Новые стандарты постоянно заменяют старые. И вот настало время для действительно значительного перехода, ведь началось внедрение нового формата самого распространенного порта - USB. Давайте же выясним, что же принесет нам новоявленный Type-C.
На деле сам формат был утвержден уже довольно давно. В свое время мы даже на нашем сайте. Но путь стандарта в окончательные пользовательские устройства довольно непрост. Такие вещи как порты должны закладываться в производство на довольно раннем уровне, так что логично, что только сейчас начали появляться первые реальные гаджеты с обсуждаемым портом.
Первым более-менее крупным коммерческим устройством с USB Type-C на борту был планшет . Хоть он и был анонсирован еще в ноябре прошлого года, но в продажу в Китае поступил только . А буквально на днях сразу два крупнейших IT-гиганта анонсировали свои новые ноутбуки, которые также оборудованы новым стандартом USB. Это новый от Apple и новый от Google. И если в хромбуке новых портов два, которые сопровождаются двумя “старыми” USB, то в Макбуке он вовсе единственный, если не считать комбинированный 3,5 мм jack.
Выпуск устройств с новым стандартом портов такими крупными компаниями означает, что рынок периферии, ради которой и задумываются какие-либо порты, получит сильный толчок. Даже несмотря на то, что оба вышеупомянутых ноутбука будут весьма нишевыми устройствами.
Так что же можно будет делать с помощью нового стандарта USB? Для начала, давайте проясним матчасть. Новый разъем называется Type-C. Он маленький, тонкий и симметричный. Эдакая золотая середина между microUSB (он же Micro-B USB) и Lightning. Физические габариты его составят 8,4 мм на 2,6 мм.
Но при этом есть еще и новый стандарт USB 3.1 (это не то же самое, что разъем), который новым разъемом Type-C и поддерживается. В спецификациях был сделан большой шаг вперед. Если сравнивать с USB 3.0, то скорость передачи данных выросла в два раза, с 5 ГБит/с до 10 ГБит/с. Вместе с этим увеличилась и возможность передавать мощность. С помощью стандарта 3.1 можно передавать ток силой в 5 А при напряжении в 20 В. С помощью нехитрых вычислений это трансформируется в 100 Вт мощности. Для сравнения, USB 3.0 умел передавать 1,8 А при 5 В (9 Вт). Кроме этого USB 3.1 может передавать ток не только от хоста в получателю, но делать это в обе стороны, если это необходимо.
Теперь вернемся к вопросу, что же нам может дать новый стандарт USB. Как можно увидеть из спецификаций, теперь он действительно готов принять на себя абсолютно все функции, которые только можно принять. Когда человечество придумывало разъемы и штекеры, примерно в тот же момент должна была родиться мечта о том, чтобы в мире был всего один разъем и один штекер, для абсолютно любых целей. И сейчас эта мечта начинает обретать форму.
С помощью стандарта USB 3.1 можно передавать данные, подключать внешние дисплеи, подключать аудио-устройства, передавать заряд - т.е. новый стандарт имеет потенциал действительно заменить все существующие ныне порты.
Пусть новый 12″ MacBook и далает это несколько агрессивно, но он наглядно показывает, что одного порта вполне достаточно. Вернее, все наверняка в итоге поймут, что одного порта, наверное, мало (надо же как-то выгодно отличать второе поколение MacBook от первого, в конце концов), но вот одного вида портов - вполне. Особенно радует то, что теперь и зарядка будет универсальной. А это значит, что все ноутбуки можно будет зарядить ровно тем же кабелем, что и смартфон. Никаких больше проприетарных штекерочков, которые будут стоить как полноутбука, если их потерять. К тому же зарядные блоки станут меньше, аккуратнее и, опять же, будут подходить к любому устройству.
Большая проблема нового стандарта - отсутствие прямой обратной совместимости со старыми устройствами. Но все не так плохо, как многие думают. Возможен вариант кабелей с Type-C на одном конце и “старым” USB Type-A на другом. Естественно, при этом будут недоступны все плюшки 3.1, а будет лимитировано меньшим стандартом в цепи, но работать все будет и это положительный момент. Уже сейчас есть переходники. Тот, что от Apple, например, стоит $79, но это вовсе не значит, что все будет так плохо и китайцы оперативно не подтянутся.
