USB-C - USB-C

USB-C
Ikona USB typu C.svg
Piny złącza USB-C
Rodzaj Cyfrowe złącze audio / wideo / danych / zasilanie
Projektant Forum Implementatorów USB
Zaprojektowany 11 sierpnia 2014 (opublikowany)
Szpilki 24
Wtyczka USB-C
Gniazdo USB-C w laptopie MSI

USB-C (formalnie znany jako USB Type-C ) to 24-pinowy system złączy USB z obrotowo symetrycznym złączem .

Specyfikacja USB Type-C 1.0 została opublikowana przez USB Implementers Forum (USB-IF) i została ukończona w sierpniu 2014 r. Została opracowana mniej więcej w tym samym czasie co specyfikacja USB 3.1 . W lipcu 2016 r. został przyjęty przez IEC jako „IEC 62680-1-3”.

Urządzenie ze złączem typu C niekoniecznie implementuje USB, zasilanie USB lub jakikolwiek inny tryb alternatywny : złącze typu C jest wspólne dla kilku technologii, a tylko kilka z nich wymaga.

USB 3.2 , wydany we wrześniu 2017 roku, zastępuje standard USB 3.1. Zachowuje istniejące tryby danych USB 3.1 SuperSpeed i SuperSpeed+ i wprowadza dwa nowe tryby transferu SuperSpeed+ przez złącze USB-C przy użyciu dwupasmowej pracy, z szybkościami danych 10 i 20 Gbit/s (1 i ~2,4 GB/s).

USB4 , wydany w 2019 roku, to pierwszy standard protokołu transferu USB, który jest dostępny tylko przez USB-C.

Przegląd

Kable USB-C łączą hosty i urządzenia, zastępując różne inne kable i złącza elektryczne, w tym gniazda USB-A i USB-B , HDMI , DisplayPort , i gniazda audio 3,5 mm .

Nazwa

USB Type-C i USB-C są znakami towarowymi USB Implementers Forum.

Złącza

Wtyczka USB-C z laptopem
Port USB-C (gniazdo) w telefonie komórkowym

24-stykowe dwustronne złącze jest nieco większe niż złącze micro-B , z portem USB-C o szerokości 8,4 milimetra (0,33 cala), wysokości 2,6 milimetra (0,10 cala) i głębokości 6,65 milimetra (0,262 cala). Istnieją dwa rodzaje ( płci ) złączy, żeńskie (gniazdo) i męskie (wtyczka).

Wtyczki znajdują się na kablach i adapterach. Gniazda znajdują się na urządzeniach i adapterach.

Kable

Kable USB 3.1 są uważane za w pełni funkcjonalne kable USB-C. Są to kable oznaczone elektronicznie, które zawierają chip z funkcją identyfikacji na podstawie kanału konfiguracji i komunikatów zdefiniowanych przez dostawcę (VDM) ze specyfikacji USB Power Delivery 2.0 . Długość kabla powinna wynosić ≤2  m dla Gen 1 lub ≤1  m dla Gen 2. Elektroniczny chip ID dostarcza informacji o produkcie/dostawcy, złączach kabli, protokole sygnalizacyjnym USB (2.0, Gen 1, Gen 2), konstrukcji pasywnej/aktywnej, wykorzystanie zasilania V CONN , dostępny prąd V BUS , opóźnienie, kierunkowość RX/TX, tryb kontrolera SOP i wersja sprzętu/firmware.

Kable USB-C, które nie mają ekranowanych par SuperSpeed, pinów do używania wstęgi bocznej lub dodatkowych przewodów do linii zasilających, mogą mieć zwiększoną długość kabla, do 4  m. Te kable USB-C obsługują tylko prędkości 2.0 i nie obsługują trybów alternatywnych.

Wszystkie kable USB-C muszą być w stanie przenosić co najmniej 3 A prądu (przy 20  V, 60  W), ale mogą również przenosić prąd o dużej mocy 5 A (przy 20  V, 100  W). Kable USB-C do USB-C obsługujące prąd 5A muszą zawierać chipy e-markerów (sprzedawane również jako chipy E-Mark) zaprogramowane w celu identyfikacji kabla i jego aktualnych możliwości. Porty ładowania USB powinny być również wyraźnie oznaczone odpowiednią mocą w watach.

W pełni funkcjonalne kable USB-C, które implementują USB 3.1 Gen 2, mogą obsługiwać  szybkość transmisji danych do 10 Gb/s przy pełnym dupleksie. Są one oznaczone  logo SuperSpeed+ (SuperSpeed ​​10 Gbit/s). Istnieją również kable, które mogą przenosić tylko USB 2.0 z  szybkością transmisji danych do 480 Mbit/s. Istnieją programy certyfikacji USB-IF dostępne dla produktów USB-C, a użytkownikom końcowym zaleca się używanie certyfikowanych kabli USB-IF.

Urządzenia

Urządzeniami mogą być hosty (z portem skierowanym w dół, DFP) lub urządzeniami peryferyjnymi (z portem skierowanym w górę, UFP). Niektóre, takie jak telefony komórkowe , mogą pełnić dowolną rolę w zależności od tego, jaki rodzaj zostanie wykryty na drugim końcu. Te typy portów są nazywane portami Dual-Role-Data (DRD), które w poprzedniej specyfikacji były znane jako USB On-The-Go . Gdy dwa takie urządzenia są połączone, role są przydzielane losowo, ale zamiana może być sterowana z dowolnego końca, chociaż istnieją opcjonalne metody wykrywania ścieżek i ról, które pozwalają urządzeniom wybrać preferencje dla określonej roli. Co więcej, urządzenia o dwóch rolach, które implementują USB Power Delivery, mogą niezależnie i dynamicznie wymieniać role danych i zasilania za pomocą procesów Data Role Swap lub Power Role Swap. Pozwala to na ładowanie przez koncentratory lub aplikacje stacji dokującej , w których urządzenie USB-C działa jako host danych USB, jednocześnie działając jako konsument energii, a nie źródło.

