Стандарт для usb кабеля

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:

Номер контакта	4	3	2	1
Обозначение	GND	D+	D-	VBUS
Цвет провода	Чёрный	Зелёный	Белый	Красный

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:

• Пять дополнительных контактов, четыре из которых обеспечивают дополнительные линии связи;
• Увеличение максимальной пропускной способности с 480 МБит/с до 5 Гбит/с;
• Увеличение максимального тока с 500 мА до 900 мА.

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

Почему стандарт USB нужно было делать таким сложным?

USB Type-C

Что такое USB Gen 1, Gen 2 и Gen 2×2? (предыстория от февраля 2019)

Раньше найти USB побыстрее было просто: выбирайте USB 3.0 вместо USB 2.0, и всё. Но теперь вам придётся разобраться в том, чем отличаются USB 3.2 Gen 1, Gen 2 и Gen 2×2 – а также в том, чем отличаются разные типы SuperSpeed.

Раньше маркировка была проще

Давным-давно USB было два основных вида, 2.0 и 3.0. И всё, что вам нужно было о них знать – это то, что 3.0 был быстрее, чем 2.0. Вы могли купить флэшку стандарта USB 2.0, воткнуть её в компьютер с разъёмами USB 3.0, и она подошла бы – просто медленнее, со скоростями 2.0. Ну а если бы вы купили флэшку USB 3.0 и воткнули в разъём 2.0, то также получили бы скорости от 2.0.

Если же вам нужно было достичь максимальной скорости, вы покупали флэшку USB 3.0 и вставляли её в разъём USB 3.0. Всё это было просто и понятно. Но с момента появления USB 3.1 всё поменялось.

USB 3.1 мутит воду маркировок

Форум по внедрению USB, сокр. USB-IF (USB Implementers Forum), поддерживает спецификации USB и их выполнение, и отвечает за маркировку кабелей и устройств USB. Когда она ввела USB 3.1, то вместо того, чтобы так всё и оставить, отличая этот вариант от USB 3.0, она решила назвать новый стандарт «USB 3.1 Gen 2». А USB 3.0 задним числом переименовали в USB 3.1 Gen 1.

Чтобы усложнить всё ещё сильнее, собственные имена дали ещё и скоростям передачи. USB 3.1 Gen 1, изначально известный, как USB 3.0, поддерживает скорость 5 Гбит/с – её назвали SuperSpeed.

USB 3.1 Gen 2 поддерживает скорость в 10 Гбит/с – это назвали SuperSpeed+. Технически он достигает её через кодирование 128b/132b в полностью двустороннем режиме. Полностью двусторонний [full-duplex] режим – крутая штука, поскольку информацию можно и передавать, и получать одновременно. Поэтому он работает быстрее.

Разница между этими двумя вариантами немного сбивала с толку. Но если просто запомнить, что Gen 2 лучше, чем Gen 1, всё будет ОК. Чтобы помочь различать скорости, USB-IF также разработал логотипы, которые производитель может использовать только после получения сертификата, доказывающего соответствие кабеля обещанным спецификациям.

USB 3.2 – ещё быстрее, ещё запутаннее

В прошлом сентябре USB-IF подробно описал новые возможные скоростные режимы для USB-C и начало спецификации USB 3.2. USB 3.2 будет способен на скорость в 20 Гбит/с. Это в два раза быстрее, чем у USB 3.1 Gen 2. Если вам интересно, как кабель может так быстро удвоить скорость, не меняя ни размер, ни разъёмы – очень просто. У USB-продуктов, способных на скорость в 20 Гбит/с, есть два канала на 10 Гбит/с. Это похоже на упаковку большего количество провода в такой же кабель.

Как и у предыдущих версий, новый стандарт обратно совместим для базовых вариантов использования – однако увеличения скорости без нового железа вы не получите. Если вы покупаете жёсткий диск, обещающий передачу данных на 20 Гбит/с, и подключаете в имеющийся у вас компьютер, то работать он будет, но медленнее, чем то, на что способны USB-порты вашей машины. Чтобы насладиться всеми преимуществами, вам придётся обновить железо с обоих концов.

На всемирном мобильном конгрессе 2019 года USB-IF объявил о новой схеме маркировки нового стандарта. И опять старую схему собираются переименовать задним числом.

Теперь у нас то, что раньше было USB 3.0, со скоростью 5 Гбит/с, станет USB 3.2 Gen 1. USB 3.1 Gen 2, со скоростью в 10 Гбит/с, станет USB 3.2 Gen 2.