Вряд ли все производители сейчас возьмут и поголовно решат отказаться от старых портов, но чем быстрее мы перейдем на новые, тем лучше. Спросите пользователей продукции Apple, жалеют ли они о переходе на Lightning? Уверен, что нет, хотя для многих он и был болезненным. Кстати, очень интересно, какой порт будет в новых iPad и iPhone, Lightning или все же USB-C?
В итоге мы имеем стандарт, который имеет все шансы напрочь убить всех конкурентов. Вполне возможно, что уже в самом ближайшем будущем нам будет достаточно одного тоненького кабеля, чтобы делать абсолютно все с абсолютно любым устройством. И это замечательно.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .
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.
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
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 stpark в своей замечательной статье .
Однако, совсем обойти эту архиважную тему не получится.
Для того, чтобы обеспечить мощность в 100 ватт при напряжении пять вольт потребуется ток в 20 ампер! Такое при габаритах кабеля USB Type-C возможно пожалуй только если изготовить его из сверхпроводника! Боюсь, что сегодня это будет обходиться пользователям дороговато, поэтому разработчики стандарта пошли по другому пути. Они увеличили напряжение питания до 20 Вольт. “Позвольте, но ведь оно выжжет напрочь мой любимый планшет” - воскликните вы, и будете совершенно правы. Для того, чтобы не пасть жертвой разъярённых пользователей, инженеры задумали хитрый трюк - они ввели систему силовых профилей. Перед соединением любое устройство находится в стандартном режиме. Напряжение в нём ограничено пятью вольтами, а ток двумя амперами. Для соединения с устройствами старого типа этим режимом всё и закончится, а вот для более продвинутых случаев, после обмена данными, устройства переходят в другой согласованный режим работы с расширенными возможностями. Чтобы познакомиться с основными существующими режимами глянем на таблицу.
Профиль 1 гарантирует возможность передачи 10 Вт энергии, второй уже – 18 Вт, третий – 36 Вт, четвёртый целых – 60 Вт, ну а пятый нашу заветную сотню! Порт, соответствующий профилю более высокого уровня, поддерживает все состояния предыдущих по нисходящей. В качестве опорных напряжений выбраны 5В, 12В и 20В. Использование 5В необходимо для совместимости с огромным парком имеющейся USB-периферии. 12В – стандартное напряжение питания различных компонентов систем. 20В предложено с учетом того, что для зарядки аккумуляторов большинства ноутбуков используются внешние БП на 19–20В.
Пара слов о кабелях!
Поддержка описываемого в статье формата в полном объёме потребует огромной работы не только программистов, но и производителей электроники. Потребуется разработать и развернуть производство очень большого количества компонентов. Самое очевидное это разъёмы. Для того, чтобы выдерживать высокие токи питающего напряжения, не оказывать помех передаче сигналов очень высокой частоты, да ещё при этом не выходить из строя после второго коннекта и не вываливаться в самый неподходящий момент, качество их изготовления должно быть радикально выше по сравнению с форматом USB 2.Для совмещения передачи энергии большой мощности и сигналом с гигабитным трафиком, производителям кабелей придётся серьёзно напрячься.
Полюбуйтесь, как выглядит подходящий для нашей задачи кабель в разрезе.
Кстати, об ограничениях на длину кабелей при использовании интерфейса USB 3.1. Для передачи данных без существенных потерь на скоростях до 10 Гб/c (Gen 2) длина кабеля c разъемами USB Type-C не должна превышать 1 метр, для соединения на скорости до 5 Гб/c (Gen 1) – 2 метра.
Схемотехники производителей материнских плат, докстанций и ноутбуков долго будут ломать голову, как сгенерировать мощность порядка сотни ватт, а трассировщики, как подвести её к разъёму USB Type-C.
Производители чипов на низком старте.
Симметричное подсоединение и работа сигнальных линий в разных режимах потребует применения микросхем высокоскоростных коммутаторов сигналов. Сегодня уже появились первые ласточки. Вот, например, коммутатор от фирмы Texas Instruments, который поддерживает работу в устройствах как в режиме хоста так и ведомого устройства. Он способен коммутировать линии дифференциальных пар с частотой сигнала вплоть до 5ГГц.
При этом размеры чипа HDC3SS460 3.5 на 5.5 мм и в режиме покоя он потребляет ток порядка 1 микроампера. В активном же режиме - меньше миллиампера. Существуют и более продвинутые решения, например чипы производства NXP поддерживают частоту обмена до 10 ГГц.
