Как использовать usb type c

Всё, что вы хотели знать про USB Type-C, но боялись спросить

День добрый, Geektimes! Все уже слышали про USB Type-C? Тот самый, который двухсторонний, быстрый-модный-молодёжный, заряжает новый макбук, делает волосы гладкими и шелковистыми и обещает стать новым стандартом подключения на следующие лет десять?

Так вот, во-первых, это тип разъёма, а не новый стандарт. Стандарт называется USB 3.1. Во-вторых, говорить нужно именно о новом стандарте USB, а Type-C лишь приятный бонус. Чтобы понять, в чём разница, что скрывается за USB 3.1, а что — за Type C, как заряжать от USB-кабеля целый ноутбук и что ещё можно сделать с новыми USB Type-C:

Коротко о главном

USB как стандарт появился почти двадцать лет назад. Первые спецификации на USB 1.0 появились в 1994 году и решали три ключевых проблемы: унификацию разъёма, по которому подключалось расширяющее функции ПК оборудования, простоту для пользователя, высокую скорость передачи данных на устройство и с него.

Не смотря на определённые преимущества USB-подключения перед PS/2, COM и LPT-портами, популярность пришла к нему не сразу. Взрывной рост USB испытал в начале двухтысячных: сначала к нему подключались камеры, сканеры и принтеры, затем флеш-накопители.

В 2001 году появились первые коммерческие реализации того USB, который нам привычен и понятен: версии 2.0. Им мы пользуемся вот уже 14-й год и устроен он сравнительно просто.

USB 2.0

Любой кабель USB версии 2.0 и ниже имеет внутри 4 медных проводника. По двум из них передаётся питание, по двум другим — данные. Кабели USB (по стандарту) строго ориентированы: один из концов должен подключаться к хосту (то есть системе, которая будет управлять соединением) и называется он Type-A, другой — к устройству, он называется Type-B. Разумеется, иногда в устройствах (таких, как флешки) кабеля нет вообще, разъём типа «к хосту» располагается прямо на плате.

На стороне хоста существует специальный чип: контроллер USB (в настольных компьютерах он может быть как частью системной логики, так и вынесен в качестве внешней микросхемы). Именно он инициализирует работу шины, определяет скорость подключения, порядок и расписание движения пакетов данных, но это всё детали. Нас больше всего интересуют разъёмы и коннекторы классического USB-формата.

Самый популярный разъём, которым все пользовались — USB Type-A классического размера: он расположен на флешках, USB-модемах, на концах проводов мышей и клавиатур. Чуть реже встречаются полноразмерные USB Type-B: обычно таким кабелем подключаются принтеры и сканеры. Мини-версия USB Type-B до сих пор часто используется в кардридерах, цифровых камерах, USB-хабах. Микро-версия Type-B стараниями европейских стандартизаторов стала де-факто самым популярным разъёмом в мире: все актуальные мобильники, смартфоны и планшеты (кроме продукции одной фруктовой компании) выпускаются именно с разъёмом USB Type-B Micro.

Ну а USB Type-A микро и миниформата наверное никто толком и не видел. Лично я навскидку не назову ни одного устройства с такими разъёмами. Даже фотографии пришлось из википедии доставать:

Все эти разъёмы объединяет одна простая вещь: внутри находится четыре контактных площадки, которые обеспечивают подключаемое устройство и питанием, и связью:

С USB 2.0 всё более-менее понятно. Проблема стандарта заключалась в том, что двух проводников для передачи данных мало, да и разработанные в середине первого десятилетия спецификации не предусматривали передачу больших токов по цепям питания. Сильнее всего от подобных ограничений страдали внешние жёсткие диски.

USB 3.0

Для улучшения характеристик стандарта была разработана новая спецификация USB 3.0, которая содержала следующие ключевые отличия:

Кроме того, появилось ещё 4 разъёма, электрически и механически совместимые с USB Type-A версии 2.0. Они позволяли как подключать USB 2.0-устройства к 3.0-хостам, так и 3.0-устройства к 2.0-хостам или по 2.0-кабелю, но с ограничением по питанию и скорости передачи данных.