Новый стандарт на 20 Гбит/с назовут USB 3.2 Gen 2×2, прерывая предсказуемую последовательность. Физически у него есть два канала по 10 Гбит/с, отсюда и 2×2. В названии есть логика, но оно сбивает с толку, и вам нужно разбираться в железе, чтобы понять его смысл.

Изготовители вместо этого должны писать SuperSpeed

USB-IF не хочет загружать пользователей подобными терминами. Вместо этого он хочет, чтобы продукты Gen 1 рекламировались, как SuperSpeed USB. Он предлагает производителям распространять продукты Gen 2 под именем SuperSpeed USB 10 Гбит/с, а Gen 2×2 под именем SuperSpeed USB 20 Гбит/с. Но это не значит, что производители обязаны использовать такие наименования. Они могут использовать номенклатуру Gen 2.2, или, если не хотят проводить проверку на соответствие, просто не использовать логотипы и называть всё это как угодно.

Если производители подчинятся, то вопрос с наименованиями будет решаться довольно легко. Нужно посмотреть, есть ли в названии SuperSpeed, и число после него. Если этого нет, то это самый медленный вариант USB 3.2. Если есть число 10 или 20, то это обещание 10 или 20 Гбит/с. Возможно, было бы лучше, если бы USB-IF назвал самый медленный вариант SuperSpeed USB 5 Гбит/с. Но, по крайней мере, наименование звучит довольно логично.

В теории, делу должны помочь логотипы USB. На изображении выше видно, что SS и 10 обозначают USB-кабель как SuperSpeed, поддерживающий скорость в 10 Гбит/с. К сожалению, USB-IF пока не дал официального логотипа для сертификата SuperSpeed USB 20. Вероятно, логотип будет такой же, только вместо 10 будет 20. Но пока это неизвестно.

Если вы вспомните ранние проблемы с USB-C, то ситуация покажется вам довольно знакомой. Внимательно читайте описание кабелей, покупайте их только у проверенных поставщиков. В прошлом мы рекомендовали кабели Amazon Basics, но даже с ними нужен глаз да глаз. К примеру, вот этот кабель от Amazon Basics формата USB-C обеспечивает только скорости от 2.0. А вот этот кабель, который выглядит почти так же, обеспечивает скорость в 10 Гбит/с, и промаркирован, как USB 3.1 Gen 2. И, естественно, это относится не только к кабелям, а вообще к любому оборудованию с разъёмами USB-C.

К сожалению, путаница с наименованиями остаётся. При покупке USB придётся потратить усилия, чтобы знать, что именно вы получаете.

Текущее положение дел (сентябрь 2019)

Новая спецификация USB утверждена. Скоро можно будет переходить с USB 3.2 Gen 2×2 на USB4 Gen 3×2. Только не надо использовать USB4 Gen 2×2 – она нисколько не быстрее предыдущего поколения. Запутались? Добро пожаловать в USB.

И маркировка – не единственное, что может вас запутать. USB-кабели, похожие снаружи, часто могут сильно отличаться внутри. А из-за плохого кабеля ваше устройство вообще может сгореть.

Маркировка моделей USB4 (опять!) запутана

Когда-то маркировка USB была простой. Помните USB 2.0 и USB 3.0? Это было удобно. Всё начало усложняться с появлением USB 3.1 и USB 3.2. А теперь USB4 запутывает всё ещё больше – и, да, он называется USB4. Вы не должны называть его USB 4.0.

Форум по внедрению USB, сокр. USB-IF (USB Implementers Forum), – промышленная группа, управляющая стандартом, — говорит, что USB «предлагает скорости до 40 Гбит/с». Вот только скорости бывают разные. Инженер, знакомый со спецификацией, объяснил это изданию TechRepublic:

После выхода спецификаций можно ожидать новой волны путаницы, — сказал наш источник. – Появится маркировка USB4, однако придётся уточнять, что именно имеется в виду, поскольку у неё будут разные варианты. По определению, USB4 должна быть, по меньшей мере, Gen 2×2, что даст вам 10 Гбит/с * 2, то есть 20 Гбит/с. Также будет USB4 Gen 3×2, по 20 Гбит/с на канал. 20 * 2 даст вам 40 Гбит/с».

В итоге всё запутывается. Стандарта USB 3.0 уже нет – его переименовали задним числом в USB 3.1 Gen 1, а потом в USB 3.2 Gen 1. То, что должно было называться USB 3.1, назвали USB 3.1 Gen 2, а потом USB 3.2 Gen 2. Следующую версию, которая должна была называться USB 3.2, назовут USB 3.2 Gen 2×2, вопреки логической последовательности.