Стали появляться и менеджеры питания, совмещённые с цепями защиты сигнальных линий от статики, например вот такое изделие от NXP
Оно предназначено для корректной обработки момента подключения разъёма, а так же размыкания цепи питания в случае неполадок. Данный чип уже поддерживает напряжение на VBUS до 30 вольт, а вот с максимальным коммутируемым током всё много хуже - он не должен превышать 1 ампера, что и понятно, учитывая габариты - 1.4 на 1.7 мм!
Безусловным лидером в этой области выступила Cypress, которая выпустила специализированный микроконтроллер с ядром ARM Cortex M0 поддерживающий все пять возможных для стандарта профилей питания.
Типичная схема включения для использования в ноутбуке даёт о нём некоторое представление, а подробнее с ним можно будет ознакомиться скачав даташит.
В отличие от чипа NXP он ориентирован на управление внешними силовыми ключами и поэтому может обеспечить коммутацию требуемых токов и напряжений, не смотря на свои малые размеры.
Внимание, Важная особенность для тех кто уже торопится заказать первые образцы - микроконтроллер не имеет USB интерфейса и не является полным и законченным решением. Он может служить только в качестве менеджера питания. В данный момент открыт предзаказ на поставку образцов и демонстрационных плат. Судьба этого микроконтроллера видимо будет во многом зависеть от того, снабдит ли фирма - производитель разработчиков референсными библиотеками для его использования в разных режимах.
Тот факт, что уже для него уже создано несколько демокитов сильно повышает вероятность последнего.
Лифт в небеса или Вавилонская башня.
Итак сегодня полностью сложилась революционная ситуация. Верхи не могут, а низы не хотят жить по старому. Всем надоела неразбериха с огромным количеством кабелей, зарядных устройств, блоков питания и их низкая надёжность.
Новый стандарт породил невиданную активность. Флагманы электронной индустрии - Apple, Nokia, Asus готовят к выпуску свои первые гаджеты с поддержкой USB Type-C. Китайцы уже штампуют кабели и переходники. На подходе докстанции и хабы с поддержкой высокой нагрузки по мощности. Производители чипов разрабатывают новые микросхемы и думают как бы запихнуть драйвер нового порта в микроконтроллер. Маркетологи решают куда воткнуть новый разъём, а инженеры чешут репу пытаясь реализовать многопрофильные устройства из уже имеющихся электронных компонентов.
Пока не ясно только одно. Что мы получим в результате? Удобный и надёжный разъём, который заменит львиную долю интерфейсов и найдёт повседневное применение, или вавилонское столпотворение, ведь ситуация может начать развиваться по не самому благоприятному сценарию:
Пользователи могут окончательно запутаться в многочисленных спецификациях и кабелях, которые будут выглядеть с виду совершенно одинаково, но при этом будут сертифицированы только под определённые профили. Попробуй разберись с ходу со всеми этими маркировками.
Но даже если получится, то это вряд ли решит проблему - китайцы без зазрения совести легко поставят на любой шнур любой значок. А если надо, то до кучи на каждую сторону одного кабеля разные, их не смутит даже если они будут взаимоисключающими.
Рынок наводнится невероятным количеством переходников разного калибра и сомнительного качества.
Пытаясь подключить одно устройство к другому никогда в результате не будешь знать к какому результату этот процесс приведёт и из-за чего коннект либо вовсе отсутствует, либо всё жутко глючит. То ли один из гаджетов не поддерживает нужный профиль, то ли поддерживает но не слишком корректно, то ли вместо качественного кабеля попалась его грубая китайской подделка. А что прикажете делать, если вдруг на вашем ноутбуке выйдет из строя единственный оставшийся на нём разъём?
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
Порт USB Type-C является преемником оригинального порта micro USB, сегодня его уже можно встретить в смартфонах 2017 года, а также внешних аккумуляторах, наушниках и прочих девайсах. Galagram рассказывает, почему новый Type-C лучше обычного micro USB, а также какие бонусы получают обладатели техники с новым стандартом портов.
3 ключевые преимущества USB Type-C
Он заряжает гаджеты быстрее
Форум «USB Implementers Forum», который является отраслевой ассоциацией стоящей за развитием порта, провела работу над ошибками в своем творении micro USB и создала USB Type-C с лучшими спецификациями. Зарядные устройства с новым портом работают быстрее и обычно заряжают смартфоны с мощностью 15 Вт. Это в пять раз быстрее, чем большинство зарядных устройств, использующих старый порт. А главное — это не создает лишнюю нагрузку на ваш аккумулятор.
