Usb c что это
USB-порты используются очень широко, мы находим их практически в любом электронном устройстве – в смартфонах, планшетах, настольных компьютерах, ноутбуках, телевизорах, радиоприемниках, фотоаппаратах, камерах, игровых приставках, музыкальных проигрывателях и даже в спортивных часах и браслетах. Неудивительно, что стандарты USB постоянно развиваются – конструкторы хотят обеспечить более быструю передачу данных, чтобы использование портов и этих устройств стало более удобным и более эффективным.
До недавнего времени, в общем, мы могли встретить только версии USB 2.0 и USB 3.0. Однако, теперь вступил в силу новый стандарт – USB типа C. Что это такое и в чем разница между старыми портами USB и типом 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.
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.
Базовая поддержка: универсальность USB-C
Вы можете думать о своем старом USB-порте типа A как об интерфейсе для подключения дисков или периферийных устройств, таких как мыши. Но USB-C, в зависимости от реализации конкретного порта, может сделать гораздо больше.
Поддержка USB-C одновременной отправки видеосигналов и потока питания означает, что вы можете подключиться к собственному устройству DisplayPort, MHL или HDMI или подключить его к источнику питания, а также подключиться к чему-либо ещё, при условии, что у вас есть подходящий адаптер и кабели. Спецификация USB-C даже учитывает передачу звука через интерфейс, но до сих пор не заменила 3,5-мм разъем для наушников на компьютерах, как на некоторых телефонах Android.
Обязательно ознакомьтесь со спецификациями ПК, который вы собираетесь купить, поскольку не все порты USB-C одинаковы. Пока что все, что мы видели, поддерживают как передачу данных, так и передачу питания через. Но, хотя стандарт USB-C поддерживает подключение дисплеев DisplayPort и/или HDMI с помощью адаптера, не каждый производитель ПК подключает USB-порты к графическому оборудованию системы. Некоторые порты USB-C в системе могут поддерживать подключение видеовыхода, а другие – нет. Внимание к деталям очень важно.
USB тип C – какой кабель
Из-за совершенно нового типа разъема мы вынуждены покупать новые кабели. Мы должны помнить, однако, чтобы не стоит выбирать самые дешевые продукты, потому что они сделаны из материалов низкого качества. Они часто выходят из строя и даже приводят к разрушению порта или устройства.
Выбирая кабель, мы должны, в первую очередь, подумать о его типе – будет ли это кабель с двумя разъемами USB C или один из них будет microUSB C (этот тип входов можно найти даже в смартфонах). На рынке также имеются кабели с разъемами USB C – HDMI, USB A, DVI, D-Sub и т.д. Благодаря этому, мы можем соединить два разных устройства вместе. В любом случае стоит проверить, какой именно разъём доступен на вашем устройстве.
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:
11. Передаваемое по USB-C порту видео имеет плохое качество
Это не так. Набор функций USB-C превосходит таковой у USB 2.0. В спецификации USB-C перечислены «альтернативные режимы». Это функциональные расширения, позволяющие использовать с разъёмом USB-C нестандартные для USB протоколы, например, DisplayPort и Thunderbolt. USB-C поддерживает видео разрешением до 4К на сверхскоростных контактах. Разъём USB-C действительно комбинирует все ведущие протоколы для питания, передачи данных, видео и аудио в тонком и гибком форм-факторе.
Использование единого стандарта для управления всеми устройствами – труднодостижимая цель в сфере персональных технологий. В лучшем случае вы окажетесь на поле войны форматов, на котором фракция побеждает в течение нескольких лет, пока её не уничтожит совершенно новая технология. VHS съел Betamax, затем был вытеснен DVD, который исчез перед лицом Blu-ray, стандарта, который сам по себе отбил рынок у своего главного конкурента – HD DVD, и теперь столкнулся с угрозой от потоковых онлайн-сервисов.
Но USB-C совсем другое дело. И, возможно, он даже станет истинно универсальным, как предполагает его аббревиатура (Universal Serial Bus).