USB 3.1

С осени 2013 года приняты спецификации на обновлённый стандарт USB 3.1, который и принёс нам разъём Type-C, передачу до 100 Вт питания и удвоение скорости передачи данных по сравнению с USB 3.0. Однако стоит отметить, что все три новшества — это лишь части одного нового стандарта, которые могут быть как применены все вместе (и тогда девайс или кабель получит сертификацию USB 3.1), либо по отдельности. Например, технически внутри Type-C кабеля можно организовать хоть USB 2.0 на четырёх проводах и двух парах контактов. К слову, такой «финт» провернула компания Nokia: её планшет Nokia N1 имеет разъём USB Type-C, но внутри используется обычный USB 2.0: со всеми ограничениями по питанию и скорости передачи данных.

USB 3.1, Type-C и питание

За возможности по передаче действительно серьёзных мощностей отвечает новый стандарт USB PD (Power Delivery). Согласно спецификациям, для сертификации USB PD устройство и кабель должны обеспечивать передачу тока с мощностью до 100 Ватт, причём в обе стороны (как к хосту, так и от него). При этом передача электроэнергии не должна мешать передаче данных.

Пока существует только два ноутбука, полностью поддерживающие USB Power Delivery: новый макбук и Chromebook Pixel.

Ну а потом, кто знает, может, будем дома вот такие розетки ставить?

USB Type-C и обратная совместимость

USB как стандарт силён своей обратной совместимостью. Найдите древнюю флешку на 16 мегабайт, поддерживающую только USB 1.1, вставьте её в порт 3.0 и работайте. Подключите современный HDD в разъём USB 2.0, и если ему хватит питания — всё заведётся, просто скорость будет ограничена. А если не хватит — существуют специальные переходники: они используют цепи питания ещё одного порта USB. Скорость не увеличится, но HDD будет работать.

Та же история и с USB 3.1 и разъёмом Type-C, с одной лишь поправкой: новый разъём геометрически никак не совместим со старыми. Впрочем, производители активно начали производство как проводов Type-A Type-C, так и всевозможных переходников, адаптеров и разветвителей.

USB Type-C и туннелирование

Скорость передачи данных стандарта USB 3.1 позволяет не только подключать накопители и периферию, заряжать ноутбук от сети через Type-C-кабель, но и подключить, скажем… монитор. Одним проводом. И USB hub с несколькими 2.0-портами внутри монитора. 100 Вт питания, скорость, сравнимая с DisplayPort и HDMI, универсальный разъём и всего один проводок от ноутбука к монитору, блок питания которого и дисплей обеспечит электричеством, и ноутбук зарядит. Разве это не прекрасно?

Что сейчас есть на USB Type-C

Так как технология молодая, на USB 3.1 девайсов совсем немного. Устройств же с кабелем / разъёмом USB Type-C немногим больше, но всё равно недостаточно, чтобы Type-C стал таким же распространённым и естественным, как Micro-B, который есть у любого пользователя смартфона.

На персональных компьютерах Type-C ждать можно уже в 2016, но некоторые производители взяли и обновили линейку имеющихся материнских плат. Например, USB Type-C с полной поддержкой USB 3.1 есть на материнской плате MSI Z97A Gaming 6.

Итоги

USB 3.1 наконец-то станет «королём» разъёмов. По нему можно подключить практически что угодно: внешний диск, дисплей, периферию, адаптер питания и даже массив из SSD-дисков. Пропускная способность и 100 Вт передаваемой мощности — серьёзная заявка на успех.

Представьте мир через 5 лет? Куда не приди — всюду и зарядка есть, и разъём подходит, и спрашивать не надо. И фотоаппарат подключить легко, и телефон, и вообще всё-всё-всё… И только в бухгалтерии как пользовались дискетами, так и будут пользоваться.

Спасибо за внимание!

Источник

Что умеет Type-C и как купить правильный кабель

А можно ли по Type-C монитор подключить? А зарядит ли мой кабель ноутбук? Обо всем расскажем

Разъемы стандарта USB-C (или USB Type-C) встречаются в ноутбуках, ПК, смартфонах и даже зарядных кейсах TWS-наушников. В свое время этот стандарт произвел настоящую революцию в мире интерфейсов. Что в нем особенного?

Очень компактный. Из-за высоты 3 мм он помещается в наушниках, смартфонах и ноутбуках. Можете представить себе обычный USB-A на корпусе смартфона?