Зарядка в обе стороны
Оба конца кабеля не только выглядят одинаково, они также могут выполнять одни и те же действия с двух сторон, что означает, что вы можете определить, в каком направлении течет ток. В некоторых случаях это приводит к забавным результатам, когда ваш смартфон начинает заряжать блок питания.
Если у вас осталось много заряда батареи, вы можете помочь другу, зарядив его смартфон используя всего лишь Type-C кабель. Для этого подключите оба смартфона таким кабелем и направьте ток в нужную сторону, это все!
Передача данных со смартфона на смартфон
Вам просто нужно открыть проводник файлов на устройстве, куда вы хотите принять файлы. Это предустановленное приложение на смартфонах многих производителей, но в противном случае его просто можно найти в настройках.
Как устроен USB Type-C
USB (Universal Serial Bus) — это стандарт, определяющий кабель, разъемы и цифровой обмен данными. Первая его версия появилась в 1998 году и заменила интерфейсы ПК, которые были популярными в то время. Разъем USB Type-C появился в 2014 году. Он имеет больше пинов, чем его предшественник, и они расположены симметрично. В результате, неважно, в какой стороной вы вставляете кабель — он двухсторонний и работает одинаково.
Это двухсторонний порт на 24 пина
Между разъемами и версиями USB существует много отличий. Они имеют разные электрические характеристики, показатели мощности и скорости передачи данных. Разъемы USB A и B имеют только 4 контакта, тогда как USB 3.1 Type-C имеет 24 контакта (стандартная распиновка), которые необходимы для поддержки более высоких токов и более быстрой передачи данных. Кроме того, стандарт USB 3.1 увеличивает скорость передачи данных до 10 Гб/с, а также, у него есть инновационные способы зарядки устройств.
Спецификация порта Type-C требует, чтобы соединитель выдерживал 100.000 подключений в разъем, без признаков износа. Если вы подключаете порт к примеру два-три раза в день, кабель должен продержаться более 12 лет. Чтобы соответствовать этим требованиям и работать с увеличенным потоком мощности, кабели USB-C обычно делают толще классического micro USB кабеля.
Для чего нужен Type-C
Множество Android смартфонов до сих пор имеют micro USB порт. В большинстве случаев через него устройства заряжаются от напряжения 5V и тока 2A. Более быстрая скорость зарядки может быть достигнута только за пределами спецификации USB: Qualcomm Quick Charge, OnePlus Dash Charge, Oppo Vooc и Samsung Adaptive Fast Charge — это стандарты производителей, которые работают только на устройствах определенного бренда.
Передает мощность больше, чем micro USB
Порт Type-C обеспечивает питание до 100 Вт с использованием открытой, бесплатной, общепринятой системой питания, ограниченной только кабелем, источником питания или целевым устройством для зарядки. Чтобы свести к минимуму накопление тепла и износ электронных компонентов, устройства, совместимые с Type-C, постоянно согласовывают напряжение и ток друг с другом. Чтобы узнать их, найдите логотип USB на зарядном устройстве, который был принят в августе 2016 года.
Можно передавать HDMI и аудио сигналы
Разъемы Type-C могут заменить многие другие кабели. Процесс сертификации для многих сигналов и протоколов уже завершен. К ним относятся VGA, DVI или HDMI, где порт Type-C имитирует порт дисплея, включая преобразование протокола. Конечно, для этого требуется соответствующее аппаратное и программное обеспечение на устройстве, но это уже дело производителей техники.
Xiaomi и LeEco избавляются от 3.5 мм порта в пользу Type-C
Вам приходилось встречать человека, который с восторгом говорил: «В моем смартфоне есть Type-C»?
Дебаты о современности и пользе нового интерфейса ведутся достаточно долго. Одни считают его будущим, другие - утопией. Вся беда в том, что обе стороны имеют весомые доказательства своей правоты. Чтобы разобраться в ситуации, необходимо всесторонне изучить вопрос.
Развитие
Не все помнят первый разъем USB Type-A, который по сей день используется в новейших компьютерах, ноутбуках и планшетах. В далеких 90-х годах он имел такую же физическую форму, но другой стандарт - USB 1.1. Если говорить более подробно, были ограничения по скорости передачи данных.