Порты USB Type-C теперь можно найти на самых разных устройствах – от простых внешних жестких дисков до кабелей для зарядки смартфонов. Хотя все порты USB-C выглядят одинаково, не каждый из них предлагает одинаковые возможности. USB-C может появляться везде, но он не выполняет одинаковые функции везде.
Вот руководство по всему, что может сделать с USB-C, и какие из его функций вы должны искать при покупке вашего следующего устройства USB-C.
2. USB Type-C и PD – штука дорогая
Может показаться, что переход от USB 2.0 к USB-C будет дорогим. Но для реализации базовой функциональности USB-C можно использовать простой контроллер на конечном автомате. Контроллеры на рынке стоят менее $0,2, и мало требуют в смысле финансов, энергопотребления и места на плате. Более того, с широким распространением USB-C стоимость контроллеров будет падать, а эффективность расти. Цены на внедрение стандарта падают с его распространением. Встроить в систему контроллер и разъём USB-C можно меньше, чем за $0,2.
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.
10. Я не смогу одновременно заряжать устройство и слушать музыку
Хотя разъём USB-C универсален, и поддерживает зарядку, передачу данных и прослушивание аудио, некоторые потребители расстроены тем, что у их устройств остался только один порт. Они предполагают, что порт USB-C может поддерживать только одну функцию в один момент времени. Однако спецификация USB-C составлена так, что один порт способен на несколько функций, что позволит использовать аксессуары. Потребители могут купить донгл со входом USB-C и несколькими выходами, чтобы иметь возможность одновременно заряжать устройство, передавать данные и использовать аудио.
7. Кабели Type-C подходят только для передачи данных и зарядки небольших гаджетов
USB-C воистину универсален. Он может заряжать не только телефон и носимые устройства, но и ПК, домашнюю технику и даже промышленное оборудование с потреблением до 100 Вт.
6. Кабель Type-C – это просто другой интерфейс, отличный от Type-A&B
Type-C с PD превосходит по всем параметрам Type-A&B – как по питанию, так и по скорости передачи данных. Type-A&B BC 1.2 доводил питание до 7,5 Вт, а USB-C PD может обеспечить до 100 Вт. У USB SS Gen 1 максимальная скорость передачи данных составляет 5 Гбит/с, а Gen 2 поддерживает скорость до 10 Гбит/с. Более свежие обновления позволяют использовать оба набора линий Tx и Rx, ещё раз удваивая эффективную скорость передачи данных.
USB-C и USB 3.1: номера портов
Протокол по умолчанию, используемый разъёмом USB-C, – это USB 3.1, который при теоретической скорости 10 Гбит/с в два раза быстрее, чем USB 3.0. Небольшая проблема заключается в том, что порты USB 3.1 также могут существовать в оригинальной, более крупной форме; эти порты (прямоугольники, которые мы все знаем) называются USB 3.1 Type-A. Но, исключая настольные компьютеры, чаще можно видеть порты USB 3.1 с физическими разъемами USB-C.
USB-IF определил стандарт USB 3.1 Gen 1 как отвечающий тем же интерфейсам и скорости передачи данных, что и USB 3.0. Когда вы видите USB 3.1 Gen 1, это значит, что он будет работать на тех же максимальных скоростях 5 Гбит/с, что и USB 3.0. USB 3.1 Gen 2, с другой стороны, относится к скоростям передачи данных до 10 Гбит/с, вдвое превышающим скорость USB 3.0 и соответствует пиковым теоретическим скоростям одноканального Thunderbolt (требуется, чтобы и устройство, и порт поддерживали стандарт Gen 2, чтобы достичь этих высот скорости).
Впрочем, в будущем USB 3 станет еще более запутанным. Предстоящая спецификация USB 3.2, которая также будет заменой всей существующей номенклатуры, включает в себя все предыдущие спецификации 3.x. Это означает, что более старый стандарт USB 3.0, который предлагает скорость до 5 Гбит/с, теперь будет называться USB 3.2 Gen 1. Тем временем USB 3.1 будет переименован в USB 3.2 Gen 2.
