой кабель. Попросить кабель micro USB можно у любого прохожего. Могут отказать, но он есть почти у всех..
4. USB Type-C это дорого
Хуже всего, если кабель потеряется или придет в негодность - шнур с micro USB стоит в компьютерных магазинах очень дешево, а USB Type-C есть далеко не во всех торговых точках, и за него придется выложить гораздо больше денег. Кроме того, нет никакой гарантии, что новый кабель будет таким же качественным, как тот, что прилагался в комплекте к смартфону, велик риск нарваться на подделку.
5. USB Type-C не поддерживает привычные аксессуары
Если вы уже купили для своего смартфона различные аксессуары, вроде портативных зарядных устройств, OTG-переходников, флэшек, колонок и т.п., будьте готовы, что они окажутся несовместимы с USB Type-C. Найти аксессуары, которые поддерживают этот стандарт, в настоящее время довольно сложно.
Все это вовсе не означает, что стандарт USB Type-C плох, просто его время еще не пришло. К тому же, многие проблемы совместимости решаются покупкой адаптера USB Type-C -> micro USB.
В своих материалах, посвященных выбору -, тонких ультра- и прочих буков я нет-нет, да и упоминал интерфейс USB Type-C, наличие которого – несомненное достоинство той или иной модели компьютера. Пусть и небольшое преимущество, несравнимое по значимости с , видеокартой и проч., но мы то ведь знаем, кто кроется в деталях, и именно эти маленькие плюсики и минусики и могут склонить чашу выбора в ту или иную сторону, повлияв на решение, какую модель предпочесть и какой ноутбук купить. Итак, USB Type-C — что это, с чем едят, в смысле, как и для чего его можно использовать и нужен ли он вообще. Разбираемся?
USB Type-C – что в имени тебе моем?
Историю появления и развития интерфейса USB я повторять не буду. Он стал настолько привычным, что даже принятое некогда кем-то решение сделать разъем несимметричным все еще бесит, но уже не сильно. Речь о том, что вставлять флешку или кабель в привычное USB-гнездо надо в определенном положении. Как часто вам удавалось с первого раза подключить устройство в разъем на задней стороне системного блока с первого раза? А со второго? Ну максимум с третьего.
Правда, нельзя не отметить, что разъем надежен, выдерживает большое количество подключений, способен хорошо противостоять (в разумных пределах, конечно) механическим нагрузкам. Но из этих качеств вытекает и недостаток – для компактных устройств в своем оригинальном виде (Type-A) он слишком громоздок.
Какой выход? Сделать то же, но меньше, в итоге появился Mini-USB, Micro-USB. Стало лучше? Да, но все равно как-то неудобно, для разных устройств нужны разные кабели или переходники, да и вставлять даже маленькие разъемы все равно надо определенным образом.
Так вот, Type-C – это новый стандарт разъема, который наконец то (чепчики вверх и пробки от шампанского в потолок) стал симметричным! Его компактность и универсальность позволяет заменить весь существующий «зоопарк» вариантов разъемов и, соответственно, кабелей. При этом разрабатывался он под новую спецификацию стандарта USB, который получил номер 3.1.
Основные характеристики стандартов 3.0 и 3.1 приведены в таблице.
| Версия | USB 3.0 | ||
| Макс. скорость передачи, Гб/с | 5 | 5 | 10 |
| Макс. ток, А | 0.9 | 5 | |
| Кодирование | 8b/10b | 128b/132b | |
| Длина кабеля, м | 2-3 | 1 | |
| Ресурс (количество подключений) | 1500 (Type-A) | 10000 | |
Добавим, что через Type-C можно (учитывая ток в 5 А) заряжать само устройство, подключать внешний монитор, периферийные устройства, накопители… Получается, что если в ноутбуке имеется такой разъем, значит, можно будет воспользоваться всеми этими благами?
— А то спустишь воду, а там может быть…
— Что там может быть?
— Все, что угодно, понял?
© «Особенности национальной рыбалки»
Не совсем так. Вы гарантированно получите новый компактный разъем и USB в нем. Я намеренно не указываю, какая версия протокола там может быть, ибо Type-C – это спецификация разъема и того, что в нем МОЖЕТ быть, а вот что используется в конкретной модели планшета или ноутбука – это уже зависит от производителя этого гаджета.
