Type c другие. Что такое USB Type-C? Где используется USB Type-C? А есть дешевые адаптеры для USB Type-C

Процесс массового внедрения интерфейса USB в ПК и периферийных устройствах начался в конце 90-х годов прошлого века. Прошло всего несколько лет, и USB стал фактическим стандартом для подключения периферийных устройств, практически вытеснив другие решения - такие как последовательный и параллельный порты, PS/2 и пр.

Более того: компьютерами и периферийным оборудованием дело не ограничилось. Удобство, простота подключения и универсальность интерфейса USB способствовали распространению данного решения и в других сферах - в частности, в мобильных устройствах, бытовой аудио- и видеоаппаратуре, автомобильной электронике и т.д.

Поскольку процесс совершенствования ПК, мобильных устройств и прочего оборудования идет постоянно, время от времени возникает необходимость в доработке интерфейса USB с целью улучшения ключевых характеристик (в частности, пропускной способности), расширения функциональных возможностей, внедрения разъемов новых типоразмеров и т.д. Всё это позволяет адаптировать существующее решение к изменяющимся потребностям индустрии.

Из наиболее заметных нововведений последних лет можно вспомнить внедрение режима SuperSpeed, появившегося в спецификации USB версии 3.0. Окончательный текст этого документа был утвержден в конце 2008 года, и в течение пары последующих лет данное решение получило широкое распространение.

Однако с тех пор уже прошло немало времени, и настало время очередных усовершенствований. В наступающем году ИТ-индустрию и нас с вами ожидает ряд без преувеличения революционных новшеств. Именно о них мы и расскажем в этом обзоре.

Режим SuperSpeedPlus

Летом 2013 года была утверждена спецификация USB версии 3.1. Главным новшеством, которое узаконил данный документ, стал режим SuperSpeedPlus, позволяющий увеличить пропускную способность шины передачи данных интерфейса USB вдвое: с прежних 5 до 10 Гбит/с. Для совместимости с более старым оборудованием предусмотрена возможность работы и в режиме SuperSpeed (до 5 Гбит/с). Таким образом, подключение по USB 3.1 позволит (по крайней мере, теоретически) передавать данные на скорости свыше 1 Гбайт/с и практически дотянуться по этому показателю до интерфейса HDMI версии 1.4 (пропускная способность которого составляет 10,2 Гбит/с).

Что же это означает на практике? Полосы в 10 Гбит/с вполне достаточно для трансляции видео высокой четкости (Full HD) с частотой обновления кадров до 60 Гц либо стереоскопических записей в аналогичном разрешении с частотой до 30 Гц. Соответственно, USB 3.1 можно рассматривать как полноценную альтернативу специализированным интерфейсам (таким как DVI и HDMI) для трансляции видеосигнала высокого разрешения с ПК и мобильных устройств на мониторы, проекторы и другие устройства.

Разъем USB Type C

Одно из революционных нововведений, которое затронет сферу ПК, а также периферийных и мобильных устройств уже в ближайшее время - внедрение интерфейсного разъема USB нового типа. Разработкой спецификации штекеров и розеток USB Type C занималась организация USB 3.0 Promoter Group, а окончательный текст этого документа был утвержден в августе 2014 года. Конструкция разъемов USB Type C имеет ряд важных особенностей, о которых имеет смысл рассказать подробно.

Во-первых, штекеры и розетки USB Type C имеют симметричную форму. В розетке USB Type C пластиковый язычок расположен точно посередине, а контактные площадки на нем размещены с обеих сторон. Благодаря этому штекер в такую розетку можно подключать как в прямом, так в перевернутом на 180° положении. Это значительно упростит жизнь пользователей, которые наконец-то будут избавлены от необходимости определять правильную ориентацию штекера наугад (что особенно актуально при подключении кабелей к системному блоку, установленному под столом).

Во-вторых, спецификация USB Type C предусматривает использование симметричных кабелей, которые с обеих сторон оборудованы одинаковыми штекерами. Соответственно, розетки, устанавливаемые на хост-устройствах и на периферийном оборудовании, будут одинаковыми.

И в-третьих, у разъема USB Type C не будет мини- и микроверсий. Предполагается, что розетки и штекеры USB Type C станут едиными для настольных и портативных ПК, периферийного оборудования, бытовой аппаратуры, мобильных устройств, источников питания и т.д. Соответственно, для соединения устройств любых типов понадобится всего один унифицированный кабель.

Размеры розетки USB Type C составляют примерно 8,4х2,6 мм, что позволяет без проблем разместить ее в корпусе даже малогабаритных устройств. Предусмотрено несколько вариантов конструкции розеток для монтажа как на поверхности печатной платы, так и в специальном вырезе (последний вариант позволяет уменьшить толщину корпуса устройства).

Конструкция штекеров и розеток USB Type C рассчитана на 10 тыс. подключений и отключений - что соответствует показателям надежности разъемов USB ныне используемых типов.

