Неужели настаёт время одного унифицированный разъёма для зарядки любого устройства? Совсем недавно за такое предположение могли поднять на смех. Но даже Apple потихоньку сдаётся, и MacBook со своими USB Type-C - первое тому подтверждение.

До нирваны пока далеко, сначала нужно допилить периферию. Обо всём по-порядку: прежде чем рассказывать про проблемы нового порта, нужно вспомнить, что это за «зверь».

Одно кольцо Один разъём, чтоб править всеми

Идея USB Type-C разъема - заменить собой все остальные, будь то зарядка, HDMI-порт или обычное гнездо под флешку. Никаких больше «у меня шнур с другой стороны» или «могу подключить только один монитор». Нашёл порт, вставил устройство, всё заработало. Идиллия.

Ну-ну. На практике такая «свобода» породила большую путаницу. Мало сделать универсальный разъём - для него нужен не менее универсальный кабель .

Дело в том, что USB Type-C порт имеет 24 контакта, через которые проходят прорва сигналов разных протоколов. Вот что можно свести в этот универсальный разъём.

• USB 2.0

Первые устройства, оснащённые USB Type-C портом фактически работали в режиме USB 2.0 и передавали данные со скоростью 480 Мбит/с. Планшеты и смартфоны, использующие этот протокол встречаются до сих пор (привет, Nokia N1).

• USB 3.1 gen 1 (3.0, SuperSpeed USB)

Летает на скорости до 5 Гбит/с, обратно совместим с USB 1.x и USB 2.0. Скорее всего, синенький порт в твоём компьютере работает именно с этим протоколом. MacBook – не исключение.

• USB 3.1 gen 2

Прокачанная версия USB 3.0, также обратно совместима. Скорость передачи данных выросла до 10 Гбит/с, а мощность до 100 Вт. Почти что Thunderbolt!

• Alternate Mode (AM)

В Type-C разъём можно свести другие не-USB протоколы. Например, Thunderbolt, HDMI, MHL или DisplayPort. Но далеко не все периферийные устройства понимают этот Alternate Mode.

• Power Delivery (PD)

Самое вкусное - зарядка через USB Type-C. Power Delivery поддерживает 5 стандартных профилей по электропитанию – до 5V/2А, до 12V/1.5А, до 12V/3А, до 12-20/3А и до 12-20V/4.75-5А. Соответствие какому-либо профилю определяется автоматически.

• Audio Accessory Mode

Да, аналоговый аудиосигнал тоже можно пустить через USB Type-C порты.

Самое сложное - найти подходящий провод

Ок, с портом всё понятно, осталось купить кабель. Но новички обычно сталкиваются с тремя проблемами:

1. Старый протокол в новом разъёме
«Новый» USB Type-C кабель за 150 рублей с Aliexpress? Осторожно, внутри может прятаться древний USB 2.0. Дело даже не в репутации китайских предпринимателей, многие известные бренды готовы продать Type-C кабель со старым протоколом внутри по бросовой цене.

2. Ворох спецификаций
Да, всё подписано в названии. Но как разобраться обычному человеку, которому плевать на все эти новые спецификации? Который подбирает провод по форме разъёма? Никак. Он только-только понял разницу между USB 2.0 и 3.0 проводами.

Да и вывод изображения через USB Type-C - не самая простая затея. Помимо Display Port и HDMI есть ещё три поколения Thunderbolt, которыми тоже можно подключать мониторы. Мало найти подходящий кабель - устройство должно чётко понимать, что к нему подключаются именно через Alternate Mode.

3. А заряжать-то будет?
Будет, если в названии есть «charge» или «PD». Но и тут есть подвох: кабель, поддерживающий зарядку через USB Type-C должен соответствовать требуемому профилю и быть сертифицированным. Чем чревато? В лучшем случае медленной зарядкой, в худшем - возгоранием устройства.

