Виды USB разъемов. Будущее USB: разъем Type C и другие новшества
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 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
Стремительное развитие компьютерных технологий затрагивает не только основные компоненты систем. Увеличиваются возможности, в том числе различных интерфейсов. Что касается самого распространенного способа подключения периферийных устройств, - USB, - здесь в целом можно констатировать кратное увеличение производительности за последние годы. Пропускная способность универсальной последовательной шины увеличивается, функциональность расширяется. Изменениям подвергаются и разъемы, используемые для подключения разнообразных USB-устройств. Сегодня у многих на слуху USB такое, в чем преимущества и недостатки решения - тема данной статьи.
Разъемы современного компьютера
Окинув взглядом корпус практически любого ноутбука, можно обнаружить целый ряд различных портов, расположенных по бокам. Среди них обязательно присутствует USB, практически всегда HDMI и некоторые другие. Современные модели часто оснащаются новейшим портом USB Type-C. Что это за разъем, многие не знают, а стоило бы ознакомиться с возможностями порта. Предположительно, разъем в будущем заменит многие другие решения и станет действительно универсальным стандартом. Этому способствуют технические характеристики нового способа сопряжения компьютера и периферии. Порт USB Type-C предлагает пользователям повышенную скорость обмена данными, улучшенную функциональность, а также новый уровень удобства использования. Одним словом, будущее стандарта выглядит очень перспективным.
Множество применений одного кабеля
Создатели USB Type-С использовали при разработке стандарта очень простую идею. У пользователя должен быть единственный тип кабеля, а его компьютерная техника оснащается одним типом порта. Посредством использования унифицированного интерфейса доступно подключение всего что угодно. К примеру, используя кабель USB Type-C, можно подключать по своей сути разные устройства, представленные жесткими дисками, мониторами, аудиоинтерфейсами, смартфонами, планшетными ПК. Кроме прочего, появляется возможность использовать рассматриваемый разъем даже для зарядки лэптопа.
USB-A
На сегодняшний день практически все периферийные устройства подключаются к ПК через привычный разъем USB-A. Этот порт прочно вошел в компьютерный мир, имеет знакомую всем прямоугольную форму, и его применение стало практически стандартом для сопряжения с ПК и ноутбуками флеш-накопителей, внешних клавиатур, мышек, жестких дисков, принтеров и многих других устройств. Такая монополия, вероятно, вскоре будет разрушена - кабель USB Type-C уже занимает достойное место среди решений, используемых для подключения множества устройств.
Изменение концепции
Для подключения устройств к уже давно ставшему стандартом порту USB-A применяются различные кабели. Главное различие между ними - разъема, расположенный на противоположной, подключаемой к компьютеру стороне кабеля. Это практически всегда другой тип разъема. К примеру, для смартфонов применяется micro-USB, для других гаджетов часто используют mini-USB. Чтобы подключить принтер, потребуется кабель с разъемом USB-B, а для подключения запоминающих устройств - micro-USB-B. Такое разнообразие вызывает некоторые неудобства и сложности, ведь пользователю, владеющему несколькими девайсами, всегда нужно иметь под рукой целый набор кабелей. Призванный быть единым для всех аппаратов, т. е. универсальный кабель USB Type-C многократно упрощает эту ситуацию.
Новый формат
С развитием стандарта стало возможным установить единую конструкцию разъема для всех устройств, а также одинаковый коннектор на обоих концах кабеля. Как понять, взяв в руки кабель USB Type-C, что это именно он? Решение представляет собой тонкий коннектор, имеющий овальную форму и значительно меньший по габаритам в сравнении с предыдущими форматами кабелей и разъемов этого типа. Помимо этого, USB 3 Type-C получил важнейшую характеристику, представленную симметричностью и обратимостью. В целом очень похоже на решение Lightning от компании Apple - очень удобно, ведь не нужно тратить время на манипуляции с кабелем, чтобы найти верный способ подключения.
Будущее
Вероятно, уже сегодня можно утверждать, что по прошествии определенного времени разъем USB Type-C превратится в единственный универсальный порт для всех периферийных устройств. Таким образом, произойдет замена USB-A, B, micro-USB и mini, так усложняющих жизнь обычных пользователей на сегодняшний день. Все кабели должны стать одинаковыми и обладать возможностью использования для любых девайсов. Конечно же, быстрой унификации не случится, слишком много работоспособных устройств с отличными от USB Type-С разъемами используется сегодня и будет эксплуатироваться еще несколько лет.