Первая публичная демонстрация разъемов и кабелей USB Type C состоялась в рамках форума осеннего форума IDF 2014, который прошел в начале сентября в Сан-Франциско (США). Одним из первых серийно выпускаемых устройств, оборудованных разъемом USB Type C, стал анонсированный в середине ноября планшет .

Разумеется, физическая несовместимость разъема USB Type C с розетками более старых типов - не самая лучшая новость для конечных пользователей. Тем не менее, разработчики из USB 3.0 Promoter Group решились пойти на столь радикальный шаг ради того, чтобы расширить функциональные возможности интерфейса USB, а также создать задел на будущее. Для подключения новых устройств к оборудованию, оснащенному разъемами более старых типов, будут выпускаться кабели-переходники (USB Type C - USB Type A, USB Type C - USB Type B, USB Type C - microUSB и т.д.).

USB Power Delivery 2.0

Одна из причин нынешней популярности интерфейса USB - возможность передачи не только данных, но и питания по одному кабелю. Это позволяет максимально упростить процедуру подключения и сократить количество используемых проводов. При работе с мобильными устройствами данное свойство интерфейса USB обеспечивает возможность передавать и синхронизировать данные с ПК, а заодно подзаряжать батарею гаджета, подключив всего один кабель. То же самое можно сказать и о маломощной периферии. Благодаря возможности передачи электропитания по интерфейсному кабелю мы давно избавлены от необходимости использовать внешние блоки питания для некоторых периферийных устройств - в частности, планшетных сканеров, маломощных акустических систем и т.п. За счет этого удалось сократить не только количество проводов на рабочем столе, но и занятых розеток под ним.

Впрочем, стремительное развитие мобильных устройств в последние годы привело к существенному изменению требований не только к пропускной способности шины данных, но и к параметрам электропитания, подаваемого по USB-соединению. Для зарядки маломощных устройств (таких как MP3-плееры или беспроводные гарнитуры) вполне достаточно тока в 500 мА (а это, напомним, максимальное значение для стандартных портов USB версий 1.1 и 2.0). Однако для нормальной зарядки современных смартфонов и планшетов требуются источники питания, способные выдавать ток величиной 2 А и более.

Аналогичная ситуация наблюдается и в сегменте периферийных устройств. Передаваемой по USB мощности вполне хватает для обеспечения электропитания 2,5-дюймового внешнего жесткого диска или настольного планшетного сканера с датчиком типа CIS. Однако снабжать электроэнергией небольшой струйный принтер или, например, ЖК-монитор, интерфейс USB даже версии 3.0 (а в ней максимальный ток был увеличен до 900 мА на порт) не позволяет.

С целью расширения возможностей интерфейса USB по обеспечению электропитания внешних устройств была разработана спецификация USB Power Delivery 2.0. Этот документ регламентирует подачу питания на устройства с потребляемой мощностью до 100 Вт, причем в любом направлении - как от хост-устройства к периферийному, так и наоборот. Например, ноутбук сможет получать питание от монитора, к которому он подключен по USB.

Разумеется, возможности подачи питания на внешние устройства ограничены конструктивными особенностями ПК или иного аппарата, выступающего в роли источника питания. Именно поэтому в спецификации USB Power Delivery 2.0 предусмотрены три профиля - для устройств с потребляемой мощностью до 10, 60 и 100 Вт. В первом случае напряжение питания составляет 5 В, а максимальный ток в цепи нагрузки может достигать 2 А. Второй профиль предусматривает использование напряжения питания 12 В, а третий - 20 В. Максимальный ток в цепи нагрузки в обеих случаях ограничен величиной в 5 А.

Необходимо отметить, что для питания мощной нагрузки необходимо, чтобы оба устройства поддерживали соответствующий профиль USB Power Delivery 2.0. Очевидно, что максимальная мощность будет ограничена возможностями аппарата, выступающего в роли источника питания. Есть и другие аспекты, которые необходимо иметь в виду.

В том случае, если ток в цепи питания не превышает 2 А, для соединения устройств можно применять разъемы USB любых ныне существующих типов. Подключение более мощной нагрузки возможно только через разъемы USB Type C (о которых уже было сказано выше) и соответствующие кабели. Также необходимо обратить внимание на то, что в отличие от разъемов USB Type C, конструкция стандартных кабелей рассчитана на максимальный ток в 3 А. Таким образом, для подключения более мощной нагрузки понадобится специальный кабель.

Внедрение спецификации USB Power Delivery 2.0 значительно расширит возможности по передаче питания по шине интерфейса USB. Реализация данного решения в перспективе даст позволит задействовать порты USB настольного компьютера для подзарядки не только смартфонов, планшетов и т.п. гаджетов, но также и мобильных ПК - нетбуков, ноутбуков и т.д. Кроме того, будет значительно расширена номенклатура периферийных устройств, которые могут получать необходимый для работы ток по шине интерфейса USB и, соответственно, обходиться без отдельных блоков питания. Этот список пополнят ЖК-мониторы, активные акустические системы и пр.