Urządzenia USB-C mogą opcjonalnie dostarczać lub pobierać prądy zasilania magistrali 1,5 A i 3,0 A (przy 5 V) oprócz podstawowego zasilania magistrali; źródła zasilania mogą albo rozgłaszać zwiększony prąd USB przez kanał konfiguracyjny, albo mogą realizować pełną specyfikację USB Power Delivery przy użyciu zarówno linii konfiguracyjnej kodowanej BMC, jak i starszej linii V BUS kodowanej przez BFSK .

Podłączanie starszego urządzenia do hosta z gniazdem USB-C wymaga kabla lub adaptera z wtyczką lub gniazdem USB-A lub USB-B z jednej strony i wtyczką USB-C z drugiej. Starsze adaptery (tj. adaptery z wtyczką USB-A lub USB-B [męską]) z gniazdem USB-C [żeńskim] „nie są zdefiniowane ani dozwolone” w specyfikacji, ponieważ mogą tworzyć „wiele nieprawidłowych i potencjalnie niebezpiecznych” kabli kombinacje.

Tryby

Tryb akcesoriów adaptera audio

Urządzenie z portem USB-C może obsługiwać analogowe zestawy słuchawkowe za pośrednictwem adaptera audio z gniazdem 3,5 mm, zapewniającego cztery standardowe analogowe połączenia audio (lewe, prawe, mikrofon i uziemienie). Adapter audio może opcjonalnie zawierać port ładowania USB-C, aby umożliwić ładowanie urządzenia 500 mA. Specyfikacja techniczna mówi, że analogowy zestaw słuchawkowy nie powinien używać wtyczki USB-C zamiast wtyczki 3,5 mm. Innymi słowy, zestawy słuchawkowe z wtyczką USB-C powinny zawsze obsługiwać dźwięk cyfrowy (i opcjonalnie tryb akcesoriów).

Sygnały analogowe wykorzystują pary różnicowe USB 2.0 (Dp i Dn dla prawego i lewego) oraz dwie pary boczne dla mikrofonu i GND. Obecność akcesorium audio sygnalizowana jest poprzez kanał konfiguracyjny i V CONN .

Tryb alternatywny

Tryb alternatywny dedykuje niektóre fizyczne przewody w kablu USB-C 3.1 do bezpośredniej transmisji z urządzenia do hosta alternatywnych protokołów danych. Do transmisji w trybie alternatywnym można użyć czterech szybkich linii, dwóch styków wstęgi bocznej i (tylko dla stacji dokujących, urządzeń odłączanych i trwałych kabli) dwóch styków danych USB 2.0 i jednego styku konfiguracyjnego. Tryby są konfigurowane za pomocą komunikatów zdefiniowanych przez dostawcę (VDM) za pośrednictwem kanału konfiguracji.

Specyfikacje

Specyfikacja kabla i złącza USB typu C

Specyfikacja USB Type-C 1.0 została opublikowana przez USB Implementers Forum (USB-IF) i została sfinalizowana w sierpniu 2014 roku.

Określa wymagania dotyczące kabli i złączy.

  • Wersja 1.1 została opublikowana 2015-04-03
  • Wersja 1.2 została opublikowana 25.03.2016
  • Wersja 1.3 została opublikowana 14.07.2017
  • Wersja 1.4 została opublikowana 29.03.2019
  • Wersja 2.0 została opublikowana 29.08.2019
  • Wersja 2.1 została opublikowana 2021-05-25 ( USB PD - rozszerzony zakres mocy - 48 V - 5 A - 240 W )

Przyjęcie jako specyfikacja IEC:

  • IEC 62680-1-3:2016 (17.08.2016, wydanie 1.0) „Interfejsy uniwersalnej magistrali szeregowej do przesyłu danych i zasilania – Część 1-3: Interfejsy uniwersalnej magistrali szeregowej – Elementy wspólne – Specyfikacja kabla i złącza USB typu C”
  • IEC 62680-1-3:2017 (2017-09-25, wydanie 2.0) „Uniwersalne interfejsy magistrali szeregowej do transmisji danych i zasilania – Część 1-3: Wspólne elementy – Specyfikacja kabla i złącza USB typu C”
  • IEC 62680-1-3:2018 (2018-05-24, wydanie 3.0) „Uniwersalne interfejsy magistrali szeregowej dla danych i zasilania – Część 1-3: Wspólne elementy – Specyfikacja kabla i złącza USB typu C”

Pojemniki

Wyprowadzenie styków gniazda typu C (widok od końca)

Gniazdo ma cztery styki zasilania i cztery styki uziemienia, dwie pary różnicowe do szybkich danych USB (chociaż są one połączone ze sobą na urządzeniach), cztery ekranowane pary różnicowe do danych Enhanced SuperSpeed (dwie pary nadawcza i dwie pary odbiorcze), dwie pary bocznego wykorzystania ( SBU) i dwa styki kanału konfiguracyjnego (CC).

