USB Type-C – это спецификация системы USB-разъемов, которая завоевывает популярность в области смартфонов и мобильных устройств. USB Type-C способен как доставлять энергию, так и передавать данные. Одной из особенностей USB C является то, что в отличие от своих предшественников, этот разъем не имеет четкого верха или низа, то есть его можно переворачивать, поэтому вам не нужно пытаться подключать его не с первого раза.
В этой статье будут рассмотрены некоторые из наиболее важных функций стандарта USB-C. Перед тем, как окунуться в распиновку и объяснить, на что способен каждый вывод, мы быстро расскажем о том, что такое USB-C и в чем он лучше всего работает.
Что такое USB-C?
USB-C является относительно новым стандартом, целью которого является обеспечение высокоскоростной передачи данных до 10 Гбит/с, а также пропускной способности передачи мощности до 100 Вт. Эти функции могут сделать USB-C действительно универсальным стандартом подключения для современных устройств.
Некоторые задаются вопросом, как правильно писать: USB-C или USB Type-C? Эти два термина обычно взаимозаменяемы (мы будем использовать оба в этой статье). Хотя USB-C используется чаще, USB Type-C является официальным названием стандарта, как указано на USB.org.
Как выбрать USB Type-C
Спецификация нового разъёма довольно обширна и открывает большие возможности для использования. Его можно применять в самых разных задачах для самых разных устройств.
Для зарядки
Новый стандарт предполагает, что зарядка может использовать мощность зарядки до 100 Вт. Но так как есть широкий спектр для настройки, то и используемые мощности можно менять в разных градациях. В этом иногда и кроется проблема. Производители могут ограничивать токи зарядки для своих устройств, и, таким образом, если подключать зарядку с высокой мощностью с помощью кабеля с низкими допустимыми токами, то процесс зарядки батареи устройства будет весьма длительным. То есть подбирать кабель желательно в тех границах значений мощности, в которых находится зарядка.
Для передачи видеосигнала и звука
USB Type-С вполне подходит по характеристикам для передачи видеосигнала и звука. Для этого он способен поддерживать альтернативные режимы передачи: HDMI, VGA и Thunderbolt. В зависимости от присутствующего на видеоустройстве, например, телевизоре, входа, можно использовать один из стандартов — HDMI, VGA или Thunderbolt 3. Хотя многие телевизоры и мониторы уже потихоньку обрастают своими портами USB Type-C, не требующими никаких переходников и адаптеров.
Для подключения дополнительных устройств
Хотя количество поддерживающих USB Type-C устройств постоянно растёт, всё же переход будет длительным. Но так как новый стандарт отлично поддерживает высокие скорости, то в продаже уже есть различные хабы и переходники, позволяющие безболезненно подключить что угодно. Простейший хаб с USB Type-C на Type-A можно найти за 1000 рублей. В целом, стоимость просто кабеля прямого назначения стоит столько же.
Для максимальной скорости передачи данных
Чтобы обеспечить максимальную скорость, нужно выбирать кабель с интерфейсом USB 3.1. Это позволит передавать данные со скоростью до 10 Гбит/с. Для более высоких показателей придётся использовать альтернативный режим типа Thunderbolt 3 или MHL, которые позволяют разогнаться до 20 и даже 40 Гбит/с.
Особенности USB-C
Интерфейс USB-C имеет три основные функции и особенности:
- Имеет переворачиваемый разъем. Интерфейс выполнен таким образом, что разъем может быть перевернут 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 (Alternate Mode).
- Он позволяет устройствам согласовывать и выбирать соответствующий уровень потока энергии через интерфейс.
В следующих разделах мы увидим, как эти функции обеспечиваются стандартом USB Type-C.