Альтернативные режимы

Еще одно важное новшество, которое станет доступным с переходом к использованию разъема USB Type C, - поддержка функциональных расширений (Functional Extensions). Частным случаем функциональных расширений являются так называемые альтернативные режимы (Alternate Modes, AM). С их помощью производители смогут задействовать физическое соединение интерфейса USB для реализации специфических возможностей и функций тех или иных устройств.

Например, альтернативный режим Audio Adapter Accessory Mode позволяет задействовать физическое соединение интерфейса USB для трансляции аналогового звукового сигнала на наушники, внешние акустические системы и прочее оборудование. К устройству, оборудованному разъемом USB Type C и поддерживающему режим Audio Adapter Accessory Mode, можно будет подключить наушники или внешнюю АС через специальный переходник, оборудованный 3,5-мм гнездом mini-jack.

Поддержка альтернативных режимов является одним из свойств USB-устройств нового класса - USB Billboard Device Class. Производителям, которые собираются разрабатывать собственные альтернативные режимы, необходимо получить уникальный идентификатор (SVID) от организации USB-IF.

В 2014 году организация Video Electronics Standards Association (VESA) разработала спецификацию альтернативного режима DisplayPort Alternate Mode. Данное решение позволяет задействовать две пары проводников USB-кабеля (TX+/TX– и RX+/RX–) для трансляции несжатого цифрового AV-потока. При этом сохраняется возможность передачи данных (в режимах Low Speed, Full Speed и Hi-Speed по паре D+/D–), а также питания по тому же интерфейсному кабелю. Таким образом, соединив два устройства, поддерживающие режим DisplayPort Alternate Mode, вы сможете транслировать звуковой и видеосигнал, передавать данные в обе стороны на скорости до 480 Мбит/с, а также подавать электропитание - и всё это по одному кабелю!

Устройства, поддерживающие DisplayPort Alternate Mode, можно будет подключить и к аппаратуре, не оснащенной портами USB Type C (в частности, мониторам, телевизорам и т.д.). Спецификация данного режима предусматривает варианты подсоединения к интерфейсам DisplayPort, HDMI или DVI через специальные переходники.

В ноябре 2014 года консорциум MHL сообщил о разработке альтернативного режима MHL Alternate Mode, который позволит транслировать несжатый звуковой и видеосигнал (в том числе высокой и сверхвысокой четкости) с мобильных устройств, оборудованных разъемом USB Type C, на внешнее оборудование (мониторы, телевизоры, проекторы и пр.) по стандартному USB-кабелю. В разработке спецификации приняли участие специалисты компаний Nokia, Samsung Electronics, Silicon Image, Sony и Toshiba.

Внедрение альтернативных режимов позволит значительно расширить функциональные возможности интерфейса USB и до предела упростить процедуру соединения устройств различных типов.

Заключение

Завершая данный обзор, еще раз перечислим наиболее важные новшества, процесс внедрения которых в серийно выпускаемые устройства, оборудованные интерфейсом USB, начнется уже в ближайшее время.

Описанный в спецификации USB версии 3.1 режим передачи данных SuperSpeedPlus позволит увеличить максимальную пропускную способность этого интерфейса до 10 Гбит/с. Конечно, это меньше, чем у HDMI 2.0 и Thunderbolt 2 (которые, напомним, обеспечивают передачу данных со скоростью до 18 и 20 Гбит/с соответственно). Впрочем, 10 Гбит/с вполне достаточно для передачи несжатого видеосигнала высокой четкости с частотой смены кадров до 60 Гц. Кроме того, представители USB-IF заявили, что в последующих версиях USB вполне возможно увеличение пропускной способности до 20 Гбит/с - благо, в конструкции новых разъемов USB Type C и соответствующих кабелей заложен определенный запас для дальнейшего развития.

Внедрение поддержки спецификации USB Power Delivery 2.0 позволит значительно увеличить максимальную мощность электропитания, передаваемого по USB-соединению. Соответственно, будет расширена номенклатура периферийных и мобильных устройств, которые смогут получать питание по интерфейсному кабелю. Повсеместное внедрение данного решения позволит заметно сократить количество используемых кабелей и внешних блоков питания, уменьшить количество занятых розеток и более эффективно использовать электроэнергию.

Появление устройств класса USB Billboard Device Class с поддержкой альтернативных режимов откроет совершенно новые возможности. При этом каждый производитель сможет создавать собственные режимы для аппаратов тех или иных типов с учетом их специфики.

Безусловно, одним из революционных изменений, которое затронет сферы ПК, периферийных и мобильных устройств, бытовой аппаратуры и пр., станет внедрение разъема USB Type C, который (как предполагается) придет на смену штекерам и розеткам USB ныне используемых типов. С одной стороны, переход к единому разъему для устройств всех типов позволит значительно упростить жизнь пользователей и сократить до минимума количество необходимых кабелей. Но, с другой стороны, индустрии и пользователям предстоит пережить очень непростой и болезненный процесс смены поколений. Прежние решения отличались максимальной совместимостью: конструкция обычных штекеров USB Type A и Type В позволяет без проблем подключать их в соответствующие розетки версии 3.0. Теперь же для соединения устройств разных поколений придется использовать дополнительные приспособления.