Порты USB 3.2 будут поддерживать в некоторых случаях максимальную скорость 20 Гбит/с, и эта итерация порта будет называться USB 3.2 Gen 2x2. USB-IF выбрал «2x2», потому что новый стандарт удваивает линии передачи данных в кабеле USB-C для достижения скорости передачи 20 Гбит/с. Первые порты USB 3.2 Gen 2x2 могут появиться на устройствах в конце этого года.
4. Все кабели Type-C одинаковые
У всех кабелей USB-C одинаковые разъёмы, подходящие к любому порту USB-C, но это не значит, что у них будут одинаковые электрические характеристики и возможности. Стандартные кабели поддерживают ток до 3А и длину до 4 м. Кабели короче 2 м должны поддерживать от 3 до 5 А и иметь специальную интегральную микросхему-маркер (e-marker).
USB-C гораздо меньше, чем HDMI и USB 3. И хотя его размер сравним с Lightning, USB-C станет универсальным, и при этом на обоих концах разъёмы будут одинаковыми
Кабели тоже могут иметь «полный набор свойств», поддерживая, к примеру, передачу видео в качестве 4К. Как упомянуто ранее, в кабеле с полным набором может быть больше проводов, что позволит увеличить его пропускную способность. Спецификации Type-C позволяют разработчикам использовать только те функции, которые необходимы для определённого порта, уменьшая сложность и стоимость производства. С развитием рынка всё больше решений оптимизируется для соответствия запросам.
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 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?
Чтё еще стоит упомянуть?
- Скорость передачи данных. Рост в два раза, по сравнению со стандартным USB 3.0. Кроме того, с помощью этого стандарта вы можете передавать видео в разрешении 4K со скоростью 30 кадров в секунду.
- USB Power Delivery. Это технология, благодаря которой мы можем заряжать устройства быстрее. До сих пор USB допускал зарядку током 0,5А. Теперь мы получаем силу до 5А и напряжение до 20В. Зарядка через USB типа C будет практически такой же эффективной, как при подключении зарядного устройства к розетке. Благодаря этому, мы сможем заряжать устройство, потребляющее до 100 Вт энергии.
- Практическое использование. Как мы уже упоминали, USB-разъём типа C является симметричным, поэтому кабель можно подключить с любой стороны, и он всегда будет совпадать. Благодаря его использованию мы можем одновременно отправлять и загружать информацию. Кроме того, с таким портом мы сможем избавиться от кабелей, соединяющих мониторы. Также стоит отметить, что новые штекеры тоньше и короче, что избавляет от многих физических проблем подключения.
В USB 2.0 имеется 4 контакта, в 3.0 – 9, а USB типа C – до 24. Кабель USB типа C имеет минимум 15 проводов, а штекер имеет размеры от 8,3 до 2,5 мм.
Стоит помнить, что некоторые устройства используют стандарт Thunderbolt 3, который также использует разъем USB типа C. Он позволяет, среди прочего, подключать внешние станции с графическими картами, поддерживает передачу изображений и построение массива памяти. Обеспечивает пропускную способность 40 ГБ/с.
Адаптеры и кабели для USB-C
USB-C электрически совместим со старыми портами USB 3.0 и, как мы обсуждали выше, полностью совместим с портами USB 3.1. Но из-за нового стиля порта вам потребуются адаптеры или кабели с подходящими разъемами, если вы хотите подключить всё, что не имеет разъема USB-C.
Иногда новый ноутбук будет оснащен этим; в других случаях вам может потребоваться приобрести их отдельно. Например, Apple продает различные USB-кабели и адаптеры для подключения USB-C к другим технологиям, таким как Lightning или Ethernet. Вы также можете найти различные из них для ПК, если вы просматриваете онлайн-магазины. Некоторые даже поддерживают более старые или более эзотерические протоколы, чтобы гарантировать, что устройство, которое у вас было много лет, будет работать на современном оборудовании. Например, легко найти адаптеры USB-C-DVI, но мы также сталкивались с некоторыми, которые разделены на два последовательных соединения RS-232.