Почему нельзя вставлять первый попавшийся кабель

Потому что можно всё испортить. Вот три причины:

1. Низкая скорость передачи данных
Безусловно, для подключения к внешнему харду или смартфону - подойдёт практически любой провод с нужными разъёмами. Но стоит убедиться, что он работает с нужным протоколом (например, с USB 3.0), иначе - просядет скорость передачи данных.

2. Плохая картинка либо её отсутствие
Если кабель будет соединять MacBook и монитор, убедись, что провод передаёт сигнал нужной частоты. Не забудь, что Thunderbolt 3 не работает с предыдущими поколениями.

3. Ток мощностью в 100 Вт - не шутки
С PD-кабелями немного сложнее. Порог мощности задрали - значит, нужно быть осмотрительнее, ведь в случае брака кабеля возможны печальные последствия. Не так давно у мужчины сгорел ноутбук и ещё пара устройств. Конечно, это единичный случай, и вряд ли твой MacBook сгорит. Но со временем может пострадать батарея или контроллер питания.
Так что, если провод нужен для зарядки ноутбука - забудь про ноунеймы за две сотки.

А вот для смартфонов с USB 2.0 адаптерами не всё так страшно. Можно купить любой USB Type-C - USB 2.0 кабель и тихонько заряжать свой телефон.

Что делать?

Безусловно, за USB Type-C будущее. Устройств с новыми разъёмами становится всё больше и скоро пройдёт то время, когда ты брал первый попавшийся провод, не задумываясь.

На USB Type-C кабели нужно клеить ярлычки. Серьёзно, как ещё отличить дешманский, для внешнего харда, от дорогого, которым можно зарядить любое устройство?

Самый оптимальный вариант - пользоваться оригинальными проводами . Ну а если уж покупать, то только крутые USB 3.1 с поддержкой Power Delivery. Такие стоят от 1500 рублей и выше. С коннекторами из Alternate Mode ситуация попроще, но ценник примерно тот же.

Последние изменения и улучшения технологии USB расширяют выбор интерфейсов для пользователей. Вначале форум по внедрению USB (USB Implementers Forum) переименовал интерфейс USB 3.0 в USB 3.1 Gen 1. При этом технические характеристики интерфейса остались прежними. Затем форум представил USB 3.1 Gen 2 и новый тип физического разъема, который получил название — USB Type C. Мы решили пролить свет на ситуацию вокруг этих стандартов и разъемов.

Технология USB 3.1

В настоящее время технология USB 3.1 Gen 1 (бывш. USB 3.0) поддерживается как стандарт новейшими операционными системами MacOS, Linux и Windows. Интерфейс обеспечивает максимальную теоретическую пропускную способность 5 Гбит/с и актуальную до 3,4 Гбит/с и до 900 мА тока для устройств. В отличие от USB 2.0 версия 3.1 работает в полнодуплексном режиме, другими словами, возможна одновременная отправка и прием данных.

USB 3.1 Gen 2 предлагает пользователям пропускную способность вдвое больше, чем Gen 1: 10 Гбит/с. USB 3.1 Gen 2 не является стандартом для Intel или AMD, но может поддерживаться сторонними драйверами и контроллерами. И хотя Gen 2 получил небольшие изменения протокола, он поддерживает обратную совместимость с Gen 1.

Сфера применения USB 3.1

Итак, технология USB 3.1 предоставляет пользователю значительно увеличенную производительность по сравнению с USB 2.0. При использовании съёмных накопителей будет обеспечена более быстрая передача данных: больших видеофайлов и изображений. USB 3.1 обеспечит поддержку высоких разрешений и частоты кадров для камер, используемых в системах машинного зрения на производственных линиях. Соответственно, и PTZ камеры, используемые как в системах видеонаблюдения, так и в системах видеоконференцсвязи без использования аппаратного кодека, могут поддерживать разрешение 1080p60 и выше. Несомненно, это улучшает качество и уменьшает стоимость систем для видеоконференций, а также позволяет пользователям подключать свои собственные устройства к Skype и WebEx.