Симметричный. Не надо мучиться с правильным ориентированием штекера: просто вставьте его в разъем — и точно всё получится.

Универсальный. Можно использовать для передачи не только информации, но и энергии. К примеру, многие ультрабуки заряжаются от адаптера USB-C (например, Huawei MateBook D 15 ).

Казалось бы, вот оно, счастье — больше никакой путаницы и многообразия интерфейсов. Но на деле всё не так просто. Скажем, вы подключаете внешний диск кабелем USB-C, но скорость оказывается гораздо ниже заявленной. Или надеетесь зарядить ноутбук через тот же интерфейс, но почему-то не получается.

Всё потому, что не все разъемы и кабели USB-C одинаковы. Чтобы всё работало, как задумано, нужно внимательно читать спецификации кабелей и устройств перед покупкой. Вот о них мы и расскажем ниже.

Что скрывается в Type-C

Крохотный Type-C (или USB-C) получил 24 контакта — максимальное количество среди всех видов USB. Такая конструкция позволяет реализовать в одном стандарте множество интерфейсов. Но необязательно, что все они будут в конкретном изделии. Чем сложнее начинка — тем дороже кабель или устройство, а рынок просит и моделей подешевле. Какие в принципе интерфейсы могут быть в Type-C?

USB 2.0 — уже архаичный интерфейс, который используется для подключения периферийных устройств (например, мышек) и передачи данных на низкой скорости до 480 Мбит/с. Сила тока для питания внешних устройств тоже скромная — до 500 мА.

USB 3.0 — более прогрессивный стандарт, подразумевающий скорость до 5 Гбит/с и силу тока до 900 мА.

USB 3.1 — предлагается в двух версиях: Gen 1 со скоростью передачи данных до 5 Гбит/с и Gen 2, развивающий ее до 10 Гбит/с.

USB 3.2 — стандарт, который появился в 2017 году и окончательно всех запутал. Организация USB-IF, отвечающая за спецификации USB, предложила новые названия.

Например, теперь правильно называть USB 3.2 Gen 1, USB 3.1 Gen 2 превратился в USB 3.2 Gen 2, а самый современный USB 3.2 официально считается USB 3.2 Gen 2*2. Он разгоняется до 20 Гбит/с.

Type-C работает и в альтернативных режимах, передающих данные по следующим протоколам:

А еще Type-C заряжает устройства при мощности до 100 Вт по протоколу Power Delivery. Этого хватает, чтобы быстро заряжать ультрабуки или питать мощные ноутбуки с дискретной графикой. Но чтобы обеспечить те самые 100 Вт, порт Type-C, кабель и адаптер питания должны поддерживать протокол Power Delivery мощностью 100 Вт.

Как выбрать кабель Type-C

Режимы, протоколы — это всё, конечно, хорошо. Но на что в итоге обращать внимание при выборе кабеля Type-C? Ведь их стоимость может отличаться в несколько раз.

Переходник может быть вообще без кабеля — оба разъема совмещены в корпусе. Такие варианты занимают меньше места, но при подключении проводных устройств создают механическую нагрузку на основной разъем и разбалтывают его.

Существуют не просто переходники, а хабы (или разветвители). Через них в один порт Type-C подключаются несколько устройств. Это актуально для владельцев ультрабуков, в которых иногда встречается всего один порт Type-C. Например, хаб Hama поддерживает до 4 устройств по USB-А.

Еще можно обратить внимание на максимальную силу тока. Она не должна быть меньше, чем у адаптера, которым вы собираетесь заряжать гаджет. Например, у Samsung EP-DA705BBRGRU это 3А — значит, он подойдет для адаптеров на 3А и 5В. В результате получим мощность зарядки 15 Вт (произведение силы тока на напряжение).

При подключении внешнего монитора выбор зависит от разрешения. Для Full HD подойдет любой переходник или хаб с интерфейсами HDMI или VGA.

А вот для разрешения 4K и выше ищите кабель, переходник или хаб с поддержкой нужного разрешения и частоты. Например, кабель с поддержкой 4K 30 Гц будет выводить 4K-изображение с частотой кадров максимум 30 кадр/с. Все анимации на экране будут менее плавными, чем с кабелем на 4K 60 Гц.

