Всё, что вы хотели знать про USB Type-C, но боялись спросить / Блог компании М.Видео-Эльдорадо / Хабр

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…

Маленькая революция в мире USB

USB Type-C или USB-C, кстати, оба варианта названия верны, — универсальный разъем стандарта USB, курируемого международной организацией USB-IF. Первый релиз был выпущен в 2014 году, а последняя и действующая спецификация 2.0 датирована августом 2019 года. USB-C призван заменить все существующие стандартные разъемы USB. 

В спецификации приведены конструктивные преимущества:

  • возможность использования в тонких гаджетах (ультрабуках, смартфонах и т.п.) за счет компактности — высота гнезда USB Type-C не превышает 3 мм;
  • независимость от ориентации штекера — можно подключать любой стороной;
  • независимость от направления подключения (хост и девайс) — одинаковый разъем на обоих концах кабеля.

Без паники — по старой доброй традиции USB сохраняется обратная совместимость со старыми версиями стандарта. C помощью переходника вы подключитесь к устройству с традиционными Type A или Micro B. Разумеется, скорость передачи данных и уровень мощности будут ограничены по минимальной версии стандарта у взаимодействующих устройств. Тот же Micro USB, свойственный для USB 2.0, порежет полосу до 480 Мбит/с. Подробнее об этом в разделе про кабели.

Самое интересное начинается как раз с пропускной способности. Начиная с версии USB 3.2 Gen2x2, он же SuperSpeed 20 Гбит/с (подробнее про правильные наименования здесь и здесь), используется только USB Type-C.

В будущем стандарте USB4, который уже совсем близко, будет поддержка только этого разъема. Если нужна скорость от 20 Гбит/с и выше — только посредством USB-C.

Разумеется, помимо инновационного конструктива, разработчики произвели серьезный апдейт основных ТТХ. В первую очередь, это расширение полосы и увеличение мощности. Дополнительно появилась возможность работы со сторонними интерфейсами. Зафиксируем все, что «проходит» через разъем USB-C:

  • USB 2.0;
  • USB 3.2;
  • USB4;
  • Thunderbolt3 (TBT3);
  • USB Power Delivery (USB PD);
  • DisplayPort Alt Mode (DP AM).

Подробнее о доступных альтернативных режимах и модных способах подключения монитора читайте здесь.

Что такое USB-C?

USB-C является относительно новым стандартом, целью которого является обеспечение высокоскоростной передачи данных со скоростью до 10 Гбит/с и способностью пропускать питание до 100 Вт. Эти функции могут сделать USB-C действительно универсальным стандартом подключения для современных устройств.

USB-C или USB Type-C?

Эти два термина обычно взаимозаменяемы (в этой статье мы будем использовать оба). Хотя USB-C используется чаще, USB Type-C, как указано на USB.org, является официальным названием стандарта.

Особенности USB-C

Интерфейс USB-C имеет три основные особенности:

  • Он имеет двухсторонний разъем. Интерфейс спроектирован таким образом, что вилка может быть перевернута относительно гнезда.
  • Он поддерживает стандарты USB 2.0, USB 3.0 и USB 3.1 Gen 2. Кроме того, он может поддерживать сторонние протоколы, такие как DisplayPort и HDMI в режиме работы, который называется альтернативным режимом.
  • Он позволяет устройствам согласовывать и выбирать соответствующий режим питания через интерфейс.

В следующих разделах мы увидим, как эти функции предоставляются стандартом USB Type-C.

Шаг 1: Выбираем подходящую USB флэшку

Первое, что вам нужно сделать, это выбрать флэшку с паяным разъемом. Не все USB-накопители одинаковые и единственный способ узнать это – вскрыть ее. Используйте для этого нож или отвертку.

[Фото 2-5] — это китайская флэшка в корпусе из нержавеющей стали. Как видите, эта ультратонкая флэшка набита пластиком, паяного разъема нету.

[Фото 6-8] — еще одна флэшка из Китая. У нее есть плата с разъемом, буду использовать ее. Обратите внимание, «грязный» припой в разъеме связан с тем, что я уже паял эту флэшку.

Что это такое

Для такого существуют otg кабеля, которые по факту просто заумно названные переходники между micro-usb и usb. Позволяющие подключать к тем же смартфонам мышки и с помощью дополнительного ПО и драйверов свободно пользоваться ими, без ограничений. Такой кабель для подсоединения внешних манипуляторов стоит от пары долларов до десятка, в зависимости от фирмы производителя, качества и количества устройств, подсоединяемых за раз. И главный вопрос нашего обывателя: как самому сделать такое устройство, дабы не тратить деньги? Благо, для этого достаточно старой зарядки и ненужного соединителя, а также плоскогубцев и изоленты.