Схема расположения выводов USB 3.1

Как и USB 3.0, USB 3.1 получил дополнительные контакты для поддержки SuperSpeed. Контакты D+ и D- остались прежними, включая (power) и (ground). Для обслуживания шины SuperSpeed были добавлены две дополнительные витые пары, которые и обеспечивают двунаправленную передачу данных SuperSpeed: StdA_SSRX+ and StdA_SSRX- (прием) и SSTX+ and StdA_SSTX (передача).

USB Type C

Новый тип физического разъема привносит значительные качественные изменения, которые выделяют его на фоне USB 3.1 Gen 1 и Gen 2. Type C поддерживает передачу данных со скоростью до 40 Гбит/с (альтернативный режим Thunderbolt 3) и тока с мощностью до 100 Ватт. Многие уже оценили форму разъема: его можно вставлять любой стороной. И коннектор, и соединитель получились довольно компактными и намного более прочными, чем альтернативы, например, micro USB. Кабели получили маркировку электронным чипом для правильного использования и предотвращения ситуаций, когда он не совместим или передаётся слишком большая мощность на устройство, которое ее не поддерживает. Type C обратно совместим с USB 2.0, 3.1 Gen 1 и 3.1 Gen 2.

Type C может как потреблять, так и обеспечивать питание. Один и тот же порт может использоваться как для подключения флеш накопителя, так и для зарядки ноутбука. Кроме этого, зарядка от Type C таких устройств, как смартфоны и планшеты, происходит быстрее.

Альтернативные режимы

USB Type C может работать в так называемых альтернативных режимах, которые позволяют передавать через разъем и кабели не только USB данные. При этом задействуются другие физические протоколы, и с каждым из них обеспечивается передача тока с мощностью до 100 Ватт.

• Альтернативный режим DisplayPort – поддержка передачи видео с разрешением до 4Kp60 4:4:4 с версией DisplayPort 1.3. Одновременная передача USB 3.1 Gen 2 и USB 2.0.
• Альтернативный режим Mobil High-Definition Link (MHL) — поддержка передачи видео с разрешением до 4Kp60 (1 линия) или до 8Kp60 (4 линии) с использованием MHL 1.0, поддержка USB 2.0 и 3.1 в зависимости от конфигурации.
• Альтернативный режим Thunderbolt 3 – поддержка до двух дисплеев с разрешением до 4Kp60, передача PCIe 3.0, DisplayPort, USB 2.0 и 3.1, в зависимости от конфигурации.
• Альтернативный режим HDMI – поддержка спецификации HDMI 1.4b (4Kp30, 4Kp60 4:2:0), без поддержки одновременной передачи USB 3.1 в любой конфигурации.

Тенденции вокруг USB-C

Особенности и преимущества USB Type C, безусловно, отразятся на увеличении присутствия разъема в мобильных устройствах и ноутбуках. Среди устройств с данным типом разъема ожидаются флеш накопители, различные док-станции, мониторы и адаптеры для устаревших интерфейсов. К 2019 году ожидается поставка до двух миллиардов самых разных устройств.

Стремительное развитие компьютерных технологий затрагивает не только основные компоненты систем. Увеличиваются возможности, в том числе различных интерфейсов. Что касается самого распространенного способа подключения периферийных устройств, - USB, - здесь в целом можно констатировать кратное увеличение производительности за последние годы. Пропускная способность универсальной последовательной шины увеличивается, функциональность расширяется. Изменениям подвергаются и разъемы, используемые для подключения разнообразных USB-устройств. Сегодня у многих на слуху USB такое, в чем преимущества и недостатки решения - тема данной статьи.