Хорошая новость заключается в том, что если вы купите пару обычных кабелей USB-C (сейчас они широко доступны), они будут работать со всем, что поддерживает USB-C. Это большой шаг вперед по сравнению с ситуацией недавнего прошлого, когда вытаскивание мини-USB-кабеля из сумки для зарядки смартфона через порт micro-USB было почти таким же бесполезным, как захват Nokia Pop-Port или зарядного устройства Sony Ericsson.
Кроме того, новые док-станции для ПК теперь имеют широко интегрированный USB-C. Наличие только одного порта USB-C не является проблемой: вы можете найти доступные решения для стыковки USB-C как от производителей ПК, так и от сторонних производителей аксессуаров. Эти док-станции могут заряжать ваш ноутбук, предоставлять вам доступ к дополнительным портам (включая Ethernet, HDMI, USB 3.0 и VGA) и добавлять поддержку нескольких мониторов.
Нужен ли Вам USB-C?
Наличие (или отсутствие) порта USB-C становится всё более важным фактором при покупке ПК. Если вы купите ультратонкий ноутбук, у него почти наверняка будет хотя бы один порт USB-C, который автоматически выведет вас в экосистему. Если вы больше любите настольные компьютеры, вы наверняка найдете там и порты, по крайней мере, один на панели ввода-вывода на материнской плате и, скорее всего, больше на высокопроизводительных и игровых десктопах.
Мы только погружаемся в возможности USB-C, но одно можно сказать наверняка: кроссплатформенные разъемы следующего поколения быстро заменяют старый стандарт, точно так же, как оригинальный стандарт USB заменил Apple Desktop Bus (ADB), FireWire, PS/2, SCSI и последовательные порты на Mac и ПК. USB-C действительно является одним из портов для управления ими всеми, и его правление только началось.
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:
Все эти разъёмы объединяет одна простая вещь: внутри находится четыре контактных площадки, которые обеспечивают подключаемое устройство и питанием, и связью:
Номер контакта | 4 | 3 | 2 | 1 |
Обозначение | GND | D+ | D- | VBUS |
Цвет провода | Чёрный | Зелёный | Белый | Красный |
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.
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.
Спасибо за внимание!
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?
Поживём — увидим как оно выйдет. Пока же будем надеяться на лучшее, хотя в переходный период точно придётся не легко. Понимаю, что моя статья ответила далеко не на все вопросы о новом стандарте, но пора закругляться и браться уже за работу, а то у меня вырисовывается как раз первый клиент, который уже мечтает о плате с поддержкой USB Type-C. Есть шанс протестировать это чудо технологий на практике и затем поделиться уже личным опытом.
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 TimsTims 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.
Из-за популярности стандарта USB появилось несколько связанных с ним мифов – в частности, касательно его последнего варианта, USB-C с питанием (PD).
Интерфейс USB стал практически универсальным – примечательное достижение, которому помогло то, что интерфейс позволяет передавать и данные, и питание по одному кабелю. Протокол USB с годами развивался, догоняя требования продуктов к ваттам и битам. Сейчас мы дошли до состояния, в котором новейший вариант интерфейса — USB Power Delivery – способен передавать до 100 Вт мощности для обеспечения быстрой зарядки, которую потребители требуют для своих устройств. Кроме того, он поддерживает требования к быстрому обмену данными, типичные для всё более широкого и разнообразного спектра применений и секторов рынка.
Что такое USB-C
USB-C является стандартным разъемом для передачи данных и питания по одному кабелю. Разъем USB-C был разработан Форумом разработчиков USB (USB-IF), группой компаний, которая сертифицировала и разрабатывала стандарт USB на протяжении многих лет. В состав USB-IF входят более 700 компаний, среди которых Apple, Dell, HP, Intel, Microsoft и Samsung.