В спецификации USB 3.1 предусмотрена обратная совместимость с более ранними версиями интерфейса. Однако с появлением серийных устройств, оборудованных разъемом USB Type C, пользователи неизбежно столкнуться с необходимостью приобретения переходников и адаптеров, обеспечивающих возможность подключения новых аппаратов к более старому оборудованию с розетками USB Type A, Type В и других типов. Учитывая, что в настоящее время ежегодно выпускается порядка 4 млрд устройств, оснащенных интерфейсом USB, данная проблема будет весьма актуальна в течение как минимум пяти-шести ближайших лет.

Также необходимо отметить, что в полной мере реализовать потенциал интерфейса USB версии 3.1 и разъема USB Type C на практике можно будет лишь тогда, когда у пользователей накопится хотя бы минимальное количество оборудования, оснащенного этими новинками. Очевидно, что в случае взаимодействия двух устройств разных поколений функциональные возможности и максимальная пропускная способность интерфейса будут ограничены характеристиками контроллера USB более старого аппарата.

По мнению экспертов известного тайваньского ресурса DigiTimes, серийные модели ПК, а также мобильных и периферийных устройств, оборудованных интерфейсом USB 3.1 и разъемами USB Type C, поступят в продажу уже в первой половине 2015 года. В свою очередь, ведущие разработчики операционных систем и ПО уже заявили о готовности выпустить обновления для реализации поддержки USB 3.1 в своих продуктах.

Сегодня я расскажу вам о различных USB type-C кабелях. И постараюсь развеять сомнения о их целесообразности. На обзоре присутствуют кабеля компании Orico, которые предназначены для подключения вашего устройства с новомодным разъёмом к компьютеру или другому устройству с USB 2.0 и USB 3.0 портами.

Разъём USB type-C только набирает популярность и многие его не просто «в глаза не видели», но и не понимают какие новшества за ним стоят. На основе чего распространяются мнения типа «всё сгорит» и «зачем мне ещё один разъём?».

Я постараюсь рассказать своими словами. Остальные же могут найти спецификацию «USB Type-C Specification Release 1.1.pdf». .

В тексте я использую слово «разъём» как обобщающее слово для понятий «коннектор», «гнездо», «соединитель», «порт» и т.д.

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.

Свойства USB type-C

Основные ново введения:
- 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 старо введения:
- 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.

Распаковка

И только теперь рассмотрим полученную посылку. На обзор попали

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.

Распиновка

Что привнесла универсальность в обратную совместимость?
В стандартах USB 2.0 – USB 3.1 Роли ведущий \ ведомый определяются через форму разъёма.
В стандарте USB type-C роли ведущий \ ведомый определяются через подтягивающий резистор к земле или питанию. Так что подключение одного лишь кабеля говорит USB type-C устройству чего можно ожидать на другом конце.

Тестовый стенд

Сам стенд выглядит следующим образом.

Я на нём уже тестировал различные кабели, так что есть с чем сравнивать. Зарядное достаточно мощное и имеет хорошую стабильность по напряжению на выходе. Используемый тестер может нагружать зарядное током заданной величины и сохранять все данные измерений.

В таблицу внесены результаты измерений кабелей при разных токах.

* столбец Direct показывает напряжения без какого-либо кабеля. Остальные столбцы нужно сравнивать с Direct и друг с другом.
* серый столбец ECU10bk показывает результат включения USB type-C разъёма другой стороной.
* остальные серые столбцы содержат данные о некоторых ранее измеренных мной кабелях.

Резюме

Пока что устройств с новым разъёмом очень мало и статья предназначена тем счастливчикам,
которые ищут подобные «мостики» между поколениями.

* Разъём USB type-C показал себя во всей красе. Он легко вставляется, крепко удерживается и с усилием вынимается. И имеет зеркальное расположение контактов.

* самый популярный кабель ECU-10-BK (USB type-C to USB type-A) показал хорошие результаты. Он может безболезненно пропустить через себя около 2А. Но да, он не дотягивает до своих метровых сородичей.

* немного специфический кабель LCU-10-BK (USB type-C to micro USB 3.0) внезапно показал полностью идентичные результаты при разной толщине кабеля и разных разъёмах. Даже странно как-то.

* что случилось с кабелем MCU-10-BK (USB type-C to micro USB 2.0) не могу сказать. Возможно, это просто брак.

P.S. проверка скоростных характеристик будет, но в другом обзоре.

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

Планирую купить +8 Добавить в избранное Обзор понравился +22 +29

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.