Исторические сведения
А теперь на пальцах. Давным давно, в одной далёкой, далёкой галактике была разработана спецификация передачи данных под названием «USB» v1.0. Потом USB 1.1 нанёс ответный удар. USB 2.0 пошёл в массы. А уж USB 3.0 хоть и не повсеместно, но успешно обосновался в различных устройствах. Стандарт USB 3.1 внёс уточнения и поправки. И, самое главное, у каждого стандарта имелась кучка соответствующих разъёмов. По разъёму на разные типы устройств с разным предназанчением и частичной обратной совместимостью — USB type-A, USB micro-A, USB Micro-B SuperSpeed. Именно накопившееся разнообразие и неполная совместимость внесли путаницу, неудобства и породили много шуток. Так вот, новый стандарт USB type-C стал «новой надеждой». Он не вносит изменений в стандарт передачи данных (но на самом деле добавляет). Это стандарт разъёма, который объединяет достоинства разъёмов всех предыдущих USB стандартов и избегает их недостатков.
Линии питания и заземления разъема USB Type-C
Контакты VBUS и GND являются питанием и обратными путями для сигналов. Напряжение VBUS по умолчанию составляет 5 В, но стандарт позволяет устройствам согласовывать и выбирать напряжение VBUS, отличное от значения по умолчанию. Блок питания позволяет VBUS иметь напряжение до 20 В. Максимальный ток также может быть увеличен до 5 А. Следовательно, USB Type-C может выдавать максимальную мощность 100 Вт.
Поток высокой мощности может быть полезен при зарядке большого устройства, такого как ноутбук. На следующем рисунке показан пример от RICHTEK, где используется повышающий преобразователь для создания соответствующего напряжения, запрошенного ноутбуком.
Обратите внимание, что технология подачи питания делает USB Type-C более универсальным, чем старые стандарты, потому что он делает уровень мощности адаптируемым к потребностям нагрузки. Вы можете заряжать смартфон и ноутбук с помощью одного кабеля.
Какие устройства используют USB Type-C
Постепенно список поддерживающих стандарт устройство растёт. В том числе и приверженцы нестандартных типов: компания Apple также стала внедрять новый разъём в свои устройства.
Компьютеры
Естественно, что этот вид техники должен первым освоить новый стандарт. Пионерами можно назвать ноутбуки от Apple – MacBook 12’’ и MacBook Pro с 2016 года. Правда, порт там всего один. Сейчас практически каждый ноутбук от разных производителей обязательно содержит хоть один порт Type-C. А для поддержки более старых версий на них остается ещё и Type-A.
Смартфоны
Мобильные телефоны тоже стараются не отставать от трендов, и производители комплектуют их разъёмом Type-C. Сначала потянулись бренды из поднебесной, а затем и остальные, более известные. Одними из первых этот стандарт получили Leagoo KIICAA Mix, Alcatel 5, Sony Xperia L1, Xiaomi Mi A1, Blackview P2 lite.
Линии RX и TX разъема USB Type-C
В разъеме есть два набора дифференциальных пар RX и два набора дифференциальных пар TX. Одна из этих двух пар RX вместе с парой TX может использоваться для протокола USB 3.0 / USB 3.1. Поскольку разъем является переключаемым, мультиплексор необходим для правильного перенаправления данных по используемым дифференциальным парам через кабель.
Обратите внимание, что порт USB Type-C может поддерживать стандарты USB 3.0 / 3.1, но минимальный набор функций USB Type-C не включает USB 3.0 / 3.1. В таких случаях пары RX / TX не используются соединением USB 3.0 / 3.1 и могут использоваться другими функциями USB Type-C, такими как альтернативный режим и протокол USB Power Delivery. Эти функциональные возможности могут использовать даже все доступные дифференциальные пары RX / TX.
Описание USB 3.0 type C
| штекер USB 3.0 type C | гнездо USB 3.0 type C |
В настоящее время разъемы и кабели USBзанимают доминирующие позиции на рынке. Большинство современных устройств поддерживают передачу данных по USB-интерфейсу. Разъемы USB питаются напряжением 5 В и током до 0,5 А, а для USB версии 3.0 – 0,9 А. Отсюда следует что максимальная мощность подключаемого устройства не превышает 2,5 Вт или 4,5 Вт для USB 3.0. Этого вполне достаточно для подключения маломощных и портативных устройств (телефонов, плееров, флэшек, карт памяти)
Разъемы USB v2.0 и USB v3.0 классифицируются также по типам (тип A и тип B) и по размерам (MiniUSB и MicroUSB).