Type-C – возможности
Как уже стало, надеюсь, понятно, новый разъем – это уже больше, чем просто USB, причем, намного больше. В, если можно так сказать, «базовой» конфигурации он обеспечивает работу USB 3.1 со всеми преимуществами этой новой версии интерфейса.
Все остальные «плюшки» – это альтернативные режимы работы Type-C, которые определенным образом помечаются на корпусе устройства. Причем, изменения могут приводить как к расширению используемых возможностей, так и к тому, что USB 3.1 может быть заменен на 3.0 или даже на 2.0. Приведем те варианты, которые могут встретиться на данный момент, ибо возможности этого разъема еще далеко не исчерпаны.
| DisplayPort. Через Type-C можно подключить внешний дисплей с максимальным разрешением 3840 х 2400 точек. Такая возможность должна быть отмечена либо на корпусе ноутбука соответствующим значком, либо указана в спецификации на устройство. | |
 | HDMI. Появилась возможность подключения внешних устройств без адаптеров, напрямую при помощи HDMI версии 1.4. |
| Thunderbolt. Поддержка режима совместимости с протоколом Thunderbolt 3. | |
 | Power Delivery (PD). Спецификация нового стандарта, обеспечивающего передачу токов мощностью до 100 Вт в обе стороны, что позволяет заряжать ноутбук через этот порт, или, наоборот, запитывать подключенное через него внешнее устройство, например, внешний дисплей. На корпусе устройства такой разъем обычно помечается буками PD, нанесением значка в виде батарейки, хотя могут быть и другие варианты. Если поддержки PD нет, то максимальный выдаваемый ток будет составлять 1.5 или 3 А в зависимости от модификации. |
 | Поддержка протокола USB 3.1 Gen.1. Поддержка скорости работы до 5 Гб/с. |
 | Поддержка протокола USB 3.1 Gen.2. Поддержка скорости работы до 10 Гб/с. |
Какие функции поддерживает Type-C, установленный в конкретной модели ноутбука, отмечается на корпусе, или же прописывается в спецификациях.
Для примера рассмотрим ноутбук-трансформер Lenovo Yoga 910. Он оснащается двумя портами Type-C, причем один из них работает на USB 2.0 (кстати, вот пример того, что обязательного наличия USB 3.1 никто не обещал), а второй – 3.0 с поддержкой DisplayPort. Причем, функция поддержки режима зарядки через этот разъем помечена просто значком электрической вилки, без изысков вроде логотипа «PD» и т. п. То же касается и поддержки подключения монитора. Это понятно только из документации на ноутбук.
Другой пример – ультрабук Asus ZenBook 3 UX390UA, в котором, если не считать аудиоразъем, установлен всего один Type-C. Зато он может почти все: к нему подключается блок питания, через него можно вывести изображение на внешний дисплей, обмениваться данными с внешними носителями со скоростями, соответствующими интерфейсу USB 3.1 Gen.1. Кстати, обратите внимание на маркировку разъема на корпусе. Все четко, ясно и понятно.
Перспективы
В активной разработке сейчас находится спецификация следующей версии USB – 3.2, при этом будет использоваться Type-C, прорабатывается возможность работы с протоколами PCI Express и Base-T Ethernet. В общем, этот разъем – будущее, правда, продвигаемое пока что не столь активно. Причина – в огромном количестве устройств под старые разъемы, для подключения их придется покупать переходники и хабы.
Заключение. USB Type-C — что это, будущий властелин гаджетов?
Вполне возможно. Наличие единственного, универсального разъема – это, скорее благо. Возможность при помощи одного разъема подключить и питание, и флешку, и всякие другие устройства – заманчива. Есть только одно «но».
В случае, если через порт подключается питание, или с его помощью запитываются другие устройства, причем на больших мощностях, то следует обратить особое внимание на качество используемых проводов, адаптеров и хабов. Низкокачественные изделия фирмы «дядюшки Ляо» могут привести к неприятным последствиям в виде сгоревших устройств с последующим дорогостоящим ремонтом.
Высоких скоростей вам, дорогие читатели, и безопасного подключения!
Вам приходилось встречать человека, который с восторгом говорил: «В моем смартфоне есть Type-C»?
Дебаты о современности и пользе нового интерфейса ведутся достаточно долго. Одни считают его будущим, другие - утопией. Вся беда в том, что обе стороны имеют весомые доказательства своей правоты. Чтобы разобраться в ситуации, необходимо всесторонне изучить вопрос.