Google и Apple недавно запустили новые мобильные компьютеры, хотя машины совершенно разные, но у них есть нечто общее: оба компьютеры имеют порты USB Type-C. Так что же такое USB Type-C? Давайте посмотрим.

Два наиболее известных устройства, в которых уже присутствует порт USB Type-C – новый Google Chromebook Pixel и новый Macbook. Однако USB 3.1 и разъемы Type-C станут стандартом в течении ближайших нескольких лет.

Каждый из нас, наверное, хорошо знаком с USB портом. Если у Вас есть компьютер, тогда, скорее всего, Вы пользовались USB-флеш-накопителем, или может быть подключили принтер к USB порту. Если у Вас есть смартфон работающий на Android, тогда Вы знаете, что USB порт можно использовать для подзарядки или переписывать данные с телефона и обратно. Порт USB присутствовал везде в течении долгого времени. Впервые он получил широкое применение, когда компании Microsoft в Windows 98и Apple включили поддержку для него, чтобы удалить порты клавиатуры и мыши. Это случилось почти 20 лет назад, и мало что изменилось с тех пор.

Порт USB 1.1 может передавать данные на скорости 12 Мбит/с, то есть 1,4 мегабайт в секунду. В те дни дискета имела объем 1,4 Мегабайта, так что это была высокая скорость. Порт USB 2.0 был выпущен в 2000 году, который теоретически мог пропустить 480 Мбит/с. Тем не менее, его фактическая средняя скорость примерно 280 Мбит/с, что составляет около 35 мегабайт в секунду.

Порт стандарта USB 3.0 был анонсирован в 2008 году и позволяет теоретических пропустить скорость до 5,0 Гбит/с. Однако фактическая достигаемая скорость составляет около 400 Мегабайт в секунду, неплохо, да?.

На настольных ПК для портов USB 1.1, 2.0 и 3.0 использовали один и тот же тип разъёма, а потом micro-B или mini-B на периферических устройствах (телефон, фотоаппарат, и т.д.).

Ситуация несколько изменилась с приходом портов USB 3.1. Как и следовало ожидать, порт USB 3.1 работает еще быстрее от своих предшественников, его скорость настолько быстрая, что он может быть использован для подключения 4K дисплеев. Это означает, что в будущем в ноутбуках и в ПК, мы не увидим HDMI или VGA разъемов, пользователи увидят новый тип портов. Иными словами, тип «A» и «B» уже история. Новый разъем называется USB Type-C. Так, что же дает нам новый порт USB Type-C, и почему этого не могут обеспечить Type-A и B?

Во-первых, новые разъемы USB Type-C – не большие. А это говорит о том, нам больше не понадобятся mini или micro порты, а значит – не будет путаницы с выбором нужного кабеля. Разъем Type-C достаточно мал для смартфонов и достаточно мощный для ПК, и даже для использования на серверах.

Во-вторых, порт USB Type-C может выдержать нагрузку мощностью в 100 Вт, это означает, что он может быть использован не только для зарядки смартфонов, но и для питания многих других устройств, которые раньше требовали другого источника питания (блока питания). В будущем для Вашего принтера, возможно, потребуется только один кабель – USB Type-C, который обеспечит как питание, так и передачу данных.

В-третьих, кабель Type-C является двухсторонним – теперь не имеет значения, как Вы его подключите. Нет больше необходимости присматриваться, какой стороной подключать кабель.

Наконец, в кабеле USB Type-C используется новый небольшой разъем на обоих концах, не будет больше использоваться тип «A» на одном конце, и тип «B» на другом. Теперь Вы действительно сможете подключать кабель как Вам угодно, и он будет просто работать!

Два наиболее известных устройства, в которых уже присутствует порт USB Type-C – новый Google Chromebook Pixel и новый Macbook. Однако USB 3.1 и разъемы Type-C станут стандартом в течении ближайших нескольких лет. Поскольку он обратно совместим, то для подключения устройств, работающих на предыдущих версиях USB портов, Вам понадобиться пассивный адаптер. Так, что компании, которые перейдут новую технологию, не будут отчуждать своих существующих клиентов.

Адам Родригес, менеджер по продукции Google заявил, что «Мы являемся сторонниками USB Type-C. В ближайшем будущем Вы увидите его во многих Chromebook и Android-устройствах». Стоит отметить, что разъем Type-C могут получить устройства, которые еще даже не поддерживают USB 3.1. Например, смартфоны среднего класса могут использовать новый разъем, фактически не имея поддержки нового стандарта USB. Это облегчит переход на новый тип разъемов, однако это может вызвать некоторое замешательство, когда порт не выдаст большой скорости, как ожидалось.

Последняя линейка портов Type-C (и USB 3.1) переняла все лучшее от любимого USB, и делает его еще лучше, обеспечивая универсальный размер разъема, который будет хорошо работать с обоими видами устройств – мобильными телефонами и персональными компьютерами.