Разъемы современного компьютера

Окинув взглядом корпус практически любого ноутбука, можно обнаружить целый ряд различных портов, расположенных по бокам. Среди них обязательно присутствует USB, практически всегда HDMI и некоторые другие. Современные модели часто оснащаются новейшим портом USB Type-C. Что это за разъем, многие не знают, а стоило бы ознакомиться с возможностями порта. Предположительно, разъем в будущем заменит многие другие решения и станет действительно универсальным стандартом. Этому способствуют технические характеристики нового способа сопряжения компьютера и периферии. Порт USB Type-C предлагает пользователям повышенную скорость обмена данными, улучшенную функциональность, а также новый уровень удобства использования. Одним словом, будущее стандарта выглядит очень перспективным.

Множество применений одного кабеля

Создатели USB Type-С использовали при разработке стандарта очень простую идею. У пользователя должен быть единственный тип кабеля, а его компьютерная техника оснащается одним типом порта. Посредством использования унифицированного интерфейса доступно подключение всего что угодно. К примеру, используя кабель USB Type-C, можно подключать по своей сути разные устройства, представленные жесткими дисками, мониторами, аудиоинтерфейсами, смартфонами, планшетными ПК. Кроме прочего, появляется возможность использовать рассматриваемый разъем даже для зарядки лэптопа.

USB-A

На сегодняшний день практически все периферийные устройства подключаются к ПК через привычный разъем USB-A. Этот порт прочно вошел в компьютерный мир, имеет знакомую всем прямоугольную форму, и его применение стало практически стандартом для сопряжения с ПК и ноутбуками флеш-накопителей, внешних клавиатур, мышек, жестких дисков, принтеров и многих других устройств. Такая монополия, вероятно, вскоре будет разрушена - кабель USB Type-C уже занимает достойное место среди решений, используемых для подключения множества устройств.

Изменение концепции

Для подключения устройств к уже давно ставшему стандартом порту USB-A применяются различные кабели. Главное различие между ними - разъема, расположенный на противоположной, подключаемой к компьютеру стороне кабеля. Это практически всегда другой тип разъема. К примеру, для смартфонов применяется micro-USB, для других гаджетов часто используют mini-USB. Чтобы подключить принтер, потребуется кабель с разъемом USB-B, а для подключения запоминающих устройств - micro-USB-B. Такое разнообразие вызывает некоторые неудобства и сложности, ведь пользователю, владеющему несколькими девайсами, всегда нужно иметь под рукой целый набор кабелей. Призванный быть единым для всех аппаратов, т. е. универсальный кабель USB Type-C многократно упрощает эту ситуацию.

Новый формат

С развитием стандарта стало возможным установить единую конструкцию разъема для всех устройств, а также одинаковый коннектор на обоих концах кабеля. Как понять, взяв в руки кабель USB Type-C, что это именно он? Решение представляет собой тонкий коннектор, имеющий овальную форму и значительно меньший по габаритам в сравнении с предыдущими форматами кабелей и разъемов этого типа. Помимо этого, USB 3 Type-C получил важнейшую характеристику, представленную симметричностью и обратимостью. В целом очень похоже на решение Lightning от компании Apple - очень удобно, ведь не нужно тратить время на манипуляции с кабелем, чтобы найти верный способ подключения.

Будущее

Вероятно, уже сегодня можно утверждать, что по прошествии определенного времени разъем USB Type-C превратится в единственный универсальный порт для всех периферийных устройств. Таким образом, произойдет замена USB-A, B, micro-USB и mini, так усложняющих жизнь обычных пользователей на сегодняшний день. Все кабели должны стать одинаковыми и обладать возможностью использования для любых девайсов. Конечно же, быстрой унификации не случится, слишком много работоспособных устройств с отличными от USB Type-С разъемами используется сегодня и будет эксплуатироваться еще несколько лет.

При этом не стоит забывать: экспансия новых решений уже началась. К примеру, флешка USB Type-C уже совсем не редкость на прилавках компьютерных магазинов. Кроме того, факт выхода флагманских устройств от самых известных брендов, оснащаемых рассматриваемым портом, говорит о том, что описываемая ситуация, т. е. вытеснение устаревших разъемов с рынка рано или поздно наступит. Для совместимости со старыми решениями пока что придется использовать USB Type-C переходник.

Совместимость

Прочитав вышеизложенное, можно задуматься о том, что делать с уже приобретенными устройствами, оснащенными типами разъемов, отличными от USB Type-С. Нужно сказать, данный вопрос не должен вызывать особого беспокойства. Уже разработаны, выпускаются и продаются самые разнообразные переходники, позволяющие подключить любые девайсы с разъемом USB вне зависимости от его типа. Переходники типа mini-USB - Type-C , micro-USB - Type-C и другие уже широко распространены и отлично выполняют свои функции. Принцип обеспечения применяемый в компьютерной технике уже много лет, никто не собирается нарушать. При наличии в новом ноутбуке или компьютере порта USB Type-C переходник для других разновидностей разъема - это вполне применимое и действенное решение.

Подробнее о преимуществах разъема

Безусловно, простой пересмотр конструкции, которому подверглись разъем и порт, не будет весомой причиной для побуждения пользователя к апгрейду всей имеющейся у него периферии, но ведь исполнение - это далеко не единственное преимущество нового решения. Новым форматом поддерживается самый современный протокол USB 3.1, несущий в себе увеличение скорости обмена данными и большую универсальность в сравнении с предыдущими версиями, которые используются на устройствах, оснащаемых USB-А.

Скорость

С момента представления первой версии разъма прошло уже более двух десятков лет. В то время максимальная скорость, с которой передавались данные, составляла 12 Мб/с. На сегодняшний день можно утверждать, рассматривая USBType-C, что это самый быстрый интерфейс для подключения периферийных устройств из существующих решений. Стандарт USB 3.1 способен обеспечить показатель скорости передачи данных в 10 Гб/с.

Производительность

К дополнительным преимуществам рассматриваемого стандарта, безусловно, следует отнести производительность, представленную способностью обеспечивать передачу мощности до 100 Вт. Этого показателя достаточно для обеспечения энергией практически любого ноутбука, не говоря уже о смартфонах, планшетах и других гаджетах. Кроме энергии, новым форматом поддерживается передача огромного объема данных в единицу времени. К примеру, уже сегодня через USB Type-С успешно передают видеосигнал в разрешении 4К.

Универсальность

Универсальной природой новейшего стандарта открывается широкий ряд практических применений. Массу полезных функций можно обеспечить при помощи единственного кабеля. Например, можно подключить оснащенный USB-C ноутбук к монитору с внешним питанием и заряжать батарею лэптопа, одновременно просматривая видеоконтент. В том случае, когда к дисплею подключены устройства хранения, например, внешний диск, с ноутбука можно получить доступ к хранимой на носителе информации.

Недостатки USB Type-C

Этот разъем является блестящим новым форматом, без сомнения претендующим на звание повсеместно используемого решения в самом ближайшем будущем. При этом начальные стадии распространения и развития, на которых в данный момент все еще находится стандарт, не обеспечивают полного отсутствия опасностей, а также некоторой путаницы при использовании разъема.

Дешевые аксессуары

Главной проблемой, с которой может столкнуться пользователь, решивший приобщиться к современным тенденциям, являются дешевые некачественные аксессуары и кабели. Ввиду большого количества энергии, передаваемой через разъемы USB Type-C, использование кабелей недостаточного качества может привести к повреждению сопрягаемых устройств. Этот фактор должен учитываться пользователями в обязательном порядке. При покупке кабелей и переходников следует выбирать изделия надежных проверенных брендов.

Путаница в стандартах

Еще один неприятный момент, с которым могут столкнуться пользователи USB Type-C сегодня, вызван тем фактором, что рассматриваемый стандарт относится больше к типу используемого разъема, нежели к спецификациям самого интерфейса. Поэтому вполне вероятна ситуация, при которой устройство, подключенное к новому разъему, будет работать не так быстро, как ожидал владелец девайса. В первом поколении используется технология USB 3.0, обеспечивающая показатель максимальной скорости 5 Гб/с. Вторым поколением USB-C поддерживается стандарт 3.1, скорость передачи данных через который достигает уже 10 Гб/с. Проблемы с каждым из портов возникают по причине того, что выглядят они одинаково, но при производстве готовых решений брендами используются различные компоненты даже в линейках похожих моделей. Другими словами, перед покупкой девайса с разъемом USB Type-C необходимо проверять соответствие реальных технических характеристик порта требуемым показателям.

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

Электроника - наука о контактах

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

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!

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.

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

Скорость работы интерфейса зависит от установленных контроллеров, и вы будете удивлены тем, что делают с ними некоторые производители. Технология USB Type-C обещает нам скорость передачи данных на уровне до 10 Гбит/с, но первое поколение устройств с USB Type-C оказывается далеко не настолько быстрым. В этой статье мы разбираемся, в чем здесь дело…

USB Type-C - новый интригующий стандарт, который больше года назад стал появляться в ноутбуках, планшетах, телефонах и на других устройствах. И у нас давно возникло желание проверить, какую же скорость он в реальности может обеспечить. Благодаря появлению SanDisk Extreme 900 мы действительно можем заставить этот двусторонний порт работать на пределе. Для тестирования мы подготовили 8 ноутбуков с USB Type-C, а также вставили в настольный ПК специальную карту PCIe, чтобы тест был более полным.

О чем «молчит» ваш порт USB-C

Подразумевается, что USB Type-C станет универсальным стандартным портом, но на сегодня его универсальность проявляется только в запутанности. USB Type-C может работать на скорости 5 Гбит/с или 10 Гбит/с, будучи по-прежнему маркированным как USB 3.1 производителем ноутбука. Технически USB Type-C может работать даже на скорости USB 2.0 - на жалких 480 Мбит/с. Так что если вы видите порт USB Type-C, то нем можно сказать только то, что скорость интерфейса может варьироваться от скромных 480 Мбит/с до внушительных 10 Гбит/с.

Чтобы запутать все еще сильнее, технология Intel Thunderbolt 3 использует порт USB Type-C для передачи данных через PCIe. И она также поддерживает USB 3.1 со скоростью 10 Гбит/с.

Обсуждать Thunderbolt 3 и поддержку передачи видео через USB Type-C нужно отдельно, и мы посвятим этому другую статью. Однако о питании и не столь универсальной зарядке через USB Type-C уже было сказано.

Не все порты USB Type-C одинаковы

Что же установлено в ваш ноутбук?

На производительность USB Type-C влияет ряд ключевых факторов. Первое - это возможности жесткого диска в вашем ПК. Если вы копируете со встроенного винчестера, получить скорость даже близкую к скорости порта просто невозможно, просто потому что большинство дисковых интерфейсов не дотягивают до максимальной производительности USB Type-C.

Другой важный фактор - это контроллер, используемый для подключения порта. На сегодняшний день существует два популярных чипа, доступных на рынке. Первый из них - ASmedia ASM1142. Этот чип USB 3.1, работающий со скоростью 10 Гбит/с, можно найти во множестве ранних версий ноутбуков и настольных ПК, которые были оснащены USB Type-C. И поскольку нам не удалось оперативно найти ноутбук с этим чипом, мы вставили карту Atech BlackB1rd MX1 PCIe в настольный ПК. Производительность собранной системы должна быть практически такой же, как у ноутбуков с данным чипом. Другой кандидат на лидерство - это дорогостоящий чип Intel Thunderbolt 3, который также поддерживает возможность работы USB со скоростью 10 Гбит/с.

Ну и, наконец, весьма популярное на сегодня решение, которое можно найти во множестве ноутбуков - это контроллер USB 3.0, встроенный непосредственно в чипсет системной логики Intel. Тот же чип используется для подключения стандартных прямоугольных портов USB 3.0 Type-A. Многие производители ПК просто передают его сигнал на овальные порты USB Type-C. И именно это решение является самым популярным, так как оно дешевле и требует меньше энергозатрат. Однако оно также ограничивает работу любого порта USB Type-C максимальной скоростью USB 3.0 - 5 Гбит/с.

SanDisk Extreme 900 - один из первых дисков с поддержкой USB 3.1 10 Гбит/с

Метод тестирования

Для проведения тестов мы использовали SanDisk Extreme 900 SSD, который действительно поддерживает подключение USB Type-C на скорости 10 Гбит/с. SanDisk удалось создать это накопитель емкостью 2 Тб, объединив два диска M.2 SSD в массив RAID 0 внутри одного корпуса. И получился действительно быстрый USB-диск. Подключая его к портам USB Type-C каждого компьютера, мы запускали утилиту AS SSD, которая позволяет оценить реальную скорость последовательной передачи данных порта.

Результаты, которые говорят сами за себя, вы можете увидеть на диаграмме ниже. Мы расположили их в порядке убывания производительности. На подписях указаны как модели ноутбуков, так и версии установленных контроллеров.

Мы оценили 8 ноутбуков, чтобы исследовать производительность USB Type-C (нажмите на картинку для увеличения)

Неудивительно, что производители ноутбуков, выбравшие самый дешевый вариант (подключение контроллера Intel USB 3.0 5 Гб/с к порту USB Type-C), обеспечивают вам… производительность в 5 Гбит/с. Нам не удалось протестировать 12-дюймовый MacBook, потому что AS SSD не работает на OS X, но он использует тот же контролер. Так что приходится ждать эквивалентной производительности.

Куда больший интерес вызывает работа чипов со скоростью 10 Гбит/с: ASMedia и Thunderbolt 3. На диаграмме они представлены 2 моделями Dell XPS (для Thunderbolt) и картой ASMedia в настольном ПК. В нашем тесте ASmedia показал небольшое преимущество над контроллером Thunderbolt 3. Впрочем, производители ПК подтверждают эти данные, сославшись на результаты собственных внутренних тестирований.

Модель Samsung Notebook 9 Pro использует только часть контроллера Intel Thunderbolt 3, поддерживающую USB 3.1

Впрочем, в тесте есть еще один интересный участник - это ноутбук Samsung Notebook 9 Pro. 15,6-дюймовая модель использует достаточно редкий подход оснащения порта USB Type-C за счет использования чипа Intel «Alpine Ridge» с Thunderbolt 3, однако включает в нем только поддержку USB. Даже в панели «Диспетчера устройств» вы найдете только контроллер Intel USB 3.1, как это показано на скриншоте выше.

Представители Samsung подтвердили, что этот ноутбук не работает с Thunderbolt 3. Мы проверили это при помощи диска Akitio Thunderbolt 3 - действительно не работает. Зачем инженеры Samsung поступили таким образом, остается тайной.

Однако нам известно, что производительность оказалась удивительно низкой. Да, этот порт работает быстрее, чем обычные USB Type-C со встроенным чипом Intel, но намного медленнее, чем ASMedia и полная версия Thunderbolt 3. Странный ход.

Заключение

Один взгляд на тестовую диаграмму дает понять, что у наличия в компьютере полноценного порта USB 3.1 со скоростью 10 Гбит/с есть реальные преимущества. Самый очевидный вывод: вам не придется долго ждать копирования файлов на USB-диск. Но кроме этого только с полноценным портом вы сможете раскрыть все преимущества внешнего диска с USB 3.1. И поскольку на рынке будет появляться все больше моделей ПК с портами USB Type-C, мы рекомендуем внимательнее читать характеристики перед покупкой компьютера.