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.

Распайка usb кабеля по цветам

Распиновка USB-разъема отличается тем, что в кабелях интерфейса версии 2 используется четыре провода (варианты mini и micro – 5 проводов), тогда как в версии 3 количество проводов увеличено до девяти.

Распайка USB-разъема облегчается тем, что проводам стандартного кабеля присвоены определенные цвета, приведенные в таблице ниже.

Пятый провод в разъемах mini и micro типа B не задействуется, а в разъемах типа А замкнут на провод GND.

Дренажному проводу экрана (при наличии) отдельный номер не присваивается.

Сводка распределения проводов USB-интерфейсов версии 2 по контактам вилок различных типов приведена на рисунке ниже.

распайка usb кабеля по цветам

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:

Скрытый текст

Type-A mini:

Type-A micro:

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

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

Особенности USB-разъемов

Всего стандартизировано три основных версии USB-интерфейсов, Каждая новая из них обеспечивала увеличение скорости информационного объема и наращивание функциональных возможностей. Одновременно с учетом расширения областей применения менялся форм-фактор вилок.

Возможность подключения кабеля к устройству автоматически означает совместимость соединяемых устройств друг с другом.

Вилки USB-шнуров имеют полный, мини и микро форм-фактор. В центральное устройство всегда включается вилка типа А, для обслуживания периферийного устройства предназначена вилка типа В. Кроме того, вилки делятся на тип М (от англ. male – штекер) и F (от англ. female – гнездо).

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.

Так как отличить USB 3.0 и USB 2.0? Ну то, что usb 3.0 быстрее, и так уже все знают, но мало кто знает, как отличить подделку от настоящей или как вообще они отличаются.

Для начала глянем на наши первые USB, так называемые 1.0 usb, они используются даже в новых мышках, вебкамерах, всех тех устройствах, кому первого usb хватает сполна:

Как видим, у них внутри 4-ре контакта и пластмасса под ними белого цвета. Это простой способ определить, что это 1-ый usb.

Теперь глянем на 2-ой:

Тут, конечно, сложно рассмотреть и понять, что там 4-ре контакта и под ними черная пластмасса — это явный признак usb 2.0. Как мы уже знаем, 2.0 и 1.0 совместимы, отличии лишь в скорости: 2.0 быстрее в скорости, но быстрее не флешка читает, а быстрее работает контроллер, через который идет общение. Конечно на usb 2.0 обычно указывают, что это 2-ой usb, но случаи всякие бывают.

Глянем, как выглядит разъем usb 2.0:

Как видим, он так же черного цвета, хотя производители в редких случаях меняют этот цвет намеренно (дизайн), но правильный цвет должен быть черный у 2.0 usb.

А теперь, наконец, глянем на 3.0:

Это самое удачное фото из всех, что я делал, на usb 3.0 девять контактов: 4 спереди и 5 сзади (они чуть приподняты выше ):

И как видим, пластмасса под контактами синего цвета — это явный признак 3.0: ведь они должны везде делать ее синего цвета.

Вот разьем usb 3.0:

Надпись SS говорит о том, что там контроллер сделан под Super Speed, то есть максимально возможную скорость. Такую можно увидеть и на внешних жестких дисках 3.0. Если и внешник SS и разъем SS, то будет максимальная скорость передачи данных.

Итак, проблема, как отличить, если дизайн, например, синий, как тут:

Тут пластмасса синяя, но он usb 2.0. Так как отличать? — по контактам, я говорил, что у третьего девять контактов, а у второго четыре:

Вот она в разборе, и тут уже хорошо видно, что тут только 4-ре контакта.

Usb 3.0 совместим с 2.0 и 1.0, так что в разъемы 3.0 можно втыкать и 2.0, и 1.0. Если вставить в третий usb разъем 2.0, то будет скорость 2.0, если 1.0, то скорость 1.0. Так что не бойтесь вставлять в него и другие. Просто когда вам нужна будет скорость, и у вас будет 3.0 устройство, вставьте его именно в 3.0. У USB 3.0 внутренний разъём поддерживает скорость передачи до 5 Гбит/с.

Недавно на рынок вышел так называемый USB 3.1, он обозначается как SS (Super Speed) у каждого из разъемов. Он быстрее usb 3.0 и имеет совместимость со вторым и первым usb. USB 3.1 либо черного, либо синего (как в моем случае цвета), а 3.0 только синего.

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.

Виды разъёмов USB

Также существуют различные версии разъёмов USB. Ниже я опишу наиболее часто встречающиеся варианты.

USB 2.0, тип А

Наиболее массовый вариант, который можно встретить практически у любого пользователя ПК. Он износоустойчив, обладает высоким запасом прочности, выдерживает огромное количество подключений, обладает «защитой от дурака» (вы не сможете воткнуть его обратной стороной). При этом в портативной технике обычно не используется, так как обладает внушительными, как для данных устройств, размерами.