Если вам нужен кабель для передачи данных, то отталкивайтесь от используемого стандарта. При подключении периферии с USB 2.0 или USB 3.0 — флешки, внешние накопители, мышки, клавиатуры — выбирайте переходники, хабы и кабели с поддержкой USB 2.0 или USB 3.0. А если вы собираетесь подключить внешнюю видеокарту или хотите максимум скорости от внешнего SSD-накопителя, то вам снова нужен Thunderbolt 3 с его молниеносными 40 Гбит/с.

Что касается кабелей с поддержкой Thunderbolt 3, стоит учитывать два типа проводов: пассивные и активные. Пассивные кабели выдают 40 Гбит/с только при длине менее 45 см. При более высокой длине скорость падает до 20 Гбит/с. Чтобы решить эту проблему, активные кабели оборудованы небольшими электронными схемами на одном или обоих концах провода. Эти схемы сохраняют все 40 Гбит/с на расстоянии до 2 метров. При большей длине скорость снова падает до 20 Гбит/с.

Рассказываем про гаджеты, технику, опыт использования и полезные лайфхаки для бизнеса и жизни. Оставьте свою почту и получайте самые интересные статьи дважды в неделю.

Источник

Все о разъеме USB Type-C: один для всех

Содержание

Содержание

Стандарт USB давно стал народным. Просто нет пользователя, не знакомого с ним. От этого еще более смелым и сложным выглядит сделанный разработчиками шаг к переходу на совершенно новый разъем. Оправдал ли он себя?

Маленькая революция в мире USB

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

В спецификации приведены конструктивные преимущества:

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

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

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

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

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

Вскрытие покажет. Распиновка USB Type-C

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

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

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

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

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

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

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

Полнофункциональный штекер содержит минимум 22 контакта:

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

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

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

Как штекер с гнездом разговаривали. Конфигурация соединения

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

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

Неопознанные коаксиальные объекты

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

Согласно спецификации существует четыре типа кабелей:

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

Вот пример отличного кабеля, который поддерживает только USB 2.0:

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

А вот пример полнофункционального кабеля:

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

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

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

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

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

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

Не сопротивляйтесь — постарайтесь получить удовольствие

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

Источник

Как начать использовать USB Type-C в своих разработках

В современных embedded-устройствах используется огромное количество различных разъемов, таких как USB Type-B, miniUSB, microUSB и так далее. Все они отличаются форм-фактором, максимальной пропускной способностью и другими различными характеристиками. Самым верным решением в данной ситуации было бы минимизировать количество используемых разъемов и остановиться на каком-то одном, «едином» для большинства разработок. Наиболее перспективным выглядит использование разъема Type-C. В нем объединены невероятная пропускная способность с высокой мощностью питания. Такие производители, как Apple, Huawei, Sony уже внедряют разъем Type-C в свои разработки, постепенно отказываясь от использования «старых» разъемов. А чем embedded-разработчики хуже?

В данной статье мы приведем общую информацию, необходимую для практического применения Type-C. Наиболее полезной она будет для новичков в сфере embedded, но надеемся, что каждый найдет в ней что-то интересное.

Почему Type-C?

Если так получилось, что вы не доверяете выбору разработчиков таких интерфейсов, как USB4, Thunderbolt 3 (TBT3), DisplayPort 2.0 (DP) (все они работают через USB Type-C), то в Интернете достаточно много статей, описывающих различные преимущества разъема Type-C, более подробно можно почитать тут и тут. Мы же хотим представить вам небольшую, но полезную «шпаргалку», содержащую основные характеристики и примеры практического применения.

Далее будут приведены основные характеристики разъема Type-C, которые необходимо знать.

Структура разъема

В Type-C реализовано множество функций для различных пинов:

Рассмотрим их назначение:

VBUS – источник питания для устройства

Описание: существует множество различных режимов передачи питания: от 5 В – 500 мА (2,5 Вт) до 20 В – 5 А (100 Вт). Но просто так заставить устройство работать на питании 20 В не получится, к тому же это было бы небезопасно. Для согласования напряжения между устройством и источником, значение которого превышает 5 В, используется протокол Power Delivery (PD). Без использования данного протокола максимальная мощность, которую может выдать хост-устройство, составляет 15 Вт (5 В – 3 А). Этого вполне достаточно практически для любого embedded-устройства, но, к сожалению, данное значение мощности (15 Вт) зависит от конфигурации хост-устройства и не всегда может быть достигнуто.
Power Delivery (PD) – это стандарт, устанавливающий роли «источник/потребитель» между устройствами, а также оптимальный уровень мощности между ними. Более подробно про данный протокол можно прочитать в этой статье.