В 2001 году был разработан стандарт 2.0, который является самым распространенным на сегодняшний день. Он обеспечил скорость передачи данных до 480 Мбит/с. В этот момент началась эпоха создания универсального и скоростного разъема для подключения.
Первым общепринятым разъемом, получившим большую популярность и распространение, стал Type-B Mini. Он успешно применяется в телефонах, фотоаппаратах, видеокамерах и позволяет подключить устройства к компьютеру. Однако не стоит считать это большим прорывом, так изменилась только форма, стандарт остался прежним - USB 2.0. Другими словами, скорость передачи не увеличилась.
Стремление минимизировать габариты гаджетов привело к созданию нового Type-B Micro. Он продолжает оставаться главным героем подавляющего количества современной техники, но не может предложить пользователям больших преимуществ.
Настоящим прорывом стала спецификация USB 3.0, которая кардинально поменяла взгляд на многие вещи. Новый интерфейс позволил увеличить скорость передачи данных до 5 Гбит/с. Изменения коснулись и внутреннего строения. В новом 3.0 представлена 9-контактная группа (в 2.0 было всего 4 контакта).
Последним шагом на пути к появлению Type-C стало принятие стандарта 3.1, который остается самым быстрым и эффективным в наши дни. Пользователи получили возможность передавать данные со скоростью до 10 Гбит/с. Новый стандарт также позволяет передавать заряд мощностью в 100 Вт.
Стандарт состоит из 24 пинов: два ряда по 12 штук. 8 пинов интерфейса USB 3.1 применяются для обмена данными с высокой скоростью. Пины B8 и A8 (SUB1 и 2) используются для передачи аналоговых сигналов в наушники (правый и левый), A5 и B5 (СС1 и 2) необходимы для выбора режима питания. Также есть выводы земли (GND) и питания (V+).
Преимущества Type-C
Он не так уж и необходим, а просто является очередной физической модификацией, получившей поддержку USB 3.1. Но не стоит спешить с выводами, так как есть целый ряд преимуществ, которые предлагает новый разъем:
- Безопасность . Разъем является двусторонним, т.е. можно подключать кабель в любом положении. Это обеспечивает полную безопасность и сохранность гаджета от поломок, которые сопровождаются загнутыми или сломанными контактами.
- Универсальность . Обеспечена полная совместимость со всеми стандартами старого поколения, начиная с USB 1.1.
- Независимость . Type-C, поддерживающий USB 3.1, может обеспечивать подключаемые устройства питанием до 100 Вт. Проще говоря, при подключении идет не просто полноценное энергоснабжение, но и подзарядка аккумуляторов других гаджетов, как от « ».
- Компактность . Разъем имеет очень маленькие габариты, поэтому активно используется в производстве современных и планшетов.
Недостатки
С технической точки зрения USB Type-C практически совершенен. Так почему он до сих пор не стал самым популярным? Почему производители не спешат оснастить им свою технику? Для технического оснащения нет никаких препятствий, однако есть весомые причины, которые тормозят этот процесс.
В первую очередь, он имеет уникальную физическую структуру, поэтому для подключения большинства гаджетов необходимы кабели-переходники, всевозможные разветвители и адаптеры. Если подключаемое устройство не поддерживает USB 3.1, такое подключение просто теряет смысл, так как не будет обеспечена максимальная скорость передачи данных и поддержка питания.
Большинство выпущенной компьютерной, мобильной, аудио- и видеотехники оснащено Type-A, Type-B Mini/Micro, которые не имеют поддержки USB 3.1 или даже 3.0. Массовый переход на USB Type-C снизит спрос на существующие товары, у которых он отсутствует. Независимо от желаний и надежд пользователей, производители осознанно отодвигают эффективную технологию и тормозят ее распространение.
Во-вторых, даже при наличии в двух подключаемых устройствах Type-C получение всех преимуществ может быть недоступно. Это связанно с несовершенной технологией обработки и передачи информации определенных категорий устройств. Например, можно синхронизировать смартфон и персональный компьютер/ноутбук через Type-C. Однако передача данных в обоих направлениях будет ограничена, так как максимальную скорость не сможет обеспечить винчестер.
Да, новая технология доступна, она используется, но до полного перехода пока далеко. Нужно понимать, что в случае полного перехода на USB Type-C придется отправить на утилизацию всю устаревшую технику.