Układ pinów gniazda typu C;
Szpilka Nazwa Opis
A1 GND Powrót ziemi
A2 SSTXp1 Para różnicowa SuperSpeed ​​#1, TX, dodatnia
A3 SSTXn1 Para różnicowa SuperSpeed ​​nr 1, TX, ujemna
A4 V BUS Moc magistrali
A5 CC1 Kanał konfiguracji
A6 Dp1 Para różnicowa USB 2.0, pozycja 1, dodatnia
A7 Dn1 Para różnicowa USB 2.0, pozycja 1, ujemna
A8 SBU1 Zastosowanie wstęgi bocznej (SBU)
A9 V BUS Moc magistrali
A10 SSRXn2 Para różnicowa SuperSpeed ​​#4, RX, ujemna
A11 SSRXp2 Para różnicowa SuperSpeed ​​#4, RX, dodatnia
A12 GND Powrót ziemi
Układ styków gniazda B typu C
Szpilka Nazwa Opis
B12 GND Powrót ziemi
B11 SSRXp1 Para różnicowa SuperSpeed ​​#2, RX, dodatnia
B10 SSRXn1 Para różnicowa SuperSpeed ​​#2, RX, ujemna
B9 V BUS Moc magistrali
B8 SBU2 Zastosowanie wstęgi bocznej (SBU)
B7 Dn2 Para różnicowa USB 2.0, pozycja 2, ujemna
B6 Dp2 Para różnicowa USB 2.0, pozycja 2, dodatnia
B5 CC2 Kanał konfiguracji
B4 V BUS Moc magistrali
B3 SSTXn2 Para różnicowa SuperSpeed ​​#3, TX, ujemna
B2 SSTXp2 Para różnicowa SuperSpeed ​​#3, TX, dodatnia
B1 GND Powrót ziemi

Buble

Wyprowadzenia wtyczki typu C (widok od końca)

Złącze męskie (wtyczka) ma tylko jedną parę różnicową o wysokiej prędkości, a jeden z pinów CC (CC2) jest zastąpiony przez V CONN , aby zasilać opcjonalną elektronikę w kablu, a drugi służy do faktycznego przenoszenia kanału konfiguracji ( CC) sygnały. Sygnały te są używane do określenia orientacji kabla, a także do przesyłania komunikacji USB Power Delivery .

Kable

W pełni funkcjonalne okablowanie USB 3.2 i 2.0 typu C
Wtyczka 1, USB typu C Kabel USB typu C Wtyczka 2, USB typu C
Szpilka Nazwa Kolor drutu Nie Nazwa Opis 2,0 Szpilka Nazwa
Powłoka Tarcza Warkocz Warkocz Tarcza Oplot zewnętrzny kabla Powłoka Tarcza
A1, B12,
B1, A12
GND Ocynkowany 1 GND_PWRrt1 Uziemienie do powrotu mocy A1, B12,
B1, A12
GND
16 GND_PWRrt2
A4, B9,
B4, A9
V BUS czerwony 2 PWR_V BUS 1 V BUS moc A4, B9,
B4, A9
V BUS
17 PWR_V BUS 2
B5 V KONN Żółty
18 PWR_V CONN Zasilanie V CONN , dla kabli zasilanych B5 V KONN
A5 CC Niebieski 3 CC Kanał konfiguracji A5 CC
A6 Dp1 Zielony 4 UTP_DP Skrętka nieekranowana, dodatnia A6 Dp1
A7 Dn1 biały 5 UTP_Dn Skrętka nieekranowana, ujemna A7 Dn1
A8 SBU1 czerwony 14 SBU_A Wykorzystanie wstęgi bocznej A B8 SBU2
B8 SBU2 Czarny 15 SBU_B Wykorzystanie wstęgi bocznej B A8 SBU1
A2 SSTXp1 Żółty 6 SDPp1 Ekranowana para różnicowa #1, dodatnia B11 SSRXp1
A3 SSTXn1 brązowy 7 SDPn1 Ekranowana para różnicowa nr 1, ujemna B10 SSRXn1
B11 SSRXp1 Zielony 8 SDPp2 Ekranowana para różnicowa #2, dodatnia A2 SSTXp1
B10 SSRXn1 Pomarańczowy 9 SDPn2 Ekranowana para różnicowa #2, ujemna A3 SSTXn1
B2 SSTXp2 biały 10 SDPp3 Ekranowana para różnicowa #3, dodatnia A11 SSRXp2
B3 SSTXn2 Czarny 11 SDPn3 Ekranowana para różnicowa #3, ujemna A10 SSRXn2
A11 SSRXp2 czerwony 12 SDPp4 Ekranowana para różnicowa #4, dodatnia B2 SSTXp2
A10 SSRXn2 Niebieski 13 SDPn4 Ekranowana para różnicowa #4, ujemna B3 SSTXn2