Характеристики:

CC1/CC2 – Configuration Channel (CC)

Описание: именно эти пины отвечают за определение ориентации подключения кабеля. Также один из этих пинов, в зависимости от ориентации подключения кабеля, становится источником питания (Vconn) для внутренних интегральных схем подключаемого активного кабеля. Общение между устройствами по протоколу PD происходит по второму оставшемуся пину. Для более простых устройств, в которых не требуется использовать протокол PD, подключение определяется пассивным способом: за счет резистивного делителя, образовавшегося на данной линии между устройствами.

Характеристики:

SBU1/SBU2 – Sideband Use (Auxiliary Signal Pins)

Описание: данные пины являются дополнительными для различных интерфейсов. Для таких интерфейсов, как USB2/3.2 данные пины не используются. Во время работы интерфейса USB4 по этим пинам происходит инициализация интерфейса и дополнительная настройка его работы, а также инициализация линий данных и их направления. Для интерфейса DP эти пины выполняют работу AUX-канала. В режиме аудиоадаптера один из них (в зависимости от ориентации подключения) используется в качестве аналогового сигнала микрофона, второй же используется в качестве аналоговой «земли».

Характеристики:

D+/D- – Data (USB2.0)

Описание: стандартные линии данных для интерфейса USB 2.0. Сигналы симметрично повторяются на двух сторонах разъема для возможности работы с любой ориентацией кабеля. Для других интерфейсов, таких как USB3.2/USB4/TBT3/DP данные пины не используются. Таким образом, USB2.0 может работать параллельно с другими интерфейсами. В режиме аудиоадаптера эти пины используются в качестве правого и левого каналов аудиосигнала.

Характеристики:

TX1± TX2± RX1± RX2± – Data (USB3.2/USB4/TBT3/DP)

Описание: высокочастотные дифференциальные пары, необходимые для передачи данных. Для различных интерфейсов скорость передачи отличается. Для интерфейсов USB4/TBT3/DP имеется возможность настроить все линии для передачи данных в одном направлении (режим Simplex). Таким образом, скорость передачи данных увеличивается в два раза.

Характеристики:

Полезные ссылки

Ниже приведены ссылки на официальную документацию упомянутых стандартов:

Активные кабели

В спецификациях определение active cable (активный кабель) отличается. Так, в спецификации для протокола PD прописано, что активным считается тот кабель, который имеет поддержку SOP (Start of packet), то есть способен отвечать на запросы, отправленные ему протоколом PD, и сообщать свои характеристики (какие интерфейсы и варианты питания он способен поддерживать).

A cable with a USB Plug on each end at least one of which is a Cable Plug supporting SOP’, that also incorporates data bus signal conditioning circuits.

В соответствии со спецификацией на Type-C активным кабелем является тот, который имеет внутри себя различные повторители, необходимые для улучшения передаваемого сигнала.

Active cables are USB Full-Featured Type-C Cables that incorporate repeaters in the USB 3.2 data path. All active cables, regardless of length, are expected to comply with this specification, the USB 3.2.

Так как на данный момент по спецификации все кабели Type-C должны иметь электронную маркировку (Emark), то есть иметь поддержку SOP, правильнее будет считать активными кабелями только те, которые имеют различные ретаймеры и редрайверы.

ReTimer (ретаймер) и ReDriver (редрайвер) – микросхемы, установленные в линиях данных. Они обеспечивают улучшение проходящего сигнала. Ретаймеры и редрайверы могут устанавливаться на всем пути передачи сигнала: и в кабеле, и на печатных платах источника/получателя (если это необходимо).