Развитие
Не все помнят первый разъем USB Type-A, который по сей день используется в новейших компьютерах, ноутбуках и планшетах. В далеких 90-х годах он имел такую же физическую форму, но другой стандарт - USB 1.1. Если говорить более подробно, были ограничения по скорости передачи данных.
В 2001 году был разработан стандарт 2.0, который является самым распространенным на сегодняшний день. Он обеспечил скорость передачи данных до 480 Мбит/с. В этот момент началась эпоха создания универсального и скоростного разъема для подключения.
Первым общепринятым разъемом, получившим большую популярность и распространение, стал Type-B Mini. Он успешно применяется в телефонах, фотоаппаратах, видеокамерах и позволяет подключить устройства к компьютеру. Однако не стоит считать это большим прорывом, так изменилась только форма, стандарт остался прежним - USB 2.0. Другими словами, скорость передачи не увеличилась.
Стремление минимизировать габариты гаджетов привело к созданию нового Type-B Micro. Он продолжает оставаться главным героем подавляющего количества современной техники, но не может предложить пользователям больших преимуществ.
Настоящим прорывом стала спецификация USB 3.0, которая кардинально поменяла взгляд на многие вещи. Новый интерфейс позволил увеличить скорость передачи данных до 5 Гбит/с. Изменения коснулись и внутреннего строения. В новом 3.0 представлена 9-контактная группа (в 2.0 было всего 4 контакта).
Последним шагом на пути к появлению Type-C стало принятие стандарта 3.1, который остается самым быстрым и эффективным в наши дни. Пользователи получили возможность передавать данные со скоростью до 10 Гбит/с. Новый стандарт также позволяет передавать заряд мощностью в 100 Вт.
Стандарт состоит из 24 пинов: два ряда по 12 штук. 8 пинов интерфейса USB 3.1 применяются для обмена данными с высокой скоростью. Пины B8 и A8 (SUB1 и 2) используются для передачи аналоговых сигналов в наушники (правый и левый), A5 и B5 (СС1 и 2) необходимы для выбора режима питания. Также есть выводы земли (GND) и питания (V+).
Преимущества Type-C
Он не так уж и необходим, а просто является очередной физической модификацией, получившей поддержку USB 3.1. Но не стоит спешить с выводами, так как есть целый ряд преимуществ, которые предлагает новый разъем:
- Безопасность . Разъем является двусторонним, т.е. можно подключать кабель в любом положении. Это обеспечивает полную безопасность и сохранность гаджета от поломок, которые сопровождаются загнутыми или сломанными контактами.
- Универсальность . Обеспечена полная совместимость со всеми стандартами старого поколения, начиная с USB 1.1.
- Независимость . Type-C, поддерживающий USB 3.1, может обеспечивать подключаемые устройства питанием до 100 Вт. Проще говоря, при подключении идет не просто полноценное энергоснабжение, но и подзарядка аккумуляторов других гаджетов, как от « ».
- Компактность . Разъем имеет очень маленькие габариты, поэтому активно используется в производстве современных и планшетов.
Недостатки
С технической точки зрения USB Type-C практически совершенен. Так почему он до сих пор не стал самым популярным? Почему производители не спешат оснастить им свою технику? Для технического оснащения нет никаких препятствий, однако есть весомые причины, которые тормозят этот процесс.
В первую очередь, он имеет уникальную физическую структуру, поэтому для подключения большинства гаджетов необходимы кабели-переходники, всевозможные разветвители и адаптеры. Если подключаемое устройство не поддерживает USB 3.1, такое подключение просто теряет смысл, так как не будет обеспечена максимальная скорость передачи данных и поддержка питания.
Большинство выпущенной компьютерной, мобильной, аудио- и видеотехники оснащено Type-A, Type-B Mini/Micro, которые не имеют поддержки USB 3.1 или даже 3.0. Массовый переход на USB Type-C снизит спрос на существующие товары, у которых он отсутствует. Независимо от желаний и надежд пользователей, производители осознанно отодвигают эффективную технологию и тормозят ее распространение.
Во-вторых, даже при наличии в двух подключаемых устройствах Type-C получение всех преимуществ может быть недоступно. Это связанно с несовершенной технологией обработки и передачи информации определенных категорий устройств. Например, можно синхронизировать смартфон и персональный компьютер/ноутбук через Type-C. Однако передача данных в обоих направлениях будет ограничена, так как максимальную скорость не сможет обеспечить винчестер.