Powiązane specyfikacje USB-IF

Specyfikacja złącza blokującego USB typu C
Specyfikacja złącza blokującego USB typu C została opublikowana 09.03.2016. Określa wymagania mechaniczne dla złączy wtykowych USB-C i wytyczne dotyczące konfiguracji montażu gniazda USB-C, aby zapewnić znormalizowany mechanizm blokady śrubowej dla złączy i kabli USB-C.
Specyfikacja interfejsu kontrolera portu USB typu C
Specyfikacja interfejsu kontrolera portu USB typu C została opublikowana 01.10.2017 r. Definiuje wspólny interfejs od menedżera portów USB-C do prostego kontrolera portów USB-C.
Specyfikacja uwierzytelniania USB typu C
Przyjęto jako specyfikację IEC: IEC 62680-1-4:2018 (2018-04-10) „Interfejsy uniwersalnej magistrali szeregowej dla danych i zasilania – Część 1-4: Wspólne elementy – Specyfikacja uwierzytelniania USB typu C”
Specyfikacja klasy urządzeń billboardowych USB 2.0
USB 2.0 Billboard Device Class jest zdefiniowany w celu przekazywania szczegółowych informacji o obsługiwanych trybach alternatywnych do systemu operacyjnego hosta komputera. Zapewnia czytelne dla użytkownika ciągi z opisem produktu i informacjami o wsparciu użytkownika. Komunikaty billboardowe mogą służyć do identyfikowania niekompatybilnych połączeń nawiązywanych przez użytkowników. Nie są one wymagane do negocjowania trybów alternatywnych i pojawiają się tylko w przypadku niepowodzenia negocjacji między hostem (źródłem) a urządzeniem (odbiornikiem).
Specyfikacja urządzeń audio USB klasy 3.0
USB Audio Device Class 3.0 definiuje zasilane cyfrowe zestawy słuchawkowe audio z wtyczką USB-C. Standard obsługuje przesyłanie zarówno cyfrowych, jak i analogowych sygnałów audio przez port USB.
Specyfikacja zasilania USB
Chociaż urządzenia zgodne ze standardem USB-C nie muszą implementować funkcji USB Power Delivery, w przypadku portów USB-C DRP/DRD (Dual-Role-Power/Data), funkcja USB Power Delivery wprowadza polecenia zmiany mocy portu lub roli danych po role zostały ustanowione po nawiązaniu połączenia.
Specyfikacja USB 3.2
USB 3.2 , wydany we wrześniu 2017 roku, zastępuje standard USB 3.1. Zachowuje istniejące tryby danych USB 3.1 SuperSpeed i SuperSpeed+ oraz wprowadza dwa nowe tryby transferu SuperSpeed+ przez złącze USB-C przy użyciu dwupasmowej pracy, podwajając szybkość transmisji danych do 10 i 20 Gbit/s (1 i ~2,4 GB/s).
Specyfikacja USB4
Specyfikacja USB4 wydana w 2019 roku jest pierwszą specyfikacją transferu danych USB, która wymaga złączy USB-C.

Specyfikacje partnerów trybu alternatywnego

Od 2018 r. istnieje pięć zdefiniowanych przez system specyfikacji partnerów trybu alternatywnego. Ponadto dostawcy mogą obsługiwać zastrzeżone tryby do użytku w rozwiązaniach dokowania. Tryby alternatywne są opcjonalne; Funkcje i urządzenia typu C nie są wymagane do obsługi żadnego określonego trybu alternatywnego. Forum implementatorów USB współpracuje z partnerami trybu alternatywnego, aby upewnić się, że porty są odpowiednio oznaczone odpowiednimi logo.

Lista specyfikacji partnerów trybu alternatywnego
Logo Nazwa Data Protokół
DP z DisplayPort.svg Tryb alternatywny DisplayPort Opublikowano we wrześniu 2014 DisplayPort 1.4 , DisplayPort 2.0
Mobilny link wysokiej rozdzielczości (logo).svg Tryb alternatywny Mobile High-Definition Link (MHL) Zapowiedziany w listopadzie 2014 r. MHL 1.0, 2.0, 3.0 i superMHL 1.0
ThunderboltFulmine.svg Alternatywny tryb Thunderbolt Zapowiedziany w czerwcu 2015 r. Thunderbolt 3 (przesyła również DisplayPort 1.2 lub DisplayPort 1.4 )
Interfejs multimedialny wysokiej rozdzielczości Logo.svg Tryb alternatywny HDMI Zapowiedziany we wrześniu 2016 r. HDMI 1.4b
Tryb alternatywny VirtualLink Zapowiedziany w lipcu 2018 r. VirtualLink 1.0 (jeszcze nie standaryzowany)

Zaproponowano inne protokoły, takie jak Ethernet , chociaż Thunderbolt 3 i nowsze są również zdolne do obsługi sieci 10 Gigabit Ethernet.

Wszystkie kontrolery Thunderbolt 3 obsługują zarówno „Tryb alternatywny Thunderbolt”, jak i „Tryb alternatywny DisplayPort”. Ponieważ Thunderbolt może hermetyzować dane DisplayPort, każdy kontroler Thunderbolt może wysyłać sygnały DisplayPort bezpośrednio w „Trybie alternatywnym DisplayPort” lub enkapsulować w Thunderbolt w „Trybie alternatywnym Thunderbolt”. Niedrogie urządzenia peryferyjne najczęściej łączą się przez „Tryb alternatywny DisplayPort”, podczas gdy niektóre stacje dokujące tunelują DisplayPort przez Thunderbolt.

DisplayPort Alt Mode 2.0: USB 4 obsługuje DisplayPort 2.0 zamiast trybu alternatywnego. DisplayPort 2.0 może obsługiwać rozdzielczość 8K przy 60 Hz z kolorem HDR10 i może wykorzystywać do 80 Gb/s, co stanowi dwukrotność ilości dostępnej dla danych USB.

Protokół USB SuperSpeed ​​jest podobny do DisplayPort i PCIe/Thunderbolt, ponieważ wykorzystuje pakietowe dane przesyłane przez różnicowe ścieżki LVDS z wbudowanym zegarem przy porównywalnych przepływnościach, więc te alternatywne tryby są łatwiejsze do wdrożenia w chipsecie.