USB Type-C или USB-C — спецификация USB для универсального компактного двухстороннего 24-контактного разъёма для USB-устройств и USB-кабелей.
Спецификация коннекторов USB Type-C версии 1.0 была опубликована форумом разработчиков USB в августе 2014 года. Она была разработана примерно в то же время, что и спецификация USB 3.1.
Разъёмы USB Type-C служат для подключения как к периферийным устройствам, так и к компьютерам, заменяя различные разъёмы и кабели типов A и B предыдущих стандартов USB, и предоставляя возможности расширения в будущем.
Использование коннектора USB Type-C не обязательно означает, что устройство реализует высокоскоростной стандарт USB 3.1 Gen1/Gen2 или протокол USB Power Delivery.
Линии CC1 и CC2 разъема USB Type-C
Эти линии являются контактами конфигурации канала. Они выполняют ряд функций, таких как обнаружение подключения и извлечения кабеля, определение ориентации разъема / штекера и текущие извещения. Эти контакты могут также использоваться для связи, необходимой для подачи питания и альтернативного режима.
На рисунке ниже показано, как выводы CC1 и CC2 определяют ориентацию разъема / штекера. На этом рисунке DFP обозначает нисходящий выходной порт, который является портом, действующим либо в качестве хоста при передаче данных, либо в качестве источника питания. UFP обозначает восходящий выходной порт, который является устройством, подключенным к хосту или потребителю энергии. Flipped здесь означает перевернутый разъем, Unflipped – неперевернутый.
DFP подтягивает выводы CC1 и CC2 через резисторы Rp, но UFP подтягивает их через Rd. Если кабель не подключен, источник видит высокий логический уровень на выводах CC1 и CC2. При подключении кабеля USB Type-C создается токовый путь от источника питания 5 В до земли. Поскольку в кабеле USB-C имеется только один провод CC, формируется только один путь тока. Например, на верхнем рисунке вывод CC1 DFP подключен к выводу CC1 UFP. Следовательно, вывод DFP CC1 будет иметь напряжение ниже 5 В, но на выводе DFP CC2 будет по-прежнему высокий логический уровень. Поэтому, отслеживая напряжение на выводах DFP CC1 и CC2, мы можем определить подключение кабеля и его ориентацию в пространстве.
В дополнение к ориентации кабеля, путь Rp-Rd используется как способ передачи информации о текущих возможностях источника. С этой целью потребитель энергии (UFP) контролирует напряжение на линии CC. Когда напряжение на линии CC имеет самое низкое значение (около 0,41 В), источник может обеспечить питание по умолчанию USB, которое составляет 500 мА и 900 мА для USB 2.0 и USB 3.0 соответственно. Когда напряжение в линии CC составляет около 0,92 В, источник может выдавать ток 1,5 А. Максимальное напряжение в линии CC, которое составляет около 1,68 В, соответствует допустимому току источника 3 А.
Свойства USB type-C
Основные нововведения: — один разъём для всего (для принтеров, смартфонов, флешек … мониторов!) — разъём зеркальный (не нужно гадать каким боком его вставлять) — малые габариты (он чуть больше чем micro USB) — разъём очень надёжно фиксируется в гнезде (ура!) — должен выдерживать до 10 000 подключений — в разъёме реализована поддержка стандартов USB 1.0 – USB 3.1 — он предлагает устройствам самостоятельно решать кому быть ведущим\ведомым и источником\потребителем питания — кабель может быть пассивным и активным (с электроникой внутри)
Основные старовведения: — стандарт не определяет длину провода, её уже определили в стандартах передачи данных — разъём выдерживает до 5А, но это описано в стандартах BC1.2 и Power Delivery
Далее можно рассказать о интеграции DisplayPort, передаче звука и прочем. И я постараюсь это сделать в следующих обзорах, но пока что давайте рассмотрим на реализацию трёх USB type-C кабелей с обратной совместимостью.