Сигнал может затухать или ослабевать при передаче на большие расстояния. Для его восстановления используются данные микросхемы. Они имеют достаточно сложный принцип работы, мы не будем описывать его в данной статье. Следует отметить, что редрайвер – это более простое устройство, которое усиливает проходящий сигнал. Ретаймер – более сложное устройство, которое ретранслирует копию сигнала. Ниже приведен пример глазковой диаграммы ослабленного сигнала, проходящего через редрайвер и ретаймер соответственно.

С появлением новых интерфейсов увеличивается скорость передачи данных, тем самым уменьшается и расстояние, на которое можно передать эти данные. Это видно, если обратить внимание на длину стандартных кабелей:

И это с учетом того, что длина 0,8 м достижима только с использованием активных кабелей. Пассивные кабели (без использования различных повторителей) имеют длину только

Кабель Optically Isolated Active (OIA). За счет своей внутренней структуры данный кабель способен передавать данные на расстояние более чем 50 м, тем самым увеличивая границу использования таких интерфейсов, как USB3.2/TBT3. Этот кабель электрически изолирован между двумя штекерами и должен иметь поддержку SOP с каждой из сторон. Но нужно учитывать, что кабель передает данные только дифференциальных пар RX/TX, поэтому питание и интерфейс USB2.0 не поддерживаются данным интерфейсом. Также необходимо, чтобы каждый из двух подключаемых устройств имел поддержку Vconn для питания внутренних интегральных схем кабеля. Уже в этом году ожидается разработка OIA-кабелей для интерфейса USB4.

Также необходимо помнить, что не все кабели способны поддерживать все интерфейсы, поэтому лучшим на данный момент решением будет использовать кабель для TBT3-устройств, так как он поддерживает и максимальную передачу данных, и максимальную мощность питания (имеются в виду короткие кабели до 0,8 м).

Обратная совместимость с разъемами предыдущего поколения. Для поддержки подключения устройств с Type-C к устройствам с разъемами предыдущего поколения существуют следующие типы кабелей:

Описание структуры и подробная информация обо всех вышеперечисленных кабелях приведена в спецификации на кабель и разъем Type-C.

Основные отличия структуры штекера (plug) от разъема (receptacle):

От слов к практике

Выбор разъема

Перед тем как выбрать разъем, необходимо определиться, передачу какого интерфейса необходимо поддерживать в своей разработке. На данный момент в embedded-разработке основными являются интерфейсы USB2/USB3, поэтому далее мы будем рассматривать именно их.

Важно понимать, что разъем USB является одной из самых часто используемых и наиболее сильно подверженных износу частей вашего устройства, поэтому необходимо, чтобы он был изготовлен качественно и выдерживал большое количество подключений.

Большинство производителей предлагают широкий спектр различных разъемов. Рассмотрим основные параметры, на которые стоит обратить внимание.

Важно! Если устройство не является единичным и подразумевается последующий серийный выпуск, следует обратить внимание на такой параметр, как Part Status. Если он имеет статус Active, то данный разъем является активным и в ближайшее время будет поддерживаться производителем. Если же компонент имеет иной статус, есть вероятность, что в будущем купить такой разъем еще раз не получится.

Количество контактов

В зависимости от поддерживаемых интерфейсов разъем может иметь меньшее количество контактов. Так, если поддержка высокочастотных интерфейсов, работающих на RX/TX-линиях (USB3.2/USB4/TBT3/DP), не требуется, то можно выбрать разъемы с 16 контактами или меньше:

Способ установки разъема

Существуют различные способы установки разъема. Все они отличаются параметрами, мы рассмотрим только основные из них.

Тип установки разъема на печатную плату:

Surface Mount / поверхностный монтаж

Board Cutout / вырез в печатной плате

Ориентация разъема относительно печатной платы:

Right Angle / прямой угол

Vertical Right Angle / вертикальный под прямым углом

Тип установки контактов на печатную плату:

Поверхностный монтаж контактов

Выводной монтаж контактов

Важно! При выборе разъема следует обратить внимание на длину выводных контактов, так как некоторые производители предлагают несколько вариантов одного и того же разъема для печатных плат разной толщины.

Тип разъема

Многие разъемы внешне сильно отличаются друг от друга, так как предназначены для работы в различных условиях. Многие из производимых разъемов имеют различные степени защиты (Ingress Protection), IP65, IPX2 и так далее. В связи с этими требованиями внешняя конструкция разъема достаточно специфическая, поэтому использовать его в стандартных тонкостенных корпусах затруднительно. Поэтому, если нет необходимости, рекомендуем использовать стандартные разъемы без каких-либо степеней защиты.