По факту такое устройство не имеет никаких сложных микросхем или адаптеров, вся настройка контроллера происходит за счёт внутреннего ПО планшета или телефона, потому это просто кабель с входом и выходом, который можно изготовить за 10 минут. И всё же, как сделать otg кабель своими руками если у вас есть только старая зарядка от смартфона? Зачем вообще необходимо подключать внешние манипуляторы к мобильным девайсам, и как бороться с различиями в силе тока устройств? И что необходимо знать об отг, прежде чем использовать его?

otg кабель своими руками

Вскрытие покажет. Распиновка USB Type-C

Рассмотрим внимательнее разъем. Внешне он сильно отличается от своих предшественников, впервые получив округлую симметричную форму.

Пусть вас не смущают отсутствие видимых зацепов на штекере и многочисленные жалобы на это. В разъеме реализован механизм фиксации в виде защелок на штекере и углублений под них на гнезде. Входить и выходить такой шнурок сможет долго — заявленная наработка на отказ — 10 000 циклов. Если в среднем ежедневно делать по пять подключений, то должно хватить на 5 лет работы.

Начинка разъема отличается в зависимости от исполнения. Гнездо бывает двух типов: полнофункциональное (Full-Featured Type-C Receptacle) и поддерживающее только USB 2.0 (USB 2.0 Type-C Receptacle).  

Заглянем внутрь полнофункциональной «мамы» — там расположена двухсторонняя площадка с 24 контактами, которые делятся на несколько контактных групп:

  •  A1, A12 и B1, B2 — «земля», расположены симметрично;
  •  A4, A9 и B4, B9 — питание, расположены симметрично;
  •  A6, A7 и B6, B7 — пара пинов для передачи данных по USB 2.0, на обратной стороне расположены зеркально;
  •  A2, A3, A10, A11 и B2, B3, B10, B11 — две пары пинов для высокоскоростной передачи данных по USB 3.2 и USB4, а также альтернативного режима. Каждая пара пинов образует канал (lane). На обратной стороне каналы имеют зеркальное расположение;
  •  A5 и B5 — зеркально расположенные управляющие контакты;
  •  A8 и B8 — зеркально расположенные вспомогательные контакты, используемые для передачи нестандартных сигналов, например, звуковых в альтернативном режиме.

В гнезде, поддерживающем только USB 2.0, на усмотрение производителя разрешается не разводить контакты высокоскоростных каналов.

Кстати, в подавляющем большинстве смартфонов порт USB-C только с 2.0. Например, на борту Honor 20 как раз такой «урезанный» разъем, а у старшего брата Huawei P30 уже полнофункциональный.

Штекер существует уже в трех разновидностях (это мы еще до кабелей не дошли):

  • полнофункциональный (Full-Featured Type-C Plug);
  • кабель USB 2.0 (USB 2.0 Type-C Plug);
  • только для питания (Type-C Power-Only Plug).

Полнофункциональный штекер содержит минимум 22 контакта:

Часто пины B6 и B7 отсутствуют, поскольку для USB 2.0 достаточно одной контактной пары, а в гнезде они имеются на обеих сторонах. Один из управляющих пинов меняет свое назначение и называется Vconn. Он используется для питания специального чипа электронной маркировки.

В штекере USB 2.0 Type-C отсутствуют пины высокоскоростных каналов и нестандартных сигналов (SBU1 и SBU2). Таким образом, остается минимум в 12 контактов.

Штекер типа «Power Only» встречается в природе нечасто и содержит девять обязательных пинов (A1, A4, A5, A9, A12, B1, B4, B9, B12). Наличие остальных — опционально.

Как штекер с гнездом разговаривали. Конфигурация соединения

При осуществлении контакта запускается процесс конфигурации. Он происходит на управляющих пинах (CC1 И СС2) и состоит из нескольких этапов, включающих в себя:

  • определение источника питания и потребителя;
  • определение ориентации штекера;
  • определение ролей хоста и девайса;
  • коммуникация по протоколу USB Power Delivery (USB PD);
  • определение профиля питания;
  • настройка работы в альтернативном режиме (если требуется).

Протокол взаимодействия — USB PD. Именно он отвечает за альтернативные режимы и корректный выбор схемы питания устройств, о которых более подробно сказано в следующем разделе.

Выбираем правильный кабель для конкретных задач

Выбор USB Type-C кабеля напрямую зависит от задачи, которую вы преследуете. Спецификация эта весьма обширна, и ей присущи определенные ограничения.

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.

8accec78b22647c491c251f6b6f21e22.jpg

Неопознанные коаксиальные объекты

Оказывается, запутаться в кабелях можно, даже если он всего один и, к тому же, универсальный. Большинство критики USB-C связано именно с проводами и идентификацией их при покупке. Несколько важных критериев для упрощения этой задачи.