Ситуация с «поколениями» (Gen) USB абсурдно запутана и за ней крайне сложно следить, особенно когда USB-IF постоянно переименовывает предыдущие поколения стандарта.

Не все USB-кабели были созданы равными

Допустим, вы хотите воспользоваться преимуществами скоростей на 40 Гбит/с. Вам нужно будет купить кабель, сертифицированный на 40 Гбит/с. Вы не сможете просто взять любой старый кабель и ожидать, что он будет работать на таких скоростях. Однако сертификация не обязательна. Какие-то несертифицированные кабели тоже смогут правильно работать, и какие-то производители кабелей не озаботятся сертификацией своей продукции.

Однако отличаться могут не только скорости передачи данных. Не каждый кабель может выдавать необходимую мощность. Разные кабели будут заряжать устройства с разной скоростью. Только потому, что у кабеля есть возможность передавать данные на большой скорости, не означает, что он будет быстро заряжать устройства – и наоборот.

Ситуация с кабелями продолжает усложняться. И если мы уже определились с прекрасным разъёмом USB-C, который можно втыкать любой стороной, то остальная часть кабеля стала менее стандартной и более противоречивой.

И даже если кабель со стороны кажется новым, то внутри он может и не быть таким. Многие кабели USB-C внутри, по сути, представляют собой лишь USB 2.0. Они разработаны для зарядки, а не для высоких скоростей. В некоторые кабели встроена поддержка «альтернативных режимов», к примеру, Thunderbolt 3. Это совместный проект Intel и Apple, предлагающий скорость в 40 Гбит/с. Однако такую скорость способны развивать только устройства с Thunderbolt 3 внутри, и чтобы воспользоваться ею, вам нужен кабель с поддержкой Thunderbolt 3.

USB4 немного упрощает эту ситуацию, устраняя необходимость в Thunderbolt 3 и предлагая 40 Гбит/с – но, опять-таки, только если у вас есть устройства, поддерживающие её, и специальный кабель.

Существуют и другие альтернативные режимы, например, HDMI и MHL. Не все USB-кабели были созданы равными.

Плохие кабели USB-C всё ещё существуют

С первых дней существования USB-C на прилавках таятся плохие кабели. Некоторые из таких кабелей могут даже сжечь ваше устройство, если вы подключите их к ноутбуку или какому-то другому зарядному устройству. Сам по себе кабель USB-C должен, по идее, предотвращать получение слишком большой энергии устройством от зарядника.

Но многие производители кабелей не заботятся о правильной схеме работы их продукта. Некоторые кабели позволяют устройствам получать слишком много энергии, когда они подключаются к заряднику через традиционный порт USB-A. Известен случай, когда даже официальный зарядный кабель, поставлявшийся со смартфоном Oppo OnePlus, оказывался плохим. Когда вы заряжали телефон Oppo, всё было нормально, но если вы подключали этот USB-C кабель к другому телефону, тому могло прийтись плохо.

Вы должны не просто взять первый попавшийся кабель для зарядки, но проявить разумную осторожность и изучить этот вопрос. К счастью, процесс сертификации от USB-IF должен помочь гарантировать успех в поисках хорошего кабеля. Ищите отметку о сертификате. Однако не все кабели имеют сертификат. Несертифицированных кабелей полно, и многие из них даже прекрасно работают!

Нам нравятся кабели AmazonBasics – они недорогие, сертифицированные, и явно размечены по скоростям. И да, названия у них могут сбивать с толку, поскольку USB – штука сложная: «AmazonBasics USB Type-C to USB-A Male 3.1 Gen2».

Неудивительно, что Apple до сих пор не может отказаться от Lightning

Apple до сих пор использует на своих iPhone порты Lightning. Эти разъёмы похожи на USB-C, однако они проприетарные. Apple сама делает свои кабели для Lightning, однако их могут делать и другие производители. Есть только один нюанс: Apple должна выдать сертификат на кабель и поставить особый чип, чтобы кабель заработал. В отличие от USB, производители не могут делать ненадёжные кабели, которые вроде бы работают, но с проблемами. У Apple есть право вето благодаря сертификации MFi.

И кабель Lightning бывает только одного вида. У него нет никаких разных «режимов работы», которые бы существовали в одном кабеле, и имели сбивающие с толку названия вроде «Lightning 3.2 Gen 2×2» или «Lightning4».

Как бы это ни раздражало индустрию, но Apple, не отказываясь от кабелей Lightning, реально упростила ситуацию, сделала её менее запутанной. Стандарт USB получает всё лучшее железо, но кабели USB только усложняются и запутывают всех с каждым новым поколением. Зря USB-IF не использовала USB4 как возможность всё упростить.

Источник