Линия VCONN разъема USB Type-C
Как было упомянуто выше, USB Type-C стремится обеспечить невероятно высокую скорость передачи данных наряду с высоким уровнем потока энергии. Эти функции могут потребовать использования специальных кабелей при использовании микросхемы внутри. Кроме того, некоторые активные кабели используют микросхему повторного драйвера для усиления сигнала и компенсации потерь, понесенных кабелем. В этих случаях мы можем питать электрическую схему внутри кабеля, подводя питание 5 В, 1 Вт к выводу VCONN. Это показано на следующем рисунке.
Как вы видите, активный кабель использует резисторы Ra, чтобы подтянуть к земле линии CC2. Значение Ra отличается от Rd, поэтому DFP по-прежнему может определять ориентацию в пространстве кабеля, проверяя напряжение на выводах DFP CC1 и CC2. После определения ориентации кабеля контакт конфигурации канала, соответствующий «активной кабельной ИС», будет подключен к источнику питания 5 В, 1 Вт, для питания схемы внутри кабеля. Например, на рисунке 5 действительный путь Rp-Rd соответствует выводу CC1. Следовательно, вывод CC2 подключен к источнику питания, обозначенному VCONN.
Рекомендации по использованию USB Type-C
Пока стандарт находится ещё на стадии внедрения, будут наблюдаться проблемы с совместимостью. Именно поэтому разработчики устройств пока снабжают свои гаджеты и новым разъёмом, и более старыми USB типа А. Естественно, на этой стадии цены на адаптеры, переходники и кабели довольно высокие.
Кстати, не стоит покупаться на более дешёвые аналоги адаптеров с Type-C на любой другой стандарт. Дело в том, что спецификация весьма сложна для организации правильного перехода с одного стандарта на другой. И многие полуподвальные фабрики Китая не реализуют механизм определения токов для конфигурационного канала кабеля в нужной степени. В итоге на порт может поступать неверная информация о мощности устройства, что может грозить выходом из строя портов, блоков питания или хабов.
В целом же, стандарт привлекательный и эффективный. Возможно именно он приведёт к унификации разъёмов и портов, чтобы можно было подключать через один и тот же кабель всё что угодно — от смартфонов до мониторов. Главная задача стандарта сейчас — «покорить» как можно больше устройств.
Подача питания от USB-C
Как было упомянуто выше, устройства, использующие стандарт USB Type-C, могут согласовывать и выбирать соответствующий уровень потока мощности через интерфейс. Эти согласования мощности достигаются с помощью протокола, называемого USB Power Delivery, который представляет собой однопроводную связь по линии CC, рассмотренной выше. На следующем рисунке показан пример USB Power Delivery, где приемник отправляет запросы источнику и регулирует напряжение VBUS по мере необходимости. Сначала запрашивается 9-вольтовая шина. После того, как источник стабилизирует напряжение шины на уровне 9 В, он отправляет сообщение «готов к питанию» в приемник. Затем приемник запрашивает шину 5 В, а источник предоставляет ее и снова отправляет сообщение о готовности источника питания.
Важно о – это не только переговоры, связанные с доставкой энергии. Помимо этого другие переговоры, например, связанные с альтернативным режимом, проводятся с использованием протокола Power Delivery на линии CC данного стандарта.
Распаковка
И только теперь рассмотрим полученную посылку. На обзор попали ECU-10-BK (USB type-C to USB type-A) LCU-10-BK (USB type-C to micro USB 3.0) MCU-10-BK (USB type-C to micro USB 2.0)
Каждый из них упакован в кулёчек, в картонную коробочку и ещё в один кулёчек. Две из трёх коробочек помялись при транспортировке. Все кабели имеют длину ровно 1 метр, толщину 3 мм (кроме LCU-10-BK, он 4 мм). Провода немного жестковаты и с удовольствием возвращаются в своё старое положение.