Hosty i odbiorniki w trybie alternatywnym można łączyć za pomocą zwykłych, w pełni funkcjonalnych kabli typu C lub za pomocą kabli konwertujących lub adapterów:

W pełni funkcjonalny kabel USB 3.1 Type-C do Type-C
DisplayPort, Mobile High-Definition Link (MHL), HDMI i Thunderbolt (20  Gbit/s lub 40  Gbit/s przy długości kabla do 0,5 m) Tryb alternatywny Porty typu C można połączyć ze standardowym pasywnym, w pełni funkcjonalnym portem USB -C kable. Kable te są oznaczone tylko standardowym logo SuperSpeed ​​USB „trójząb” (dla kabli Gen 1) lub logo SuperSpeed+ USB 10 Gbit/s (dla kabli Gen 2) na obu końcach. Długość kabla powinna wynosić 2,0  m lub mniej dla Gen 1 i 1,0  m lub mniej dla Gen 2.
Aktywny kabel Thunderbolt typu C do typu C
 Tryb alternatywny Thunderbolt 3 (40 Gbit/s) z kablami dłuższymi niż 0,5 m wymaga aktywnych kabli typu C, które są certyfikowane i elektronicznie oznaczone do szybkiej transmisji Thunderbolt 3, podobnie jak kable o dużej mocy 5 A. Kable te są oznaczone logo Thunderbolt na obu końcach. Nie obsługują wstecznej kompatybilności USB 3, tylko USB 2 lub Thunderbolt. Kable można oznaczyć jednocześnie dla zasilania Thunderbolt i 5 A.

Aktywne kable /adaptery zawierają zasilane układy scalone do wzmacniania/wyrównywania sygnału dla kabli o większej długości lub do przeprowadzania aktywnej konwersji protokołu. Adaptery dla wideo w trybach Alt mogą umożliwiać konwersję z natywnego strumienia wideo do innych standardów interfejsu wideo (np. DisplayPort, HDMI, VGA lub DVI).

Korzystanie z w pełni funkcjonalnych kabli typu C do połączeń w trybie alternatywnym zapewnia pewne korzyści. Tryb alternatywny nie wykorzystuje pasów USB 2.0 i pasa kanału konfiguracji, więc protokoły USB 2.0 i USB Power Delivery są zawsze dostępne. Ponadto tryby alternatywne DisplayPort i MHL mogą przesyłać na jednej, dwóch lub czterech liniach SuperSpeed, dzięki czemu dwie z pozostałych linii mogą być używane do jednoczesnej transmisji danych USB 3.1.

Macierz obsługi protokołu trybu alternatywnego dla kabli i adapterów typu C
Tryb Kabel USB 3.1 typu C Kabel adaptera lub adapter Budowa
USB DisplayPort Piorun superMHL HDMI HDMI DVI-D Wideo komponentowe
3.1 1.2 1,4 20 Gb/s 40 Gb/s 1.4b 1.4b 2.0b Jedno łącze Podwójne łącze (YPbPr, VGA/DVI-A)
DisplayPort tak tak Nie pojawia się Nie Bierny
Nie pojawia się Opcjonalny tak tak tak Aktywny
Piorun tak tak tak tak Nie pojawia się Nie Bierny
Nie pojawia się Opcjonalny Opcjonalny tak tak tak tak Aktywny
MHL tak Nie pojawia się tak Nie pojawia się tak Nie tak Nie Nie Bierny
Nie pojawia się Opcjonalny Nie pojawia się tak Nie pojawia się tak Aktywny
HDMI Nie pojawia się tak tak Nie tak Nie Nie Bierny
Opcjonalny Nie pojawia się tak Aktywny

Używanie pinów gniazda USB-C w różnych trybach

Poniższe schematy przedstawiają styki gniazda USB-C w różnych przypadkach użycia.

USB 2.0/1.1

Proste urządzenie USB 2.0/1.1 łączy się przy użyciu jednej pary pinów D+/D−. W związku z tym źródło (host) nie wymaga żadnych obwodów zarządzania połączeniami, ale brakuje mu tego samego złącza fizycznego, więc USB-C nie jest wstecznie kompatybilny. V BUS i GND dostarczają 5  V do 500  mA prądu. Jednak, aby podłączyć urządzenie USB 2.0/1.1 do hosta USB-C, wymagane jest użycie Rd na pinach CC, ponieważ źródło (host) nie dostarczy V BUS, dopóki połączenie nie zostanie wykryte przez styki CC.

GND TX1+ TX1− V BUS CC1 D+ D− SBU1 V BUS RX2− RX2+ GND
GND RX1+ RX1− V BUS SBU2 D− D+ CC2 V BUS TX2− TX2+ GND

Zasilanie USB

USB Power Delivery wykorzystuje jeden z pinów CC1, CC2 do negocjacji mocy między źródłem a odbiornikiem do 20 V przy 5 A. Jest przezroczysty dla dowolnego trybu transmisji danych i dlatego może być używany razem z dowolnym z nich, o ile styki CC są nienaruszone.

GND TX1+ TX1− V BUS CC1 D+ D− SBU1 V BUS RX2− RX2+ GND
GND RX1+ RX1− V BUS SBU2 D− D+ CC2 V BUS TX2− TX2+ GND

USB 3.0/3.1/3.2

W trybie USB 3.0/3.1/3.2 dwa lub cztery szybkie łącza są używane w parach TX/RX, aby zapewnić przepustowość odpowiednio od 5 do 10 lub od 10 do 20 Gbit/s. Jeden z pinów CC służy do negocjowania trybu.