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

Под катом постараюсь разобрать тему по косточкам - начиная от конструкции разъёма и кабеля, и заканчивая кратким обзором профилей оборудования и новинок чипов для поддержки возможностей данного интерфейса. Я долго думал на какой площадке размещать статью, ведь все предыдущие касающиеся этой темы выходили на GT, но в моей публикации так много технических деталей, что она будет полезней не гикам, а потенциальным разработчикам, которым уже сегодня стоит начинать к нему присматриваться. Поэтому рискнул поселить статью тут.

Не буду касаться истории развития USB интерфейса, эта тема не плохо развита в данном комиксе в смысле истории в картинках

Электроника - наука о контактах

Для начала сравнительные фото сегодняшнего героя в компании заслуженных предков.

Коннектор USB Type-C немного крупнее привычного USB 2.0 Micro-B, однако заметно компактнее сдвоенного USB 3.0 Micro-B, не говоря уже о классическом USB Type-A.
Габариты разъема (8,34×2,56 мм) позволяют без особых сложностей использовать его для устройств любого класса, включая смартфоны и планшеты.

Сигнальные и силовые выводы размещены на пластиковой вставке пожалуй это самое слабое его место в центральной части разъёма. Контактная группа USB Type-C содержит 24 вывода. Напомню, что у USB 1.0/2.0 имелось всего 4 контакта, а разъемам USB 3.0 потребовалось уже 9 выводов.

Если внимательно присмотреться к рисунку слева, то видно, что контакты имеют разную длину. Это обеспечивает их замыкание в определённой последовательности. На рисунке в центре мы видим наличие защёлок, которые должны удерживать воткнутый кабель и обеспечивать тактильный щелчок в процессе соединения-рассоединения. На правом графике изображена зависимость усилия в процессе вставки-вынимания разъёма.

Пики, которые мы видим на нём - это моменты срабатывания защёлки.

Можно констатировать, что разработчики стандарта сделали если не всё, то почти всё, чтобы разъём стал максимально удобным и надёжным: он вставляется любым концом и любой стороной с ощутимым щелчком. По их мнению, он способен пережить эту процедуру более 10 тысяч раз.

Многоликий симметричный янус

Крайне приятной и полезной особенностью USB-C стал симметричный дизайн разъёма, позволяющий подключать его к порту любой стороной. Достигается это благодаря симметричному расположению его выводов.

По краям расположены выводы земли. Плюсовые контакты питания также расположены симметрично. В центре находятся контакты, отвечающие за совместимость с интерфейсом USB2 и младше. Им повезло больше всего - они дублируются и поэтому поворот на 180 градусов при соединении не страшен. Синим цветом помечены выводы, отвечающие за высокоскоростной обмен данными. Как мы видим тут всё хитрее. Если мы повернём разъём, то к примеру, выход TX1 поменяется местами с TX2, но одновременно и место входа RX1 займёт RX2.

Выводы Secondary Bus и USB Power Delivery Communication служебные и предназначены для общения между собой двух соединяемых устройств. Ведь им необходимо очень о многом друг другу рассказать, прежде чем начать обмен, но об этом позже.

А пока ещё об одной особенности. Порт USB Type-C изначально разрабатывался в качестве универсального решения. Помимо непосредственной передачи данных по USB, он может также использоваться в альтернативном режиме (Alternate Mode) для реализации сторонних интерфейсов. Такую гибкость USB Type-C использовала ассоциация VESA, внедрив возможность передачи видеопотока посредством DisplayPort Alt Mode.

USB Type-C располагает четырьмя высокоскоростными линиями (парами) Super Speed USB. Если две из них выделяются на нужды DisplayPort, этого достаточно для получения картинки с разрешением 3840×2160. При этом не страдает скорость передачи данных по USB. На пике это все те же 10 Гб/с (для USB 3.1 Gen2). Также передача видеопотока никак не влияет на энергетические способности порта. На нужды DisplayPort может быть выделено даже 4 скоростные линии. В этом случае будут доступны разрешения вплоть до 5120×2880. В таком режиме остаются не задействованы линии USB 2.0, потому USB Type-C все еще сможет параллельно передавать данные, хотя уже с ограниченной скоростью.

В альтернативном режиме для передачи аудиопотока используются контакты SBU1/SBU2, которые преобразуются в каналы AUX+/AUX-. Для протокола USB они не задействуются, потому здесь тоже никаких дополнительных функциональных потерь.

При использовании интерфейса DisplayPort, коннектор USB Type-C по-прежнему можно подключать любой стороной. Необходимое сигнальное согласование предусмотрено изначально.

Подключение устройств с помощью HDMI, DVI и даже D-Sub (VGA) также возможно, но для этого понадобятся отдельные переходники, однако это должны быть активные адаптеры, так как для DisplayPort Alt Mode, не поддерживается режим Dual-Mode Display Port (DP++).

Альтернативный режим USB Type-C может быть использован отнюдь не только для протокола DisplayPort. Возможно, вскоре мы узнаем о том, что данный порт научился, например, передавать данные с помощью PCI Express или Ethernet.