При этом не стоит забывать: экспансия новых решений уже началась. К примеру, флешка USB Type-C уже совсем не редкость на прилавках компьютерных магазинов. Кроме того, факт выхода флагманских устройств от самых известных брендов, оснащаемых рассматриваемым портом, говорит о том, что описываемая ситуация, т. е. вытеснение устаревших разъемов с рынка рано или поздно наступит. Для совместимости со старыми решениями пока что придется использовать USB Type-C переходник.
Совместимость
Прочитав вышеизложенное, можно задуматься о том, что делать с уже приобретенными устройствами, оснащенными типами разъемов, отличными от USB Type-С. Нужно сказать, данный вопрос не должен вызывать особого беспокойства. Уже разработаны, выпускаются и продаются самые разнообразные переходники, позволяющие подключить любые девайсы с разъемом USB вне зависимости от его типа. Переходники типа mini-USB - Type-C , micro-USB - Type-C и другие уже широко распространены и отлично выполняют свои функции. Принцип обеспечения применяемый в компьютерной технике уже много лет, никто не собирается нарушать. При наличии в новом ноутбуке или компьютере порта USB Type-C переходник для других разновидностей разъема - это вполне применимое и действенное решение.
Подробнее о преимуществах разъема
Безусловно, простой пересмотр конструкции, которому подверглись разъем и порт, не будет весомой причиной для побуждения пользователя к апгрейду всей имеющейся у него периферии, но ведь исполнение - это далеко не единственное преимущество нового решения. Новым форматом поддерживается самый современный протокол USB 3.1, несущий в себе увеличение скорости обмена данными и большую универсальность в сравнении с предыдущими версиями, которые используются на устройствах, оснащаемых USB-А.
Скорость
С момента представления первой версии разъма прошло уже более двух десятков лет. В то время максимальная скорость, с которой передавались данные, составляла 12 Мб/с. На сегодняшний день можно утверждать, рассматривая USBType-C, что это самый быстрый интерфейс для подключения периферийных устройств из существующих решений. Стандарт USB 3.1 способен обеспечить показатель скорости передачи данных в 10 Гб/с.
Производительность
К дополнительным преимуществам рассматриваемого стандарта, безусловно, следует отнести производительность, представленную способностью обеспечивать передачу мощности до 100 Вт. Этого показателя достаточно для обеспечения энергией практически любого ноутбука, не говоря уже о смартфонах, планшетах и других гаджетах. Кроме энергии, новым форматом поддерживается передача огромного объема данных в единицу времени. К примеру, уже сегодня через USB Type-С успешно передают видеосигнал в разрешении 4К.
Универсальность
Универсальной природой новейшего стандарта открывается широкий ряд практических применений. Массу полезных функций можно обеспечить при помощи единственного кабеля. Например, можно подключить оснащенный USB-C ноутбук к монитору с внешним питанием и заряжать батарею лэптопа, одновременно просматривая видеоконтент. В том случае, когда к дисплею подключены устройства хранения, например, внешний диск, с ноутбука можно получить доступ к хранимой на носителе информации.
Недостатки USB Type-C
Этот разъем является блестящим новым форматом, без сомнения претендующим на звание повсеместно используемого решения в самом ближайшем будущем. При этом начальные стадии распространения и развития, на которых в данный момент все еще находится стандарт, не обеспечивают полного отсутствия опасностей, а также некоторой путаницы при использовании разъема.
Дешевые аксессуары
Главной проблемой, с которой может столкнуться пользователь, решивший приобщиться к современным тенденциям, являются дешевые некачественные аксессуары и кабели. Ввиду большого количества энергии, передаваемой через разъемы USB Type-C, использование кабелей недостаточного качества может привести к повреждению сопрягаемых устройств. Этот фактор должен учитываться пользователями в обязательном порядке. При покупке кабелей и переходников следует выбирать изделия надежных проверенных брендов.
Путаница в стандартах
Еще один неприятный момент, с которым могут столкнуться пользователи USB Type-C сегодня, вызван тем фактором, что рассматриваемый стандарт относится больше к типу используемого разъема, нежели к спецификациям самого интерфейса. Поэтому вполне вероятна ситуация, при которой устройство, подключенное к новому разъему, будет работать не так быстро, как ожидал владелец девайса. В первом поколении используется технология USB 3.0, обеспечивающая показатель максимальной скорости 5 Гб/с. Вторым поколением USB-C поддерживается стандарт 3.1, скорость передачи данных через который достигает уже 10 Гб/с. Проблемы с каждым из портов возникают по причине того, что выглядят они одинаково, но при производстве готовых решений брендами используются различные компоненты даже в линейках похожих моделей. Другими словами, перед покупкой девайса с разъемом USB Type-C необходимо проверять соответствие реальных технических характеристик порта требуемым показателям.
В 2015 году Apple выпустила свой первый гаджет, оснащенный новым и, на удивление, единственным портом USB Type-C. , в котором всего один порт, вызвал шквал недовольства среди фанатов компании.
А потом стерпелось, слюбилось, и Apple по сей день не только весьма успешно продает 12-дюймовую линейку ультрабуков, но и оснастила USB Type-C серию MacBook Pro, полностью отказавшись от классического USB 2.0/3.0, да и вообще каких-либо дополнительных портов.
Со дня выхода MacBook прошло уже почти три года, но у пользователей и по сей день возникают вопросы по эксплуатации новомодного порта USB Type-C. Особенно волнует вопрос подбора кабелей и аксессуаров.
В этом материале мы разберемся со всеми нюансами нового стандарта. Я постараюсь подать материал так, чтобы после его прочтения больше не возникало вопросов, а о портах USB Type-C в MacBook и MacBook Pro стало известно все.
Откуда появился USB-C и где закралась проблема
Сам USB-стандарт появился еще в 1994 году. USB 1.0 был задуман как универсальный порт для подключения к ПК всевозможного оборудования. Активно использовать его стали лишь в 2000-х.
USB 2.0 . Затем пришло время USB 2.0. Кабели USB 2.0 имеют строгую ориентацию и представлены двумя типами разъемов: USB Type-A и USB Type-B. С ростом популярности мобильных устройств позднее появятся еще два типа разъемов: USB Micro-B и USB Mini-B.
Данные передавались по двум кабелям, как правило, зеленого и белого цвета, а черный и красный отвечали за питание.
Максимальная скорость передачи данных по USB 2.0 составляет 480 МБит/с . Главный недостаток стандарта - слишком низкие токи (не более 500 мА ), что часто вызывало проблемы при подключении внешних накопителей.
USB 3.0 . Решив устранить недостатки USB 2.0, инженеры разрабатывают новый стандарт - USB 3.0. «Синий USB» стал значительно быстрее и способен был передавать данные на скорости до 5 Гбит/с .
Возможно это стало за счет появления четырех дополнительных линий связи, а, как результат, и роста максимального тока до 900 мА .
Осенью 2013 года были утверждены спецификации обновленного стандарта USB 3.1 Type-C. С тех пор жизнь перестала быть прежней.
Что вообще представляет из себя USB Type-C
Несмотря на то, что инженеры уже успели выпустить три итерации стандарта USB, перед ними по прежнему оставался открытым главный вопрос. Нужно было обеспечить нормальное питание.
Жалкого тока в 900 мА для подпитки той же батареи ноутбука на 8 – 10 тыс. мАч явно не хватит. К тому же, на рынке стали появляться более требовательные к питанию аксессуары, а тенденция производителей делать устройства тоньше и компактнее вынуждали отказываться от таких портов, как HDMI, Thunderbolt, классический USB, Ethernet.
Вместо 8-контактного USB 3.0 появляется 24-контактный USB 3.1 Type C. Почему их так много? Судите сами:
Новая спецификация USB Type-C открыла перед пользователям сразу ряд новых возможностей.
Во-первых, в USB Type-C есть новый стандарт USB PD, согласно которому данный порт и соответствующие кабели должны обеспечивать передачу тока мощность до 100 Вт в обе стороны.
Во-вторых, впечатляющие скорости передачи данных. В альтернативном режиме Thunderbolt 3 можно передавать данные на скорости до 40 Гбит/с. Разумеется, с определенными «если», но об этом ниже.
В-третьих, он умеет передавать видео с разрешением вплоть до 5К. Скорость тут с запасом и потребность в HDMI попросту отпадает.
Наконец, USB Type-C удобен тем, что «как его не воткни», он будет работать. Он двусторонний. Логичное продолжение Lightning-кабеля, но теперь не только для устройств Apple.
А что тогда установлено в MacBook и MacBook Pro?
Прежде, чем мы разберемся с выбором кабелей и USB Type-C аксессуаров, необходимо разобраться с теми USB Type-C портами, которые установлены в макбуках.
Увы, USB Promoter Group наколола очень много дров со спецификацией USB 3.1, наплодив несколько поколений портов и окончательно запутав пользователей.
Распутываем этот гордиев узел.
Итак, вот все поколения MacBook и соответствующие USB Type-C порты, установленные в них.
То есть стоит сразу же понимать, что если у вас 12-дюймовый MacBook, о поддержке Thunderbolt 3 можете забыть, а значит переплачивать за поддержку данной спецификации при выборе кабеля глупо.
MacBook 12″ поддерживает передачу видео по HDMI, VGA и DisplayPort (с соответствующими переходниками), а вот подружить его с Thunderbolt устройствами не выйдет.
С MacBook Pro 2016 и новее все намного интереснее. 13-дюймовые модели MacBook Pro вплоть до недавнего обновления имели лишь (те, что слева) с поддержкой Thunderbolt 3.
В 2018 году уже все четыре порта в моделях с TouchBar полностью поддерживают передачу данных на полной скорости. У 12-дюймовых MacBook все осталось без изменений.
Выбираем правильный кабель для конкретных задач
Выбор USB Type-C кабеля напрямую зависит от задачи, которую вы преследуете. Спецификация эта весьма обширна, и ей присущи определенные ограничения.
1. Для зарядки
USB Type-C поддерживает мощность подзарядки вплоть до 100 Вт. В комплекте с макбуками поставляется соответствующий зарядный кабель со вшитым контроллером, ограничивающим максмальную мощность зарядки.
С 12-дюймовым MacBook поставляется кабель с максимальной мощностью зарядки до 61 Вт. С MacBook Pro 13 и 15 дюймов 87 Вт соответственно.
А это значит лишь одно: если вы подключите 61-ваттный кабель к 87-ваттной зарядке и попробуете зарядить MacBook Pro 15"", скажем, 2018 года выпуска, то зарядка будет проходить на мощности в 61 Вт. То есть в полтора раза медленнее.
Это актуально и для других сертифицированных производителей зарядных кабелей.
А можно ли подключать MacBook к зарядке с повышенной мощностью ? Можно. Вместо комплектного блока питания на 29 Вт можете запитать его зарядником от 15-дюймового MacBook Pro на 87 Вт. Это не страшно, но чуда не будет и MacBook не зарядится быстрее.
И да, это не вредно. MacBook возьмет ровно столько, сколько ему можно. К слову, с iPad история такая же.
Чтобы окончательно решить вопросы с зарядкой и получить кабель «на все случаи жизни», можно остановить выбор на оригинальном 2-метровом кабеле USB-C за 1 490 руб.
2. Для передачи видеосигнала вроде HDMI
Вы решили подключить к MacBook или MacBook Pro внешний монитор или телевизор. Разбираемся, что использовать для передачи видеопотока в связке с USB Type-C.
Первое и главное - определите, каким портом ввода оснащен внешний монитор или ТВ.
Для HDMI . Есть универсальный вариант, который не только добавит макбукам стандартный USB 2.0/3.0 порт и HDMI, но и продублирует USB Type-C. Стоит 5 490 руб .
Для VGA . Аналогичное, но более архаичное решение для VGA за те же 5 490 руб .
Для Thunderbolt 3 . На рынке уже есть несколько моделей Thunderbolt 3-дисплеев (12-дюймовые MacBook проходят мимо). 0,8 метров такого кабеля обойдется в 3 190 руб.
Этот же вариант можно использовать и для зарядки (вплоть до 100 Вт). Переплатив 2 тыс. руб и купив вместо зарядного USB Type-C кабеля этот, вы получите действительно универсальный шнурок, поддерживающий передачу данных на скорости до 40 Гбит/с.
Важно . Не гонитесь за длиной. Двухметровый и полуметровый кабели с поддержкой Thunderbolt 3 - это разные вещи.
Но, тут стоит внести определенную ясность.
3. Для подключения устройств USB 2.0/USB 3.0
Пожалуй, единственный случай, когда с переходниками нет никаких проблем. Тот же стандартный USB Type-C -> USB переходник за 1 490 руб. способен выдавать до 5 Гбит/с.
Именно на это и рассчитан порт USB Type-C в семействе 12-дюймовых MacBook.
4. Для максимальной скорости данных (5K и 4K 60Гц)
40 Гбит/с - столько максимально способен передавать USB Type-C gen 2 с поддержкой Thunderbolt 3. Но это при идеальных условиях.
Для обеспечения такой скорости длина кабеля не должна превышать 18 дюймов или 45 сантиметров . В противном случае скорость резко падает.
Но и тут все не так однозначно. Шнуры Thunderbolt 3 делятся на две категории: пассивные и активные . И на это следует обращать внимание, если для вас важна скорость.
Первые при длине в два метра передают данные со вдвое меньшей скоростью, то есть на уровне 20 Гбит/с, а то и меньше.
У активных есть специальный передатчик, контролирующий скорость передачи по всей длине кабеля. У таких шнурков скорость сохраняется.
А вот пример сертифицированного пассивного кабеля Plugable длиной до 2 метров. Скорость тут не более 20 Гбит/с, но и цена приятнее в разы.
Как видите, все очень сложно
При выборе кабелей и аксессуаров USB Type-C, как ни крути, придется включать мозг.
Вы должны четко понимать, для каких целей покупаете тот или иной шнурок и каких скоростей от него ждете. Если вас устраивает 20 Гбит/с, но нужна длина в два метра, не обязательно вываливать две сотни вечнозеленых купюр за активный Thunderbolt 3 кабель.
Если просто о сложном, то:
- если нужен кабель чисто для зарядки - покупает оригинальный на сайте Apple
- если нужен кабель для подключения внешнего накопителя - выбираем качественный USB 3.1
- если нужно подключить 5K-монитор или работать с профессиональными Thunderbolt 3-хабами - выбираем короткие пассивные или длинные активные кабели за много денег
И главное. (внимательно читаем пункт 2 статьи) и аксессуаров, выпущенных малоизвестными кустарными китайскими брендами. Особенно это касается выбора шнурков, которые будут использоваться для зарядки MacBook. Риск спалить девайс в случае с USB Type-C как никогда высок.
Большинство пользователей, выбирая себе новый смартфон, планшет или лэптоп, обнаруживают в описании девайса незнакомый интерфейс. Называется он разъем USB Type-C. Что это за порт? О нем действительно знают немногие. Хотя USB Type-C обещает стать новым трендом и постепенно внедриться на все устройства, которые оснащаются классическим USB. Ведь он предлагает повышенную скорость и улучшенную функциональность. Хотите знать больше? С удовольствием более детально расскажем вам об USB Type-C и о том, зачем его постепенно внедряют во многие гаджеты.
В настоящее время практически все устройства оснащаются разъемом USB (точнее, USB type-A). От ПК до смартфонов и разнообразных накопителей с лэптопами. USB – это повсеместный и наиболее популярный стандарт.
Впервые в свет он появился аж в ноябре 1995 года. Сам стандарт назывался – USB 1.0. Широкого распространения он не получил. А вот его «брат» USB 1.1 в конце 90-х годов прошлого столетия стал присутствовать на задней панели почти каждого . Правда, производители периферийных устройств не сразу перешли на этот стандарт. Понадобилось пару лет, чтобы клавиатуры, мыши, принтеры и другие аксессуары начали комплектоваться USB-портом.
Наконец, в 2001 году разработали стандарт USB 2.0, который и по сей день является самым распространенным. Он обеспечил скорость передачи данных почти в 500 Мбит/с. Но настоящим прорывом стала спецификация USB 3.0. Ведь скорость передачи в рамках этого интерфейса составила 5 Гбит/с. Какие еще нововведения шли с ним? Появилось 5 дополнительных контактов, а максимальный ток увеличился с 500 мА до 900 мА.
Последним шагом на пути к появлению USB Type-C стало принятие стандарта 3.1. Произошло это в 2013 году. Как раз данный стандарт и ввел новый разъем Type-C (пришел на смену обычному Type-A), с поддержкой питания до 100 Вт и удвоенной скоростью передачи данных по сравнению с USB 3.0 (до 10 Гбит/с).
Подробнее об USB Type-C и его преимуществах
Так что же собой представляет USB Type-C? По сути, это новая модификация стандартного USB. Причем внешне этот разъем выглядит как более тонкий порт. Его габариты – всего лишь 8,34х2,56 мм. Это примерно 1/3 «старого» USB Type-A. То есть размеры очень близки к lightning в айфонах и micro usb в android смартфонах.
Форма коннектора при этом овальная и симметричная. За счет чего пользователям не надо угадывать, какой стороной вставлять флешку или конец кабеля в устройство, как было раньше. Это можно делать и вовсе не глядя, в темноте или одной рукой. Тем самым, USB Type-C очень удобен. А еще и безопасен. Ведь подключать коннектор можно в любом положении, не боясь сломать разъем.
Какие еще есть преимущества у USB Type-C? Их довольно много:
- Универсальность и совместимость . Может функционировать во многих режимах и поддерживать разные протоколы. То есть к такому разъему при желании легко подсоединить кабели HDMI, VGA, DisplayPort и другие варианты соединений ПК или ноутбука с периферией. Правда, потребуются специальные переходники. Ведь как еще «впихнуть» громоздкий и огромный коннектор от принтера или мыши в тонкий современный порт? К тому же, стандарт USB 3.1 хорошо совместим с предшествующими ему версиями USB. Для подключения старой периферии в порт Type-C требуется лишь адаптер-переходник.
- Компактность . За счет миниатюрных размеров может применяться в нетбуках, смартфонах, планшетах и в других всевозможных устройствах. При этом активно внедряя интерфейс USB Type-C, можно делать технику еще изящнее, тоньше и компактнее.
- Возможность питать другие устройства. Как мы уже отмечали, в USB 3.1 увеличили максимальную передаваемую мощность до 100 Вт (при наличии спецификации USB Power Delivery!). Для сравнения – средний ноутбук требует около 60 Ватт. То есть через USB Type-C его можно будет спокойно зарядить (что уже реализовано на новом макбуке и на «хромбуке» Pixel от Google). Тогда как порт USB 2.0 обеспечивает передачу тока лишь максимум в два с половиной ватта. Этого хватает максимум для неполной и длительной подзарядки слабенького смартфона. Выходит, что при подключении через USB Type-C различных периферийных устройств можно обойтись без дополнительного источника питания, ограничившись одним шнуром.
- Высокая скорость . При использовании стандарта USB 3.1 достигается скорость передачи данных в 10 Гбит/с. Это действительно отличный показатель. Хоть до рекорда далеко. Ведь он не так быстр, как интерфейс Thunderbolt 2, реализованный в моделях макбук айр и про, где скорость доходит до 20 Гбит/c.
Что же получается? Выход в свет USB Type-C предполагает полную замену устаревших технологий юсб-соединения. Для этого этот интерфейс и был разработан. Его «миссия» – сделать так, что чтобы всевозможные варианты типа мини или микро юсб не понадобилось выпускать вовсе. Также новый стандарт призван сделать универсальными и все шнуры, которые служат для зарядки девайсов. Идея хорошая, но насколько она реализована сейчас?
Есть ли недостатки?
Имеются у USB Type-C недостатки? Без них не обошлось. Специалисты относят к минусам следующее:
- Физическая конструкция разъема и штекера из-за небольших размеров получилась довольно хрупкой. Хотя многочисленные испытания показали, что механический ресурс разъема USB Type-C составляет порядка 10 000 подключений. А это ничуть не меньше, чем у юсб 2.0.
- Еще один недостаток – для полноценной работы с «юсб тайп си» требуются переходники. Иначе многие устройства через данный интерфейс просто не подключить.
- USB Type-C должен работать лишь с кабелями, аксессуарами и гаджетами, способными выдерживать определенный уровень напряжения. Иначе велик риск того, что шнур и/или устройство подвергнется возгоранию. Нечто подобное случилось с флагманской моделью самсунг галакси ноте 7, при пользовании которой неоднократно фиксировались случаи взрывания устройства. Поэтому для подключения через USB Type-C не стоит приобретать дешевые изделия из Китая. Только надежные проверенные бренды.
Для справки! Если вам нужен шнур не только для подключения, но и для подзарядки, то следует проверить, поддерживает ли он USB Power Delivery. В свою очередь, для соединения через HDMI, MHL или DisplayPort понадобится USB-C кабель с функцией альтернативного режима.
Есть ли разница между USB Type-C и USB 3.1?
USB Type-C – это то же самое, что USB 3.1? Конечно, нет. Правильно говорить так: USB 3.1 является основным протоколом передачи данных для Type-C. Причем последний – это просто геометрическая форма. Не более. В ней можно поместить USB 2.0, и его «потомка» – 3.0. Гипотетически ничего не мешает реализовать в рамках данного порта и штекера «почтенного старичка» USB 1.1.
Кстати, некоторые производители так и делают. Взять тот же планшет нокиа н1. Он комплектуется новым разъемом USB Type-C, но внутри него все та же знакомая и привычная нам логика шины USB 2.0.
Современные устройства с USB Type-C
Заметим, что девайсов с USB 3.1 в наши дни еще немного. Технология новая. Поэтому стандарт не успел внедриться и стать распространенным. Не так уж широко на рынке представлены и устройства с кабелем/разъемом USB Type-C.
Если говорить про смартфоны, то это:
- Google Nexus 6P
- Google Nexus 5X
- Microsoft Lumia 950 XL
- Meizu Pro 6
- Samsung Galaxy S8 и S8+
- LG Nexus 5X и пр.
Конечно, это не все. «Юсб тайп си» с полной поддержкой USB 3.1 есть на материнской плате MSI Z97A Gaming 6. Популярные материнки ASUS X99-A и ASUS Z97-A также поддерживают юсб версии 3.1. (только вот разъема Type-C у них нет).
Не составит труда встретить на прилавках компьютерных магазинов и флешки с новым портом. Например, компания SanDisk представила не так давно 32-гиговый накопитель с двумя разъемами: классическим USB Type-A и USB Type-C. И это не единичный пример. Так, в ассортименте известного производителя компьютерных комплектующих LaCie есть внешний жесткий диск для макбука с поддержкой USB 3.1 Type-C. Присутствует данный интерфейс и на Transcend JetFlash 890.
При этом формально первым девайсом, оснащенным портом USB Type-C, был планшет Nokia N1. «Поддержал» его затем и MacBook с 12-дюймовым дисплеем. Создатели «яблочного» ноутбука также решили познакомить общественность с новым USB Type-C, оснастив свою модель этим разъемом.
Получается, что USB Type-C – все еще редкость? По сути, да. Но постепенное внедрение этого интерфейса началось и это самое главное.
Почему USB Type-C все еще не обрел популярность?
Многие специалисты с уверенностью говорят, что однажды USB Type-C вытеснит многообразные варианты USB-портов, став единственным стандартом для разных устройств – ноутбуков, ПК, смартфонов, планшетов, плееров и пр. В будущем, скорее всего, этому разъему действительно удастся заменить и порт 3,5 мм для наушников, и HDMI-интерфейс, используемый в наше время для передачи видео.
Однако почему до сих пор USB Type-C не стал мегапопулярным и не получил широкое распространение? Все предельно просто. В случае полного перехода на данный стандарт придется отправить в утиль всю имеющуюся технику. Будь это смартфон, планшет, ПК, флешка и пр.
Что если использовать кабели-переходники, всевозможные разветвлители и адаптеры? Это не вариант. Если подключаемое устройство не поддерживает юсб 3.1, то соединение просто бессмысленно, ведь не будет достигнута максимальная скорость передачи данных и поддержка питания.
Поэтому нужно время, чтобы старые порты ушли в прошлое, а USB Type-C смог безболезненно заменить их. Сколько его потребуется? Наверное, пару лет. Ускорить процесс может только поддержка «больших» компаний, которые станут активно внедрять этот стандарт. При этом не исключено, что прогресс предложит нам в скором времени новый интерфейс, способный отправить USB Type-C на «пенсию» раньше положенного срока.
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.