V BUS i GND dostarczają 5 V do 900 mA, zgodnie ze specyfikacją USB 3.1. Można również wprowadzić określony tryb USB-C, w którym zapewnione jest napięcie 5 V przy 1,5 A lub 3 A. Trzecią alternatywą jest zawarcie umowy Power Delivery.

W trybie jednopasmowym do transmisji danych wykorzystywane są tylko pary różnicowe znajdujące się najbliżej styku CC. W przypadku dwupasmowego przesyłania danych używane są wszystkie cztery pary różnicowe.

Łącze D+/D− dla USB 2.0/1.1 zwykle nie jest używane, gdy aktywne jest połączenie USB 3.x, ale urządzenia takie jak koncentratory otwierają jednoczesne łącza nadrzędne 2.0 i 3.x, aby umożliwić działanie podłączonych do niego urządzeń obu typów. Inne urządzenia mogą mieć tryb awaryjny do 2.0 na wypadek awarii połączenia 3.x.

GND TX1+ TX1− V BUS CC1 D+ D− SBU1 V BUS RX2− RX2+ GND
GND RX1+ RX1− V BUS SBU2 D− D+ CC2 V BUS TX2− TX2+ GND

Tryb alternatywny

W trybie alternatywnym używane jest jedno z maksymalnie czterech szybkich łączy w dowolnym kierunku. SBU1, SBU2 zapewniają dodatkowe łącze o niższej prędkości. Jeśli dwa szybkie łącza pozostają nieużywane, można ustanowić łącze USB 3.0/3.1 jednocześnie z trybem alternatywnym. Jeden z pinów CC służy do wykonywania wszystkich negocjacji. Dodatkowy dwukierunkowy kanał niskiego pasma (inny niż SBU) może również współdzielić ten pin CC. USB 2.0 jest również dostępny poprzez piny D+/D−.

Jeśli chodzi o zasilanie, urządzenia powinny negocjować umowę na dostawę energii przed wejściem w tryb alternatywny.

GND TX1+ TX1− V BUS CC1 D+ D− SBU1 V BUS RX2− RX2+ GND
GND RX1+ RX1− V BUS SBU2 D− D+ CC2 V BUS TX2− TX2+ GND

Debuguj tryb akcesoriów

System testowy urządzeń zewnętrznych (DTS) wysyła sygnał do systemu docelowego (TS), aby wejść w tryb akcesoriów debugowania przez CC1 i CC2, oba są ściągane z wartością rezystora Rn lub podciągane jako wartość rezystora Rp z wtyczki testowej (zdefiniowane Rp i Rn w specyfikacji typu C).

Po wejściu w tryb akcesoriów debugowania, opcjonalne wykrywanie orientacji przez CC1 i CC2 odbywa się poprzez ustawienie CC1 jako podciąganie rezystancji Rd i CC2 podciągniętego do uziemienia przez rezystancję Ra (z wtyczki typu C systemu testowego). Chociaż opcjonalne, wykrywanie orientacji jest wymagane, jeśli komunikacja USB Power Delivery ma pozostać funkcjonalna.

W tym trybie wszystkie obwody cyfrowe są odłączone od złącza, a 14 pogrubionych pinów można wykorzystać do wyeksponowania sygnałów związanych z debugowaniem (np. interfejs JTAG). USB IF wymaga certyfikatu, że wzięto pod uwagę bezpieczeństwo i prywatność oraz środki ostrożności, a użytkownik rzeczywiście zażądał przeprowadzenia testu debugowania.

GND TX1+ TX1− V BUS CC1 D+ D− SBU1 V BUS RX2− RX2+ GND
GND RX1+ RX1− V BUS SBU2 D− D+ CC2 V BUS TX2− TX2+ GND

Jeśli wymagany jest kabel odwracalny typu C, ale obsługa Power Delivery nie jest, wtyczka testowa musi być ułożona jak poniżej, przy czym CC1 i CC2 są ściągane w dół z wartością rezystora Rn lub podciągane jako wartość rezystora Rp z testu wtyczka:

GND TS1 TS2 V BUS CC1 TS6 TS7 TS5 V BUS TS4 TS3 GND
GND TS3 TS4 V BUS TS5 TS7 TS6 CC2 V BUS TS2 TS1 GND

To odbicie lustrzane sygnałów testowych zapewni tylko 7 sygnałów testowych do użycia podczas debugowania zamiast 14, ale z korzyścią dla zminimalizowania dodatkowej liczby części do wykrywania orientacji.

Tryb akcesoriów adaptera audio

W tym trybie wszystkie obwody cyfrowe są odłączane od złącza, a niektóre styki zostają ponownie przypisane do wyjść lub wejść analogowych. Do trybu, jeśli jest obsługiwany, wchodzi, gdy oba kołki CC są zwarte do GND. D− i D+ stają się wyjściem audio odpowiednio lewym L i prawym R. Piny SBU stają się mikrofonem pinowym mikrofonu, a analogowa masa AGND, ta ostatnia jest ścieżką powrotną dla obu wyjść i mikrofonu. Niemniej jednak piny MIC i AGND muszą mieć możliwość automatycznej zamiany z dwóch powodów: po pierwsze, wtyczka USB-C może być włożona z dowolnej strony; po drugie, nie ma zgody, które pierścienie TRRS mają być GND i MIC, więc urządzenia wyposażone w gniazdo słuchawkowe z wejściem mikrofonowym i tak muszą być w stanie wykonać tę zamianę.