Да, новая технология доступна, она используется, но до полного перехода пока далеко. Нужно понимать, что в случае полного перехода на USB Type-C придется отправить на утилизацию всю устаревшую технику.
Мы на пороге значительных изменений - на замену классическим и привычным портам USB 2.0 и 3.0 приходит новый, обратно совместимый тип разъёма. Несмотря на внешнее удобство, симметричность и визуальную простоту, список возможностей USB Type-C не только впечатляет, но и одновременно таит в себе много неочевидных сложностей для пользователя.
Первый стандарт USB появился в 1994 году для решения ключевых проблем того времени: унификацию разъёма для периферии ПК оборудования совмещенную с высокой скоростью передачи данных. C 2001 года версия разъема USB 2.0 (а также его различные вариации) стали универсальным стандартом подключения для любой периферии. Залог пятнадцати лет успеха USB - простота, ведь внутри лишь четыре контакта, которые обеспечивают подключаемое устройство питанием и связью.
То что было преимуществом в 2000-х, стало узким местом для устройств современности - USB-порты перестали справляться с растущим в почти геометрической прогрессии объёмом информации, пользователи оценили преимущества симметричных (и быстрых!) мобильных реверсивных разъемов (таких как Apple Lightning), кабели в которых можно вставлять обеими сторонами, а скорость беспроводной передачи данных вплотную приближается к скорости кабельного подключения.
USB 3.0 лишь подчеркнул существующую проблему, механически нарастив количество дополнительных контактов до пяти, что дало увеличение максимальной пропускной способности с 480 МБит/с до 5 Гбит/с, а максимальный ток вырос с 500 мА до 900 мА. Новый разъем получил также свою отличительную маркировку - гнездо синего цвета. Разъемам USB 3.0 для работы требуется 9 выводов.
Давайте разберемся, насколько сильно разъем USB Type-C / USB-C / USB C отличается от своих предшественников, какие перспективы и сложности таит в себе переход на новый тип разъема и какие виды кабелей он сможет заменить собой в ближайшее время.
Путаница начинается с названия: “USB Type-C”, “USB-C” и “USB C” это разные названия одного разъёма, который может работать с различными протоколами. Пока общее название не устоялось, мы будем придерживаться названия USB Type-C - хотя общая тенденция указывает на растущую популярность более краткого варианта USB-C.
Диаграмма обратно совместимых протоколов USB Type-C позволяет понять, какие функции может брать на себя новый разъем - их оказалось неожиданно много, что не может не радовать. Самое важное в этой диаграмме - это то, что каждый следующий уровень обратно совместим с уровнями ниже.
Самый быстрый протокол для нового разъема - это Thunderbolt 3. Аппаратный интерфейс Thunderbolt был разработан компанией Intel в сотрудничестве с Apple. Сама торговая марка Thunderbolt ранее принадлежала Apple, но позже была передана компании Intel. Разъемы USB Type-C, работающие с этим протоколом установлены в новых
А вот порт USB Type-C в предыдущем находится “ступенькой ниже”, позволяя подключать периферию совместимую только со стандартом USB 3.1 gen 1, но не с Thunderbolt 3.
Это хороший пример, наглядно демонстрирующий на практике, почему несмотря на одинаковый разъем USB Type-C, периферию для Thunderbolt 3 нельзя подключить к Macbook 12, однако любые аксессуары и периферия для Macbook 12 будут работать с новым Macbook Pro 2016.
Давайте посмотрим подробнее, какие еще типы сигналов может передавать через себя USB Type-C.
В первую очередь, это классический USB 2.0 и USB 3.0 – это актуально для мобильных устройств с новым разъемом (например первый планшет с USB Type-C Nokia N1), которые поддерживали сигналы и питание только для USB 2.0. Самые современные мобильные устройства (например l) поддерживают подключение USB 3.0.
Что это значит на практике? Приобретая кабель для мобильного устройства с USB Type-C, обратите внимание на скорость и совместимость разъемов у обоих гаджетов. Хорошим выбором для современного Windows-ноутбука с USB 3.0 станет кабель который обеспечит работу через USB Type-C по протоколам USB 2.0 и 3.0.
Если ваше мобильное устройство, например Android-смартфон, оснащено портом Micro-USB (или его модификацией Micro-USB B), работающий по протоколу USB 2.0, можно ограничится кабелем , или . Максимальная скорость передачи данных будет ограничена 480 Мбит/с.