И этому дала, и тому дала. В общем… о питании.

Еще одна важная особенность, которую привносит USB Type-C – возможность передачи по нему энергии мощностью до 100 Вт. Этого хватит не только для питания/зарядки мобильных устройств, но и для работы ноутбуков, мониторов, а если пофантазировать, то и небольшого лабораторного источника питания.

При появлении шины USB, передача энергии была важной, но всё же второстепенной её функцией. Порт USB 1.0 обеспечивал всего 0,75 Вт (0,15 А, 5 В). Достаточно для работы мыши и клавиатуры, но не более того. Для USB 2.0 номинальная сила тока была увеличена до 0,5 А, что позволило получать от неё уже 2,5 Ватта для питания, например, внешних жестких дисков формата 2,5”. Для USB 3.0 номинально предусмотрена сила тока в 0,9 А, что при неизменном напряжении питания в 5В гарантирует мощность в 4,5 Вт. Специальные усиленные разъемы на материнских платах или ноутбуках способны были выдавать до 1,5 А для ускорения зарядки подключенных мобильных устройств, но и это “всего лишь” 7,5 Вт. На фоне этих цифр возможность передачи 100 Вт выглядит чем-то фантастическим.

Для того чтобы наполнить такой энергией порт USB Type-C служит поддержка спецификации USB Power Delivery 2.0 (USB PD). Если таковой нет, порт USB Type-C штатно сможет выдать на гора 7,5 Вт (1,5 А, 5 В) или 15 Вт (3А, 5 В) в зависимости от конфигурации. Для подробного описания этой спецификации в данной статье недостаточно места, да и всё равно я не сделаю это лучше, чем уважаемый в своей замечательной статье .

Однако, совсем обойти эту архиважную тему не получится.

Для того, чтобы обеспечить мощность в 100 ватт при напряжении пять вольт потребуется ток в 20 ампер! Такое при габаритах кабеля USB Type-C возможно пожалуй только если изготовить его из сверхпроводника! Боюсь, что сегодня это будет обходиться пользователям дороговато, поэтому разработчики стандарта пошли по другому пути. Они увеличили напряжение питания до 20 Вольт. “Позвольте, но ведь оно выжжет напрочь мой любимый планшет” - воскликните вы, и будете совершенно правы. Для того, чтобы не пасть жертвой разъярённых пользователей, инженеры задумали хитрый трюк - они ввели систему силовых профилей. Перед соединением любое устройство находится в стандартном режиме. Напряжение в нём ограничено пятью вольтами, а ток двумя амперами. Для соединения с устройствами старого типа этим режимом всё и закончится, а вот для более продвинутых случаев, после обмена данными, устройства переходят в другой согласованный режим работы с расширенными возможностями. Чтобы познакомиться с основными существующими режимами глянем на таблицу.

Профиль 1 гарантирует возможность передачи 10 Вт энергии, второй уже – 18 Вт, третий – 36 Вт, четвёртый целых – 60 Вт, ну а пятый нашу заветную сотню! Порт, соответствующий профилю более высокого уровня, поддерживает все состояния предыдущих по нисходящей. В качестве опорных напряжений выбраны 5В, 12В и 20В. Использование 5В необходимо для совместимости с огромным парком имеющейся USB-периферии. 12В – стандартное напряжение питания различных компонентов систем. 20В предложено с учетом того, что для зарядки аккумуляторов большинства ноутбуков используются внешние БП на 19–20В.

Пара слов о кабелях!

Поддержка описываемого в статье формата в полном объёме потребует огромной работы не только программистов, но и производителей электроники. Потребуется разработать и развернуть производство очень большого количества компонентов. Самое очевидное это разъёмы. Для того, чтобы выдерживать высокие токи питающего напряжения, не оказывать помех передаче сигналов очень высокой частоты, да ещё при этом не выходить из строя после второго коннекта и не вываливаться в самый неподходящий момент, качество их изготовления должно быть радикально выше по сравнению с форматом USB 2.

Для совмещения передачи энергии большой мощности и сигналом с гигабитным трафиком, производителям кабелей придётся серьёзно напрячься.

Полюбуйтесь, как выглядит подходящий для нашей задачи кабель в разрезе.

Кстати, об ограничениях на длину кабелей при использовании интерфейса USB 3.1. Для передачи данных без существенных потерь на скоростях до 10 Гб/c (Gen 2) длина кабеля c разъемами USB Type-C не должна превышать 1 метр, для соединения на скорости до 5 Гб/c (Gen 1) – 2 метра.

Схемотехники производителей материнских плат, докстанций и ноутбуков долго будут ломать голову, как сгенерировать мощность порядка сотни ватт, а трассировщики, как подвести её к разъёму USB Type-C.

Производители чипов на низком старте.

Симметричное подсоединение и работа сигнальных линий в разных режимах потребует применения микросхем высокоскоростных коммутаторов сигналов. Сегодня уже появились первые ласточки. Вот, например, коммутатор от фирмы Texas Instruments, который поддерживает работу в устройствах как в режиме хоста так и ведомого устройства. Он способен коммутировать линии дифференциальных пар с частотой сигнала вплоть до 5ГГц.

При этом размеры чипа HDC3SS460 3.5 на 5.5 мм и в режиме покоя он потребляет ток порядка 1 микроампера. В активном же режиме - меньше миллиампера. Существуют и более продвинутые решения, например чипы производства NXP поддерживают частоту обмена до 10 ГГц.

Стали появляться и менеджеры питания, совмещённые с цепями защиты сигнальных линий от статики, например вот такое изделие от NXP

Оно предназначено для корректной обработки момента подключения разъёма, а так же размыкания цепи питания в случае неполадок. Данный чип уже поддерживает напряжение на VBUS до 30 вольт, а вот с максимальным коммутируемым током всё много хуже - он не должен превышать 1 ампера, что и понятно, учитывая габариты - 1.4 на 1.7 мм!

Безусловным лидером в этой области выступила Cypress, которая выпустила специализированный микроконтроллер с ядром ARM Cortex M0 поддерживающий все пять возможных для стандарта профилей питания.

Типичная схема включения для использования в ноутбуке даёт о нём некоторое представление, а подробнее с ним можно будет ознакомиться скачав даташит.

В отличие от чипа NXP он ориентирован на управление внешними силовыми ключами и поэтому может обеспечить коммутацию требуемых токов и напряжений, не смотря на свои малые размеры.

Внимание, Важная особенность для тех кто уже торопится заказать первые образцы - микроконтроллер не имеет USB интерфейса и не является полным и законченным решением. Он может служить только в качестве менеджера питания. В данный момент открыт предзаказ на поставку образцов и демонстрационных плат. Судьба этого микроконтроллера видимо будет во многом зависеть от того, снабдит ли фирма - производитель разработчиков референсными библиотеками для его использования в разных режимах.

Тот факт, что уже для него уже создано несколько демокитов сильно повышает вероятность последнего.

Лифт в небеса или Вавилонская башня.

Итак сегодня полностью сложилась революционная ситуация. Верхи не могут, а низы не хотят жить по старому. Всем надоела неразбериха с огромным количеством кабелей, зарядных устройств, блоков питания и их низкая надёжность.

Новый стандарт породил невиданную активность. Флагманы электронной индустрии - Apple, Nokia, Asus готовят к выпуску свои первые гаджеты с поддержкой USB Type-C. Китайцы уже штампуют кабели и переходники. На подходе докстанции и хабы с поддержкой высокой нагрузки по мощности. Производители чипов разрабатывают новые микросхемы и думают как бы запихнуть драйвер нового порта в микроконтроллер. Маркетологи решают куда воткнуть новый разъём, а инженеры чешут репу пытаясь реализовать многопрофильные устройства из уже имеющихся электронных компонентов.

Пока не ясно только одно. Что мы получим в результате? Удобный и надёжный разъём, который заменит львиную долю интерфейсов и найдёт повседневное применение, или вавилонское столпотворение, ведь ситуация может начать развиваться по не самому благоприятному сценарию:

Пользователи могут окончательно запутаться в многочисленных спецификациях и кабелях, которые будут выглядеть с виду совершенно одинаково, но при этом будут сертифицированы только под определённые профили. Попробуй разберись с ходу со всеми этими маркировками.

Но даже если получится, то это вряд ли решит проблему - китайцы без зазрения совести легко поставят на любой шнур любой значок. А если надо, то до кучи на каждую сторону одного кабеля разные, их не смутит даже если они будут взаимоисключающими.

Рынок наводнится невероятным количеством переходников разного калибра и сомнительного качества.

Пытаясь подключить одно устройство к другому никогда в результате не будешь знать к какому результату этот процесс приведёт и из-за чего коннект либо вовсе отсутствует, либо всё жутко глючит. То ли один из гаджетов не поддерживает нужный профиль, то ли поддерживает но не слишком корректно, то ли вместо качественного кабеля попалась его грубая китайской подделка. А что прикажете делать, если вдруг на вашем ноутбуке выйдет из строя единственный оставшийся на нём разъём?

До новых встреч.

P.S. Новый стандарт уже приводит к появлению весьма экзотических устройств. Так анонсирован кабель 100 метровой длины, который вроде бы никак не вписывается в стандарты. Вся фишка в том, что он активный. На обоих своих концах кабель имеет преобразователь сигналов USB3 интерфейса в оптический. Сигнал передаётся по оптике и на выходе конвертируется назад. Естественно он не передают энергию, а только данные. При этом каждый из преобразователей на его концах питается от разъёма к которому подключен.
Думаю, что в скором времени для подтверждения подлинности уважающие себя фирмы начнут вставлять в кабели активные метки. Проблема хабов породит невиданную активность у разработчиков и производителей DC-DC преобразователей. Как справедливо заметил уважаемый пользователь 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.