Tryb ten umożliwia również jednoczesne ładowanie urządzenia odsłaniającego analogowy interfejs audio (przez V BUS i GND), jednak tylko przy 5 V i 500 mA, ponieważ piny CC są niedostępne do jakichkolwiek negocjacji.

GND TX1+ TX1− V BUS CC1 r L MIC V BUS RX2− RX2+ GND
GND RX1+ RX1− V BUS AGND L r CC2 V BUS TX2− TX2+ GND

Wykrywanie włożenia wtyczki jest wykonywane przez fizyczny przełącznik wykrywania wtyczki TRRS. Przy wkładaniu wtyku spowoduje to ściągnięcie CC i VCONN we wtyczce (CC1 i CC2 w gnieździe). Rezystancja ta musi być mniejsza niż 800 omów, co stanowi minimalną rezystancję „Ra” określoną w specyfikacji USB Type-C). Jest to zasadniczo bezpośrednie połączenie z cyfrowym uziemieniem USB.

Okablowanie pierścieni TRRS do męskiej wtyczki typu C (Rysunek A-2 specyfikacji kabla i złącza USB typu C, wydanie 1.3)
Gniazdo TRRS Analogowy sygnał audio Wtyk męski USB typu C
Wskazówka L D−
Pierścień 1 r D+
Pierścień 2 Mikrofon/uziemienie SBU1 lub SBU2
Rękaw Mikrofon/uziemienie SBU2 lub SBU1
WYKRYJ1 Przełącznik wykrywania obecności wtyczki CC, VCONN
WYKRYJ2 Przełącznik wykrywania obecności wtyczki GND

Wsparcie oprogramowania

  • Android od wersji 6.0 współpracuje z USB 3.1 i USB-C.
  • System operacyjny Chrome , począwszy od Chromebooka Pixel 2015, obsługuje USB 3.1, USB-C, alternatywne tryby, zasilanie i obsługę dwóch ról USB.
  • FreeBSD wydało Extensible Host Controller Interface, obsługujący USB 3.0 , w wersji 8.2
  • iOS od wersji 12.1 (iPad Pro 3. i nowsze generacje, iPad Air 4. generacji, iPad Mini 6. generacji) współpracuje z USB-C.
  • NetBSD zaczął wspierać USB 3.0 wraz z wydaniem 7.2
  • Linux obsługuje USB 3.0 od wersji jądra 2.6.31 i USB w wersji 3.1 od wersji jądra 4.6.
  • OpenBSD zaczął wspierać USB 3.0 w wersji 5.7
  • OS X Yosemite (macOS w wersji 10.10.2), począwszy od MacBooka Retina na początku 2015 r., obsługuje USB 3.1, USB-C, alternatywne tryby i zasilanie.
  • Windows 8.1 dodał obsługę USB-C i billboardów w aktualizacji.
  • Windows 10 i Windows 10 Mobile obsługują USB 3.1, USB-C, alternatywne tryby, klasę urządzeń billboardowych, zasilanie i USB Dual-Role.

Wsparcie sprzętowe

Samsung Galaxy S8 podłączony do stacji dokującej DeX: monitor wyświetla aplikacje PowerPoint i Word Android.

Urządzenia USB-C

Coraz więcej płyt głównych, notebooków, tabletów, smartfonów, dysków twardych, koncentratorów USB i innych urządzeń wypuszczanych od 2014 roku zawiera gniazda USB-C. Jednak początkowe przyjęcie USB-C było ograniczone przez wysoki koszt kabli USB-C i szerokie zastosowanie ładowarek USB-B.

Wyjście wideo

Obecnie DisplayPort jest najszerzej stosowanym trybem alternatywnym i służy do zapewniania wyjścia wideo na urządzeniach, które nie mają standardowych portów DisplayPort lub HDMI, takich jak smartfony i laptopy. Wszystkie Chromebooki z portem USB-C muszą obsługiwać alternatywny tryb DisplayPort w wymaganiach sprzętowych Google dla producentów. Wieloportowa przejściówka USB-C konwertuje natywny strumień wideo urządzenia na DisplayPort/HDMI/VGA, umożliwiając wyświetlanie go na zewnętrznym wyświetlaczu, takim jak telewizor lub monitor komputera.

Jest również używany w stacjach dokujących USB-C zaprojektowanych do podłączenia urządzenia do źródła zasilania, zewnętrznego wyświetlacza, koncentratora USB i opcjonalnych dodatków (takich jak port sieciowy) za pomocą jednego kabla. Funkcje te są czasami implementowane bezpośrednio na wyświetlaczu zamiast w osobnej stacji dokującej, co oznacza, że ​​użytkownik podłącza swoje urządzenie do wyświetlacza przez USB-C bez żadnych innych połączeń.

Problemy ze zgodnością

Problemy z zasilaniem z kablami

Wiele kabli, które twierdzą, że obsługują USB-C, w rzeczywistości nie jest zgodnych ze standardem. Używanie tych kabli może mieć potencjalne konsekwencje uszkodzenia urządzeń, do których są podłączone. Odnotowano przypadki zniszczenia laptopów z powodu użycia niezgodnych kabli.