Это широкое признание крупными компаниями важно, потому что это часть того, почему USB-C был так легко принят производителями ПК. Сравните это с продвигаемыми (и разработанными) Apple разъемами Lightning и MagSafe, которые получили ограниченное признание за пределами продуктов Apple и которые из-за USB-C скоро устареют.
8. Мне всё ещё нужен разъём 3.5-mm jack для музыки
USB-C позволяет передавать аудио. В кабеле USB-C есть выделенные контакты D+/D-, поддерживающие аудиосигналы. Контакты SBU можно использовать для микрофона и земли. Некоторые производители наушников делают продукты с разъёмом USB-C, другие производят донглы-преобразователи. Донгл – это небольшой адаптер с разъёмом 3,5 мм с одной стороны и с USB-C с другой, позволяющий потребителю по-прежнему использовать свои любимые наушники со штырьком на 3,5 мм. И хотя качество аудио может пострадать из-за адаптера, многие пользователи предпочитают эти дешёвые варианты полной замене наушников.
1. USB Type-C и PD – штука сложная
Универсальный коннектор, который можно подключать в источник питания или в устройство, кажется, делает излишним для разработчиков и потребителей обсуждение того, какое из устройств питает другое. Однако продукты могут быть более – или менее – сложными, в зависимости от нужд разработчиков.
Для устройств только с Type-C разъёмом можно использовать единственную интегральную схему для управления всеми процедурами установки связи. Для более сложных нужд можно реализовать протокол Power Delivery (PD). Существуют строгие нормативы, которым нужно следовать для реализации USB-C PD. Перед получением сертификата продукты получают одобрение от инженерного комитета USB-IF. Использование прошивок от сертифицированных поставщиков интегральных схем может упростить разработку решения.
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?
В чем разница между USB Type C и другими стандартами
Прежде всего, стоит отметить, что в случае USB 2.0, 3.0, 3.1 и 3.2 интерфейс очень похож, в то время как USB тип C представляет собой разъём нового типа. Это связано с самым важным отличием от предыдущих версий – стандарт USB типа C не совместим с предыдущими разъемами, поэтому мы не можем подключить кабели USB типа A и B, которые были типичны для предыдущих стандартов. Это означает, что старые устройства нельзя подключить к разъёму USB типа C, и наоборот, новые кабели не будут соответствовать старым входам.
По сей день этот факт является источником критики нового стандарта. Тем не менее, он также имеет свои неоспоримые преимущества. Прежде всего, USB-разъем типа C занимает гораздо меньше места, он также симметричен – благодаря этому мы можем подключить штекер любой стороной, без нервного поиска правильной ориентации.
USB-C – это как Micro USB?
На первый взгляд, разъём USB-C выглядит аналогично разъему micro USB, хотя он имеет более овальную форму и немного толще, чтобы соответствовать его лучшей функции: легкому переключению.
Как Lightning и MagSafe, разъем USB-C не имеет ориентации вверх или вниз. Выровняйте разъем правильно, и вам никогда не придется переворачивать его, чтобы подключить. Кабели также имеют одинаковый разъем на обоих концах, так что вам не нужно выяснять, какой конец куда идёт. Этого не хватало USB-кабелям, которые мы использовали в течение последних 20 лет. В большинстве случаев мы получали разные разъемы на каждом конце.
5. USB Type-C – это ещё один кабель, который мне придётся покупать
Хотя кабель USB-C и уникален, принятие этого формата проходит довольно активно, и кабелей USB-C становится всё больше. Предполагается, что в итоге потребителям будет нужен только такой кабель. Если один и тот же кабель можно использовать для питания ПК от любого зарядника, для зарядки телефона и любой носимой электроники, то в перспективе количество нужных потребителям кабелей будет уменьшаться.