Следующий стандарт это USB 3.1 gen 1 – позволяющий подключать жесткие диски, сетевые адаптеры и док-станции. Он обратно совместим с протоколами «SuperSpeed» USB 3.0, «Hi-Speed» USB 2.0 и даже с оригинальным USB 1.х.
Протокол USB 3.1 gen 2 – аналогичен предыдущему, но удваивает пропускную способность USB-периферии до 10 Гбит/с. Его поддерживают только самые новые устройства USB-C.
Подключение по USB 3.1 и USB Type-C поддерживают и внешние диски, например .
Примеры аксессуаров, обеспечивающие совместимое скоростное сетевое подключение через USB Type-C:
и .
Режим Audio Accessory Mode (режим аудио-аксессуара) – это спецификация для использования с аналоговым аудио, что позволяет порту USB Type-C конкурировать в будущем с аналоговым 3.5-мм разъемом.
Режим подключения Alternate Mode (альтернативный режим) – включает в себя все другие не-USB протоколы: это DisplayPort, MHL, HDMI и Thunderbolt (подключение к которому ранее осуществлялось через разъем DP). Главная проблема тут - не каждое устройство поддерживает протокол Alternate Mode, что очень запутывает покупателей.
Для видеоустройств доступны не только фирменные переходники с USB Type-C от Apple: и адаптер , но и варианты от других производителей, например .
Но есть и преимущества - передача видеопотока по порту USB Type-C никак не влияет на его энергетические способности, ведь на нужды DisplayPort может быть выделено целых четыре скоростные линии. В этом случае возможна передача изображения в разрешении вплоть до 5120×2880.
Симметричность контактных площадок позволила сделать порт реверсивным, а в зависимости от подключенного устройства задействовано различное количество подключений.
Первый порт USB 1.0 обеспечивал питание всего 0,75 Вт (0,15 А, 5 В). Для USB 2.0 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”. Не удивительно, что для подключения более энергоемких дисков порой требовалось несколько портов сразу.
Для USB 3.0 предусмотрена сила тока в 0,9 А, что при напряжении питания в 5 В гарантирует мощность в 4,5 Вт. На фоне этих цифр, возможность передачи 100 Вт действительно впечатляет!
Для обеспечения передачи такого количества энергии, напряжение питания может увеличиваться до 20 Вольт. Контакты Secondary Bus и USB Power Delivery Communication предназначены для выбора нужного режима работы между соединяемыми гаджетами - ведь если устройство не способно принять 100Вт энергии, оно просто сгорит! Благодаря предварительному обмену данными, совместимые устройства переходят в продвинутый режим работы с расширенными возможностями для питания.
Всего таких профилей пять: “профиль 1” гарантирует возможность передачи 10 Вт энергии, второй – 18 Вт, третий – 36 Вт, четвёртый – 60 Вт, ну а пятый целую сотню!
Для работы функции PD (Power Delivery) потребуется отдельный кабель, например
Перспективы у USB Type-C или USB-C очень радужные. Кроме Apple, портами USB Type-C начинают оснащаться как производительные десктопы (материснкие платы), так и мобильные устройства. Пока что лидирующее место занимает протокол USB 3.1 в обоих своих вариациях (а мобильные устройства только-только подбираются к скоростям USB 3.0).
Пройдет совсем немного времени и мы наконец сможем перейти на универсальный вид кабелей USB-C с USB-C (такие кабели доступны уже сейчас) для подключения остальной периферии. Особенно приятно, что приобретенные сегодня аксессуары продолжат работу благодаря режиму обратной совместимости. Важное замечание - USB Type-C это открытый стандарт, не требующий от производителей лицензионных отчислений.
Риски и сложности заключаются лишь при подключении новой периферии (требующей самых скоростных протоколов, таких как Thunderbolt различных версий) к более старым версиям устройств с USB Type-C, работающих на скоростях USB 3.1 - в лучшем случае они смогут продолжить работу на пониженной скорости.
При покупке аксессуаров и кабелей USB Type-C обязательно учитывайте на каких скоростях должно (и может) работать ваше устройство - если для мобильных устройств и гаджетов подойдут скорости USB 2.0-3.1, то для передачи видеосигнала или данных с жестких дисков высокой ёмкости может быть важной совместимость с интерфейсом Thunderbolt 3.
Для вашего удобства, мы собрали в отдельном разделе каталога.
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 stpark 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