Niektóre przewody niezgodnych ze złączem USB C na jednym końcu i wtyczką starszego typu USB A lub mikro-B pojemnika na drugim końcu nieprawidłowe zakończenie kanału konfiguracji (CC) z 10k pullup do V magistrali zamiast opisie upoważniony 56 kΩ pullup, powodując, że urządzenie podłączone do kabla nieprawidłowo określa ilość mocy, jaką może pobrać z kabla. Kable z tym problemem mogą nie działać prawidłowo z niektórymi produktami, w tym produktami Apple i Google, a nawet mogą uszkodzić źródła zasilania, takie jak ładowarki, koncentratory lub porty USB komputera.

Gdy używany jest uszkodzony kabel USB-C lub źródło zasilania, napięcie widziane przez urządzenie USB-C może różnić się od napięcia oczekiwanego przez urządzenie. Może to spowodować przepięcie na pinie VBUS. Również ze względu na drobną podziałkę gniazda USB-C, pin VBUS z kabla może stykać się z pinem CC gniazda USB-C, powodując zwarcie do VBUS ze względu na fakt, że pin VBUS jest o napięciu znamionowym do 20 V, a styki CC do 5,5 V. Aby rozwiązać te problemy, należy zastosować ochronę portu USB typu C między złączem USB-C a kontrolerem zasilania USB-C.

Kompatybilność z adapterami audio

W urządzeniach, w których pominięto gniazdo audio 3,5 mm , port USB-C można wykorzystać do podłączenia akcesoriów przewodowych, takich jak słuchawki.

Istnieją przede wszystkim dwa typy adapterów USB-C (adaptery aktywne z przetwornikami DAC , adaptery pasywne bez przetworników DAC) oraz dwa tryby wyjścia audio z urządzeń (telefony bez wbudowanych przetworników cyfrowo-analogowych wysyłające dźwięk cyfrowy, telefony z wbudowanymi przetwornikami cyfrowo-analogowymi wysyłające dźwięk analogowy) .

Gdy używany jest aktywny zestaw słuchawek lub adaptera USB-C, dźwięk cyfrowy jest przesyłany przez port USB-C. Konwersja przez DAC i wzmacniacz odbywa się w słuchawkach lub adapterze, a nie w telefonie. Jakość dźwięku zależy od przetwornika DAC słuchawek/adaptera. Aktywne adaptery z wbudowanym przetwornikiem cyfrowo-analogowym zapewniają niemal uniwersalną obsługę urządzeń, które wyprowadzają dźwięk cyfrowy i analogowy, zgodnie ze specyfikacjami Audio Device Class 3.0 i Audio Adapter Accessory Mode .

Przykładami takich aktywnych przejściówek są zewnętrzne karty dźwiękowe USB i przetworniki cyfrowo-analogowe, które nie wymagają specjalnych sterowników, oraz przejściówki z USB-C na gniazdo słuchawkowe 3,5 mm firmy Apple, Google, Essential, Razer, HTC.

Z drugiej strony, gdy używany jest pasywny zestaw słuchawek lub adaptera USB-C, analogowy dźwięk jest przesyłany przez port USB-C. Konwersja przez DAC i wzmacniacz odbywa się w telefonie; słuchawki lub adapter po prostu przepuszczają sygnał. Jakość dźwięku zależy od wbudowanego przetwornika cyfrowo-analogowego telefonu. Adaptery pasywne bez wbudowanego przetwornika cyfrowo-analogowego są kompatybilne tylko z urządzeniami, które wyprowadzają analogowy dźwięk, zgodnie ze specyfikacją trybu akcesoriów adaptera audio .

Kompatybilność adapterów audio USB-C na 3,5 mm i kart dźwiękowych USB
Tryb wyjścia Specyfikacja Urządzenia Adaptery USB-C
Aktywny, z przetwornikami DAC Pasywny, bez DAC
Dźwięk cyfrowy Klasa urządzeń audio 3.0 (dźwięk cyfrowy) Google Pixel 2, HTC U11, Essential Phone, Razer Phone,
Samsung Galaxy Note 10, Samsung Galaxy S10 Lite, Sharp Aquos S2, Asus ZenFone 3, Bluedio T4S, Lenovo Tab 4, GoPro, MacBook itp.
Konwersja przez adapter Konwersja niedostępna
Dźwięk analogowy Moto Z/Z Force, Moto Z2/Z2 Force/Z2 Play, Moto Z3/Z3 Play, Sony Xperia XZ2, Huawei Mate 10 Pro, Huawei P20/P20 Pro, Honor Magic2, LeEco,
telefony Xiaomi, OnePlus 6T, OnePlus 7/ 7 Pro/7T/7T Pro,
Oppo Find X/Oppo R17/R17 Pro, ZTE Nubia Z17/Z18 itp.
Konwersja przez adapter Przejść przez

Kompatybilność z innymi technologiami szybkiego ładowania

W 2016 roku Benson Leung , inżynier z Google, zwrócił uwagę, że technologie Quick Charge 2.0 i 3.0 opracowane przez Qualcomm nie są kompatybilne ze standardem USB-C. Qualcomm odpowiedział, że możliwe jest stworzenie rozwiązań szybkiego ładowania dopasowanych do wymagań napięcia USB-C i że nie ma doniesień o problemach; jednak w tamtym czasie nie zajęła się kwestią zgodności ze standardami. Później w tym samym roku Qualcomm wypuścił technologię Quick Charge 4, która jako postęp w porównaniu z poprzednimi generacjami powołała się na „zgodność z USB Type-C i USB PD”.

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki

  • Universal Serial Bus Type-C Specyfikacja złącza kablowe i jest zawarty w zbiorze dokumentów USB, które można pobrać z USB.org .