Популярный ЮСБ 2.0 тип А

USB 2.0, тип B

Обычно обладает трапециевидной (или квадратной) формой. Также обладает немалыми размерами, потому применяется в относительно больших периферийных устройствах (сканеры, принтеры и т.д.).

Мini USB 2.0 (модификация типа B)

Обладая уменьшенными (по сравнению с вышеперечисленными разъёмами) габаритами, применяется преимущественно в портативной технике (к примеру, в плеерах, переносных винчестерах, картридерах и др.). Имеет 5 контактов, а не 4 как классический ЮСБ, при этом 1 контакт не используется.

К недостаткам относится подверженность к разрушению (с активным использованием разъёма последний регулярно выходит из строя).

Micro USB 2.0 (модификация типа B)

Улучшенный вид разъёма Mini USB. Имеет минимальные размеры, и отлично подходит для целого ряда небольших устройств – от мобильных телефонов и планшетов до цифровых камер. При этом гарантирует отличный контакт, износоустойчив, имеет хорошие перспективы стать универсальным типом разъёма для абсолютного большинства электронных устройств.

Отличить Micro USB (рассматриваемый разъём) от Mini USB достаточно просто. Micro USB имеет две защёлки на задней стороне, которых разъём Мini USB лишён.

USB 3.0 (тип А)

Модерный стандарт ЮСБ 3.0 A, вследствие большей скорости работы, активно применяется в ноутбуках и стационарных компьютерах последнего поколения.

USB 3.0 (тип B)

Шнуры и устройства данной версии уже не подключить к стандартному разъёму ЮСБ 2.0. Данный тип разъёма применяется при работе устройств с высокой производительностью.

Micro USB 3.0

Применяется для работы скоростных SSD накопителей, внешних скоростных накопителей, обеспечивает очень качественные соединения.

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.

Как определить тип USB порта по внешнему виду?

Давайте начнем с самой первой версии – USB 1.0, сейчас данный вариант в ноутбуках практически не используется, но имеет место в некоторых мышках и других устройствах. Выглядит он следующим образом: белый порт с 4-мя контактами – это и есть USB 1.0.

USB 2.0 обычно окрашен черным цветом и внутри имеет также 4 контакта. Второй тип совместим с USB 1.0, но отличаются лишь пропускной способностью. Второй тип быстрее.

В данном примере мы рассмотрели флешку, а как же выглядит разъем, например, в ноутбуке? Вот так и выглядит:

Почти ничем не отличается. Важный момент – некоторые производители могут окрасить тот же USB 2.0 в другой цвет, например, оранжевый. Конечно, это никак не влияет на характеристики интерфейса.

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.

Не отстаёт и компания ASUS: материнские платы ASUS X99-A и ASUS Z97-A поддерживают USB 3.1, но, к сожалению, лишены разъёмов Type-C. Кроме того, анонсированы специальные платы расширения для тех, кому не хочется ни обновлять материнскую плату, ни отказываться от пары USB 3.1-портов.

Компания SanDisk не так давно представила 32 Гб флеш-накопитель с двумя разъёмами: классическим USB Type-A и USB Type-C:

Разумеется, не стоит забывать про недавний MacBook с пассивным охлаждением и всего одним разъёмом USB Type-C. Про его производительность и прочие прелести поговорим как-нибудь отдельно, а вот про разъём — сегодня. Apple отказалась как от своей «волшебной» зарядки MagSafe, так и от других разъёмов на корпусе, оставив один порт для питания, подключения периферии и внешних дисплеев. Разумеется, если вам мало одного разъёма, можно купить официальный переходник-разветвитель на HDMI, классический USB и разъём питания (всё тот же Type-C) за… 80 долларов. Остаётся надеяться, что Type-C придёт и на мобильные девайсы Apple (и на этом зоопарк с проводами для смартфонов закончится окончательно), хотя шансы на такой апдейт минимальные: зря что ли разрабатывали и патентовали Lightning?

Один из производителей периферии — LaCie — уже успел выпустить для нового макбука стильный внешний накопитель с поддержкой USB 3.1 Type-C. Цена у него, правда, совершенно яблочная, но что поделаешь – за новые технологии и надпись PORSCHE DESIGN надо платить.

Кроме Apple заигрывают с USB 3.1 Type-C и в компании Google: новый ChromeBook Pixel помимо интересных характеристик получил и соответствующий порт.

Ну и, разумеется, не стоит забывать про девайс от компании Nokia. Их планшет N1 получил разъём Type-C одним из первых, правда, без поддержки функций USB 3.1.

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.

Наши предыдущие обзоры: » Два месяца с LG G Watch R » Эволюция мышей Razer на примере DeathAdder и Naga » Изучаем TV-флагман компании Philips: Часть 1 | Часть 2

Спасибо за внимание!