9. USB Type-C больше не будет поддерживать аудиосигнал
Многие считают, что проходящее через USB-C аудио должно быть цифровым. Это не так. Хотя многие разработчики электронных платформ хотят продолжать использовать аналоговое аудио, в спецификации USB-C указано, что при использовании аналогового аудио система должна поддерживать также и цифровое аудио.
USB тип C – как был создан стандарт
USB или Uniwersal Serial Bus впервые появился в 1998 году. Его создателями являются IBM, Microsoft, Intel, DEC и Compaq. USB обнаруживает оборудование, устанавливает необходимые драйверы к ним и позволяет подключаться к компьютеру со смартфона, планшета, камеры и других устройств.
Как мы уже упоминали, со временем возникла необходимость в увеличении скорости шины USB. В первой версии (1.0) была возможна скорость передачи 1,5 МБ/с, поэтому, когда в 2001 году был объявлен стандарт USB 2.0, пользователи смогли ощутить значительное увеличение производительности – скорость передачи достигла 60 МБ/с.
Вторая версия стандарта действовала в течение многих лет, однако, в конце концов, её оказалось недостаточно, поэтому в 2011 году появился USB 3.0, который – благодаря разъему A-типа – был обратно совместим. Благодаря технологии SuperSpeed, а также полнодуплексным полноэкранным парам, устройства могли работать со скоростью 5 Гбит/с, в то время скорость передачи увеличилась в десять раз – она составила 625 МБ/с. В 2013 году был объявлен ещё один стандарт с обратной совместимостью, а именно USB 3.1, который использует технологию SuperSpeed+ – скорость передачи увеличилась до 10 Гбит/с.
Результатом дальнейшего развития стандарта стал стандарт USB типа C. В нём также используется технология SuperSpeed+ . В настоящее время он используется во всё большем количестве устройств, поэтому он считается одним из главным разъёмов будущего.
Thunderbolt 3: повышенная скорость на USB-C
Возможно, наиболее полезным протоколом, который может поддерживать порт USB-C, является Thunderbolt 3. Это добавляет поддержку пропускной способности до 40 Гбит/с, наряду с уменьшенным энергопотреблением и возможностью передавать до 100 Вт мощности по интерфейсу.
Порт USB-C с поддержкой Thunderbolt 3 означает, что один кабель – это всё, что вам нужно для питания и передачи большого объема информации (вплоть до двух дисплеев по 60 Гц 4K) и даже для сложного устройства, такого как компьютер, что многие производители ноутбуков быстро использовали в своих интересах. Например, топовая версия MacBook Pro от Apple может похвастаться четырьмя разъемами этого типа.
Как и в случае с DisplayPort через USB-C, не каждый порт USB-C, который вы видите, обязательно имеет поддержку Thunderbolt 3. (Ищите символ маленькой молнии рядом с портом.) Но это изменится с приходом USB 4. Порты USB 4 по умолчанию будут поддерживать скорости Thunderbolt 3, оставаясь обратно совместимыми с USB 3. Некоторые новые устройства, скорее всего, будут иметь порты USB 4 и USB 3.2 Gen 2x2, оба из которых будут использовать форму физического разъема USB- C.
3. У всех портов Type-C одинаковая функциональность
Несмотря на общий разъём, наборы возможностей порта USB-C могут значительно различаться. Порты на адаптерах для розеток только заряжают устройства. Порты на носимых устройствах обычно используются только для зарядки. Порты на устройствах, умеющих и заряжать, и заряжаться, к примеру, ноутбуках, могут иметь разные свойства. Нагрузка стандартного порта Type-C ограничена 15 Вт, а у портов с PD повышается до 100 Вт. Кроме того, некоторые порты могут осуществлять обмен данными до USB SS Gen 2 со скоростью в 10 Гбит/с. Среди других возможностей – поддержка DisplayPort или Thunderbolt.
USB 3.0
Для улучшения характеристик стандарта была разработана новая спецификация USB 3.0, которая содержала следующие ключевые отличия:
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.
Читайте также: