Флэшбэк: USB-C, единственный кабель, способный управлять всеми

Битва за проводной разъем для смартфонов окончена, и путь вперед — через USB-C. Этот многофункциональный порт может делать практически все: он может заряжать устройства, передавать данные, управлять аудио- и видеовыходом и даже подключать аксессуары.

Как мы здесь оказались? Что ж, в течение многих лет Европейский союз пытался убедить производителей электроники принять общий стандарт, чтобы избежать беспорядка (и потерь), который создают проприетарные разъемы. Сначала предпочтительным разъемом был microUSB, но с появлением USB Type C или сокращенно USB-C индустрия перешла на новый стандарт.

А благодаря некоторым правилам ЕС, которые должны вступить в силу в конце 2024 года, USB-C является обязательным практически для всех портативных электронных устройств (за некоторыми исключениями для небольших устройств, таких как умные часы).

Большинство производителей смартфонов с готовностью перешли на USB-C, как и раньше на microUSB. Единственным крупным противником является Apple, которая по-прежнему использует Lightning на своих iPhone, AirPods и EarPods — все остальное перешло на USB-C, включая пульт дистанционного управления для нового Apple TV.

Мы думаем, что ассортимент Apple — хороший пример того, почему USB-C так хорош. Освещение по сути представляет собой порт USB 2.0. Это означает медленную передачу данных при синхронизации файлов между iPhone и компьютером или при перемещении фотографий RAW с карты памяти на iPad.

Знаете ли вы, что на самом деле существует кард-ридер на базе Lightning, который работает со скоростью USB 3.0? Таким образом, возможна более быстрая передача, но, по-видимому, добиться этого сложно, и только iPad Pro поддерживает это. И даже тогда Apple никогда не выпускала видеокарту, которая может превышать 1080p.

Молния также ограничена в количестве энергии, которую она может нести. Зарядное устройство для iPhone имеет максимальную мощность 30 Вт, а зарядное устройство Apple USB-C для новых MacBook — 140 Вт. Хорошо, это не совсем стандарт, но и не максимум, который может дать USB-C.

Давайте попробуем все упорядочить и последовательно разберем основные функции USB-C.

Данные

USB родился как порт данных. USB 1.0 и 1.1 медленные и почти не вспоминаются сейчас, USB 2.0 все еще жив. Всего у USB-C 24 контакта, по 12 с каждой стороны (ну, 22 контакта, но не будем вдаваться в подробности). Прямо посередине находится одна пара D+/D-, которая представляет собой соединение для передачи данных типичного кабеля USB 2.0 и является обязательным для USB-C. Это гарантирует, что все кабели имеют хотя бы некоторую связь.

Распиновка кабеля USB Type-C

В USB 3 добавлены дополнительные пары кабелей для передачи данных: в штекере USB-C имеется четыре дополнительных пары. В то время как USB 2 ограничен 480 Мбит/с, дополнительный кабель USB-C обеспечивает скорость передачи 10, 20, 40 и даже 80 Гбит/с.

Небольшое примечание: разъем USB-C, конечно, используется не только USB, но и Thunderbolt. Это различие должно исчезнуть, поскольку USB 4 основан на Thunderbolt 3, а новая версия 2 USB 4 основана на Thunderbolt 4.

Еще одним интересным приложением является передача сигналов PCI-Express — это, по сути, проводная версия слотов PCIe на материнской плате компьютера. Это позволило подключать внешние графические процессоры к ноутбукам с помощью одного кабеля.

видео

Еще одно популярное использование USB-C — видеовыход. DisplayPort, вероятно, является наиболее распространенным использованием, а USB-C в значительной степени заменил большой старый порт DP. Что еще более важно, это не данные ИЛИ видео, это данные И видео И мощность.

Это позволяет одному устройству подключаться к концентратору, который добавляет стандартный порт HDMI, несколько портов USB Type-A и Type-C, возможно, кард-ридер, аудиоразъемы и разъемы для микрофона и т. д. Эти концентраторы встроены в некоторые мониторы, что позволяет вам чтобы запустить полноценный рабочий стол, подключив один кабель.

Это, конечно, весьма полезно для ноутбуков, но несколько производителей смартфонов предлагают режимы рабочего стола: Samsung DeX, Motorola Ready For, даже у Huawei. У Apple тоже есть — Stage Manager для iPad Pro (конечно, использующий USB-C).

Помимо DisplayPort, доступны и другие варианты адаптеров MHL и HDMI. Некоторые из них представляют собой активные адаптеры, преобразующие один стандарт в другой, но есть и простые пассивные адаптеры.

Аудио

Здесь мы быстро упомянем звук. USB может питать внешний ЦАП, к которому можно подключить наушники. Однако, как и в случае с видео, есть и пассивный вариант: режим Audio Adapter Accessory.

USB-C имеет много контактов для работы, и некоторые из них можно переназначить на проводку, необходимую для типичного разъема TRRS, поэтому простой пассивный адаптер может подключить гарнитуру к микрофону. Обратите внимание, что это чисто аналоговый режим, и цифровые цепи отключены, чтобы избежать шума.

Питания

Базовый стандарт USB имеет довольно низкие пределы мощности (500 мАч для USB 2.0), хотя большинство производителей не следуют стандарту буквально, поэтому адаптеры на 10 Вт довольно распространены.

Очевидно, производители хотят, чтобы их продукты выделялись, и быстрая зарядка — один из способов добиться этого, особенно сейчас, когда аккумуляторы для смартфонов имеют емкость от 3 до 6,000 мАч. Это привело к появлению множества проприетарных решений, таких как Quick Charge от Qualcomm и VOOC от Oppo.

Однако стандартным методом является подача питания через USB (сокращенно USB-PD). Первоначальный выпуск предписывал различные напряжения и уровни тока, которые могли поддерживаться: 2 А при 5 В, плюс 3 А или 5 А при 12 В или 20 В. Это дало Power Delivery довольно широкий диапазон от 10 Вт до 100 Вт.

Однако эти фиксированные напряжения требуют преобразования постоянного тока в постоянный внутри телефона, чтобы уменьшить их до чего-то, что лучше подходит для литиевой батареи внутри. USB-PD Revision 2 представила еще пару напряжений — 9 В и 15 В — но этого было недостаточно.

Версия 3 позволяет устройствам связываться со своими зарядными устройствами и запрашивать определенное напряжение. Оно может варьироваться от 3.3 В до 21 В с шагом 20 мВ. Зарядные устройства, которые его поддерживают, помечены как «программируемый блок питания». Таким образом, дополнительный нагрев приходится на зарядное устройство, а не на телефон (литиевые батареи не любят перегрева).

Последний стандарт Extended Power Range USB-PD добавляет больше фиксированных напряжений: 28 В, 36 В и 48 В. Это сделало новый максимум мощности 240 Вт (48 В при 5 А), что достаточно даже для прочных ноутбуков (хотя телефоны уже близки к пределу 240 Вт). Существует также новая опция регулируемого напряжения питания, которая позволяет устройству постепенно регулировать напряжение между 15 В и 48 В с шагом 100 мВ.

Обратите внимание, что из соображений безопасности для таких мощных кабелей требуется чип, называемый «электронным маркером». Этот чип сигнализирует зарядному устройству и телефону (или ноутбуку, или чему-то еще), что кабель способен передавать дополнительную мощность.

Некоторая критика

Как бы мы ни любили USB-C, мы не можем притворяться, что он идеален. Наша единственная серьезная проблема заключается в том, что, хотя у него так много возможностей, не все устройства и не все кабели поддерживают все. Многие из функций, которые мы упомянули выше, являются необязательными.

Хуже всего то, что бывает очень сложно понять, какие устройства и какие кабели что поддерживают. USB-IF пытается исправить ситуацию с помощью новых этикеток, которые четко указывают, сколько данных и мощности может передавать данный кабель.

Это также должно исправить другую нашу жалобу: схема именования стала абсолютным монстром. Знаете ли вы, что USB 3.0 больше не существует? Он был переименован в USB 3.1 Gen 1. Но его тоже больше не существует, теперь это USB 3.2 Gen 1.

С такими названиями, как USB 3.2 Gen 2×2, все стало еще сложнее. Фу. К счастью, все это будет заменено более четкими обозначениями: USB 5 Гбит/с, USB 10 Гбит/с, USB 20 Гбит/с и USB 40 Гбит/с (и, предположительно, скоро USB 80 Гбит/с). Намного лучше.

Что касается мощности, то здесь будет два уровня: USB 60 Вт и USB 240 Вт. Маркировки 100 Вт не будет, так как очевидно, что разница между кабелями мощностью 100 Вт и кабелями мощностью 240 Вт достаточно мала, и когда новые этикетки вступят в силу, продавать кабели мощностью 100 Вт больше не будет смысла.

Заключение

USB-C был великолепен — мы используем его для зарядки наших телефонов, ноутбуков, наушников, бритв, фонариков и почти всего, что имеет аккумулятор внутри и помещается в рюкзак.

Это позволило нам создать удобные рабочие места на наших столах с мониторами, клавиатурами, мышами и т. д., которые можно оживить, подключив всего один кабель. А учитывая, что последние стандарты позволяют передавать во много раз больше данных и энергии, чем исходные спецификации, USB-C, вероятно, еще не закончил свое развитие.

Будет ли когда-нибудь USB-D? Может быть, но не в ближайшее время. Откажется ли мир от проводов и станет ли он беспроводным? Вероятно, нет — это неэффективный способ загрузки. Это также не очень хорошо для данных, Wi-Fi 2.4 ГГц уже болезненно перегружен в многоквартирных домах, а 5 ГГц также становится довольно тесно, что побудило Wi-Fi Alliance перейти на диапазон 6 ГГц.

В обозримом будущем USB-C станет единственным кабелем, который будет править всеми.