Разъем со степенью защиты IPX7

Внедрение в проект

В данной статье мы рассматриваем только UFP (Upstream Facing Port) Sink, то есть USB-устройства, которые не могут идентифицироваться при подключении как хост-устройство или источник питания. Более подробную информацию по UFP и разработке DFP (Downstream Facing Port) и Source-устройств (источник питания) можно найти в спецификациях, ссылки на которые были приведены выше.

Рассмотрим два варианта подключения:

Поддержка интерфейса USB2.0

Необходимо выполнить следующее:

К пинам A5/B5 (CC1/CC2) подключить резисторы (Rd resistor) с подтяжкой к «земле» номиналом 5,1 кОм ± 20 %, как показано на рисунке ниже. При подключении устройства к кабелю пара резисторов Rp–Rd образует делитель напряжения. Измеряя полученное напряжение, хост устанавливает, какой из CC-пинов подключился к хосту, тем самым определяет ориентацию кабеля. В связи с тем, что используется только USB 2.0, ориентация не имеет значения, поэтому на каждый из CC-пинов подключается резистор Rd. Если резистор Rd подключить только к одному из пинов, а другой оставить «в воздухе», то устройство будет работать только с определенной ориентацией кабеля. Резисторы Ra установлены внутри кабеля и имеют номинальное значение, отличное от Rd.

Соединить пины A6–B6 (D+) и A7–B7 (D-). Данный шаг необходим для успешной работы устройства с любой ориентацией кабеля.

Также у большинства разъемов Type-C присутствуют пины, соединенные с корпусом разъема (Shield). Их также рекомендуется подключить к «земле» через схему защиты. Размещать схему защиты необходимо как можно ближе к разъему. В зависимости от цели и характеристик устройств схема защиты может отличаться. Пример схемы защиты представлен ниже под спойлером.

RX1/TX1, RX2/TX2, SBU1/SBU2 не используются, подключать их не требуется.

Печатная плата:

Пример трассировки разъема Type-C для интерфейса USB2.0 (разъем: 2129691-1 от TE Connectivity)

Поддержка интерфейсов USB2.0/USB3.2 Gen 1 / Gen 2

Необходимо выполнить следующее:

С пинами CC1/CC2 в данном примере все чуть сложнее. Если бы наше устройство поддерживало интерфейс USB 3.2 Gen 2×2, то было бы достаточно подтянуть пины СС1/CC2 к «земле» через резисторы Rd с номиналом 5,1 кОм. При любой ориентации кабеля все высокочастотные дифференциальные пары соединялись бы друг с другом.

Так как в нашем случае используются только две высокочастотные дифференциальные пары (RX/TX) вместо четырех, возникает следующая проблема: данные могут передаваться либо по первой паре, либо по второй, в зависимости от ориентации подключения.

Для решения данной проблемы можно использовать связку из двух микросхем:

RX1/TX1 и RX2/TX2 подключить к мультиплексору.

Подключить схему защиты к контактам Shield.

SBU1/SBU2 не используются, подключать их не требуется.

Печатная плата:

Четырехслойная печатная плата с использованием конденсаторов, соединяющих опорные слои (разъем: 2305018-2 от TE Connectivity)

Шестислойная печатная плата (С1, С2,R1 – shield), (632723300011 от Wurth Elektronik)

Заключение

Данная статья была нацелена на новичков в разработке embedded-устройств, но мы старались представить информацию таким образом, чтобы каждый нашел в ней что-то полезное. Надеемся, нам удалось показать, насколько перспективно, легко и удобно использование многофункционального разъема Type-C. Он может стать универсальным элементом в растущем количестве разрабатываемых устройств. И с каждым годом количество разрабатываемых устройств с использованием Type-C будет только расти. Пишите в комментариях, какой информации вам не хватило, и мы обязательно постараемся ее добавить.

Raccoon Security – специальная команда экспертов НТЦ «Вулкан» в области практической информационной безопасности, криптографии, схемотехники, обратной разработки и создания низкоуровневого программного обеспечения.

Источник