Согласно спецификации существует четыре типа кабелей:

  • полнофункциональный (Full-Featured Type-C Cable) — на обоих концах полнофункциональные штекеры;
  • USB 2.0 (USB 2.0 Type-C Cable) — на обоих концах штекеры с поддержкой только USB 2.0;
  • интегрированный (Captive cable) — на одном конце один из видов штекеров USB-C, а другой конец является несъемной частью устройства, например, зарядного;
  • активный (Active cable) — на обоих концах полнофункциональные штекеры.

Вдобавок ко всему есть еще Thunderbolt3 (TBT3). Это отдельная история, выходящая за рамки данного материала. Просто отметим, что такие кабели маркируются обособленно «Thunderbolt3», а с обеих сторон используются штекеры типа Full-Featured. Более ясной картина должна стать, когда в боевой режим переведут стандарт USB4, включающий TBT3 в альтернативном режиме. 

Первое, на что стоит обратить внимание при выборе это поддерживаемый стандарт. Если кабель планируется активно использовать для передачи данных, а тем более для подключения монитора, то убедитесь, что он полнофункциональный. Это нетривиальная задача, поскольку далеко не все производители указывают данную характеристику в документации (при наличии таковой).

Вот пример отличного кабеля, который поддерживает только USB 2.0:

В данном случае производитель известный и дорожит своим именем, поэтому на сайте хоть и не сразу, но можно найти, что максимальная скорость — 480 Мбит/с. Подобных кабелей на рынке много.

А вот пример полнофункционального кабеля:

Если информация по кабелю отсутствует, но есть возможность его визуально оценить, то присмотритесь к штекеру. В полнофункциональном штекере должно быть минимум 22 или 24 контакта. В разъеме USB 2.0 такого не будет, он улыбнется вам немного беззубо:

Второй слон, на котором держится мироздание USB-C, это уровень поддерживаемой мощности. Причем изменяться может и ток, и напряжение: кабель USB Type-C должен заряжать не только смартфоны и планшеты, но и ноутбуки и даже мониторы. Рабочее напряжение типичного зарядника ноутбука лежит в диапазоне 17–20В, а монитору порой и все 100Вт подавай! Вот и приходится USB-C наряду с поддержкой тока до 5А расширять границы поддерживаемого напряжения до 20В.

А как же не сжечь любимый планшет, спросите вы? Разруливает это все тот же протокол USB PD посредством переключения профилей питания. После установления соединения устройства пытаются договориться, кто сколько может и кому сколько надо. Для безопасности «разговор» начнется с напряжения 5В. 

Есть четыре уровня: 7.5Вт, 15Вт, 27Вт и 45Вт. Для каждого из них своя конфигурация напряжения и тока. Например, для 15Вт доступны варианты с 5В и 9В, а для мощности свыше 45Вт добавляются 15В и 20В.

Кабели ранжируются по силе тока, на которую они рассчитаны. Есть три варианта: 1.5А, 3А и 5А. Всегда обращайте внимание на этот параметр! Не допускается подключение монитора кабелем менее 5А.

Третья значимая характеристика кабеля — его длина. Ниже таблица по рекомендованной длине пассивных кабелей. Активные кабели содержат дополнительные трансмиттеры для обеспечения передачи сигнала.

Не сопротивляйтесь — постарайтесь получить удовольствие

Действительно, разобраться со всеми нюансами USB-C не просто. Но это будущее стандарта USB, которое уже наступило. Нужно использовать его лучшие фичи. Проверяйте характеристики и совместимость подключаемых устройств и кабелей, к последним особое внимание. И тогда сила точно пребудет с вами. 

4. Для максимальной скорости данных (5K и 4K 60Гц)

40 Гбит/с — столько максимально способен передавать USB Type-C gen 2 с поддержкой Thunderbolt 3. Но это при идеальных условиях.

Для обеспечения такой скорости длина кабеля не должна превышать 18 дюймов или 45 сантиметров. В противном случае скорость резко падает.

Но и тут все не так однозначно. Шнуры Thunderbolt 3 делятся на две категории: пассивные и активные. И на это следует обращать внимание, если для вас важна скорость.

Первые при длине в два метра передают данные со вдвое меньшей скоростью, то есть на уровне 20 Гбит/с, а то и меньше.

Ссылка на такой активный кабель от компании Choetech тут.

У активных есть специальный передатчик, контролирующий скорость передачи по всей длине кабеля. У таких шнурков скорость сохраняется.

А вот пример сертифицированного пассивного кабеля Plugable длиной до 2 метров. Скорость тут не более 20 Гбит/с, но и цена приятнее в разы.

Владимир Кузин

@xakerbox

DIY-техноман. Уверен, что все можно сделать своими руками. Коллайдер не в счет.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...