Vše o USB-C: Typy kabelů / Habr

Téma USB-C kabelů a konektorů je dost matoucí a má to objektivní důvody. Mnoho implementačních možností a nuancí ve spojení s ne vždy svědomitými výrobci přináší na trh kabelů zmatek. V tomto článku však ukážu, že všechno v této věci není tak špatné, pokud jste ochotni uchýlit se k řadě technik a upravit svá vlastní očekávání.

Poznámka. za.: Toto je nový díl série věnované standardu USB-C . Zbytek je k dispozici zde:

1. Úvod pro inženýry elektroniky
2. Typy kabelů
3. Mechanika konektorů
4. Adaptéry mimo standard
5. Rezistory a E-Marker
6. Poskytování stravy
7. Vysokorychlostní rozhraní
8. Laptop Framework
9. Páječka Pinecil
10. Hříchy výrobců
11. Interakce prostřednictvím nízkoúrovňového PD protokolu
12. Odpověď přes protokol PD

▍ Záměna kabelů

Možná máte spoustu kabelů USB-C, které všechny vypadají stejně, ale víte, že mají různé vnitřní části. Navíc na nich často nejsou žádné značky. Ano, to je dost špatné a dalo by se dokonce říci, že se situace jen zhoršuje.

Rád bych hned upřesnil, že zde budeme hovořit pouze o kabelech USB-C male to USB-C male. Navzdory popularitě kabelů, jako je USB-A až USB-C, jsou navrženy docela jednoduše. V nich máme standard přenosu dat USB 2.0 nebo 3.0 a podporu proudu nejvýše 2 A a konektor USB-C je obvykle připojen k hostiteli s napětím 5 V, které je určeno tahem. nahoru odpor. Kromě toho, ačkoli vizuálně kabely jako „Type-C – DisplayPort“ mohou vypadat jako kabely, ve skutečnosti se jedná o adaptéry napěchované slušným množstvím elektroniky.

Jen podle specifikace bylo původně šest typů kabelů USB-C na USB-C. Pak jich bylo osm. A nyní toto číslo již dosáhlo dvanácti. A to je pouze v souladu se specifikací, ale existuje mnoho dalších úprav třetích stran. Dobrou zprávou je, že většina těchto kabelů je obvykle docela vhodná pro jednoduché úkoly, jako je nabíjení zařízení a přenos dat, a některé specifické případy jejich použití jsou poměrně vzácné.

Dále se podíváme na různé typy kabelů a pochopíte, že odlišit je od sebe je mnohem jednodušší, než by se mohlo zdát.

▍ Řazení podle kategorie

Začněme tím, že pro USB kabely jsou dvě možnosti povolené proudové zátěže – 3 A a 5 A. 3 A je požadované minimum pro jakýkoli kabel a 5 A je již podporováno volitelně. Nekvalitní kabely samozřejmě nemusí dosahovat až 3 A, ale to je ojedinělý případ. V loňském roce skupina USB-C představila technologii EPR (Extended Power Range), která zvyšuje maximální napětí z 20 V na 48 V a vyžaduje vylepšenou izolaci mezi datovými a napájecími kolíky. Jedná se o dvě další kategorie, SPR (maximálně 20 V) a EPR (maximálně 48 V). Nejsou zde však žádné 3A EPR kabely, takže je to o něco méně matoucí, než to zní.

K dispozici jsou také minimálně čtyři možnosti rychlosti přenosu dat. Dříve jsme měli přístup ke kabelům USB 2 a USB 3 s konektorem Type-C a také rozhraním Thunderbolt. Nyní se objevil nový standard, USB 3.1, zaměřený na zvýšení rychlosti a vyžadující rychlejší kabely. Kromě toho existují aktivní kabely USB-C, které přenášejí signál přes redrivery nebo optické vlákno, aby se zvýšil jeho přenosový dosah. Pokud jste si mysleli, že kabely používají jiné zapojení, což přináší další variabilitu jak v rámci specifikace, tak mimo ni, tak jste bohužel měli pravdu.

To, co skončíme, je matice tři na čtyři představující možné typy kabelů, které máte. Tři řádky v něm označují proudovou sílu 3 A, 5 A a EPR 5 A a čtyři sloupce označují přenosové rychlosti. Kromě toho existuje mnoho kabelů, které upřímně řečeno nespadají do specifikace – například pouze nabíjecí kabely bez 2.0 pinů, což z hlediska technických požadavků samozřejmě vypadá rouhání. Přirozeně, jeden může koupit buď náhodně, nebo úmyslně. Ale jak můžete určit typ těch, které již máte?

Zjednodušme problém na prostor možností tři na čtyři, výjimky zahoďme – postupem času budou tyto podivné kabely vyčnívat stále méně a méně, protože i výrobci levných produktů se časem naučí plnit požadavky.

Nespornou výhodou takového sortimentu všech druhů kabelů je možnost koupit si přesně ten, který bude vyhovovat vašim potřebám, ať už jde o levné řemeslo za 5 $ nebo kvalitní produkt za 40 $. Kabely 2.0 jsou zároveň tenčí, lehčí a flexibilnější – protože Thunderbolt evidentně k nabíjení notebooku na cestách nepoužijete. USB-C má navíc prvky, které dokážou odlišit různé kabely. Více vám o tom řeknu později.

▍ V kabelu je počítač. tedy skoro

Když napájecí zdroj může dodávat proud přes kabel více než 3A, neučiní to okamžitě – nejprve ověří, zda je kabel schopen přenášet tento proud a že připojené zařízení může tento proud přijmout.

Jak přesně testuje schopnosti kabelu? Přečtením jeho „E-Markeru“. E-marker je paměťový čip v konektoru kabelu, který kóduje jeho schopnosti a parametry a je připojen ke kanálu CC pro jejich přenos. Tento čip je vyžadován pro všechny kabely s rychlostmi od USB 3 a proudy od 3 A. Zároveň lze do E-Markeru zakódovat obrovské množství parametrů, včetně kódu země. Chcete vědět více? Doporučuji si přečíst technický popis programovatelného čipu VL151, kde je uvedena spousta zajímavých informací, které lze získat z běžného E-Markeru.

Pokud si přejete, můžete si tyto čipy dokonce zakoupit online a nainstalovat je do svých kabelů – například WLCSP VL151 nebo jeho verze UDFN. Pravda, tyto čipy lze flashovat přes I2C pouze třikrát. Pokud si chcete vytvořit vlastní kabely USB-C, které podporují 5A, můžete si také koupit zástrčky s již zapájenými čipy E-Marker. Kdo ví, možná na těchto čipech brzy uvidíme i Dooma.

▍ Samokontrola kabelů

Takže můžete zjistit možnosti kabelu přečtením E-Marker. Zde si uživatelé Linuxu mohou myslet, že tyto informace by měly být někde dostupné /sys/, ale jak víte, taková úroveň podpory zatím neexistuje – katalog /sys/class/typec/ na mém notebooku je Framework s jádrem 6.0.3 prázdný, a to i při připojení monitoru typu C. Mezitím existují testery USB-C, které umí číst informace z E-Markeru.

Pokud váš kabel nemá E-Marker, pak můžeme předpokládat, že podporuje přenosové rychlosti USB 2.0 a proud 3 A, ale je nepravděpodobné, že to bude mnohem více. Kromě proudové zatížitelnosti kabelu vám E-Marker může říci, zda obsahuje vysokorychlostní páry a které.

V kabelu USB-C obvykle takové páry nejsou vůbec, nebo jsou čtyři. Samozřejmě je to navíc k povinné dvojici USB 2.0. Existují však výjimky – pokud máte kabel USB-A na USB-C s podporou USB 3, pak bude mít pouze dva páry. Také v adaptéru USB-C na HDMI s vestavěným kabelem s největší pravděpodobností najdete pouze dva páry. Navíc z čistě praktických postřehů mohu říci, že mám kabel, který byl dodán s pouzdrem USB na M.2 NVMe, a také má pouze dva páry. Bude fungovat s USB 3.0, ale nebude vhodný pro DisplayPort nebo podobné konektory – a pro takovou aplikaci nebude dostatečně dlouhý.

Chcete se o tom přesvědčit? Naštěstí k tomu nemusíte stříhat kabel. Testery pro USB-C jsme již analyzovali několikrát a zde je jeden z nejnovějších článků (v angličtině). Jedná se o open source řešení a takové zařízení si snadno sestavíte sami. Jako alternativa je na Tindie a Aliexpress celá hromada hotových. Tento nástroj nerozpozná rozdíl mezi kabely 20Gb/s a 40Gb/s, ale pomůže rozlišit modely USB 2.0 a 3.0.

Kabely lze navíc testovat v přírodních podmínkách. Pokud používáte 100W nabíječku a notebook s podobným výkonem, můžete snadno zkontrolovat, zda váš kabel poskytuje 100W napájení. Chcete-li to provést, stačí připojit nabíječku a notebook přes jakýkoli levný měřič výkonu USB-C a zjistit, zda proudový odběr nepřesahuje 3 A. Podobnou techniku ​​lze použít, když máte spoustu kabelů a chcete zjistit, zda dosahují USB 3 a vyšší. Zde budete navíc potřebovat například stejné pouzdro M.2 NVMe s portem USB 3 Type-C female.

V tomto případě můžete provést následující rychlý test – připojte pouzdro k notebooku kabelem USB-C, poté spusťte lsusb -t , který zobrazí rychlost připojení (480 pro kabely USB 2 a 5000/10000 pro USB 3 ). Jako bonus můžete zkontrolovat, zda některý z vašich kabelů neprošel testem reverzibility – protože to je stále problém.

▍ Doplnění chybějících značek

Sám výrobce samozřejmě přesně zná možnosti svých kabelů a jejich vnitřní strukturu. Ale zároveň musí své výrobky doprovázet značením, které je ve skutečnosti poměrně vzácné. Někdy jsou vlastnosti uvedeny na obalu. Pokud jste tedy ty své ještě nevyhodili, můžete se na ně podívat nebo se podívat na popis produktu v internetovém obchodě. Řekněme, že máte neoznačený kabel a právě jste určili jeho specifikace. co dělat dál?

Vytáhněte lahvičky laků na nehty a řiďte se doporučením [@_saljam]. Zde je barevné schéma pro označení kabelů USB-C, jakmile zjistíte jejich možnosti. Jedna čárka znamená 3 A, dvě – 5 A. Oranžová je USB 2.0, modrá je USB 3 20 Gb/s (Gen 1), zelená je USB 3 40 Gb/s (Gen 2), žlutá je Thunderbolt. Zvláště se mi líbí, jak 5A Thunderbolt kabely vypadají jako včely při použití tohoto designu. Navíc [@_saljam] říká, že tento design je docela vhodný pro barvoslepé vnímání.

Ať je to jak chce, pro USB-C se to zlepšuje. Zodpovědná skupina představila nové schéma zápisu, kterému se mimochodem mnozí smáli. Ačkoli toto schéma je poměrně jednoduché a není bez významu. Pokud kabel podporuje 40 Gb/s, bude na něm logo 40 Gb/s. Pokud podporuje 240 W, pak bude tato charakteristika označena odpovídajícím logem. Pokud podporuje obojí, pak uvidíte obě tato označení. Možná se vám nebude chtít malovat přes tato loga, ale jsem si jistý, že něco vymyslíte.

▍ Vestavěné kabely USB-C

Možná jste narazili na zařízení, jako jsou dokovací stanice, s vestavěnými kabely USB-C. Toto řešení je alternativou ke standardní přítomnosti samičího portu a použití kabelu samec-to-male. Permanentní kabely nespadají pod stejný soubor pravidel a elektronika, kterou používají, je mnohem jednodušší, proto se často instalují do levných zařízení.

Jednoduše řečeno, pokud chcete na svém zařízení používat vysokorychlostní linky a zabudovat do něj permanentní kabel, pak nemusíte přidávat vysokorychlostní multiplexer pro podporu dvou možností orientace zástrčky – v tomto případě je hostitelem zodpovědný za přizpůsobení se jednomu nebo druhému směru jeho připojení. Vzhledem k tomu, že jediná možná CC linka je připojena hardwarově, budete potřebovat spíše jeden 5,1k ohmový odpor než dva, a nebude potřeba vůbec žádný E-Marker. Pokud k dokovací stanici přidáte „ženský“ port s vysokorychlostními linkami, pak se bez multiplexeru neobejdete.

Ale podle podmínek dohody o prodeji dobře vybavených dokovacích stanic s USB-C na Aliexpress za pouhých 15 dolarů tato možnost není vhodná. V tomto ohledu je mnoho levných zařízení vybaveno permanentními kabely, což vše jak komplikuje, tak zjednodušuje. Výhodou je, že již nemusíte vybírat vhodný kabel pro připojení zařízení a s největší pravděpodobností bude optimálně odpovídat normám, protože takové permanentní kabely lze velmi snadno implementovat. Mezi nevýhody patří omezení pouze tohoto kabelu zabudovaného v zařízení. Pokud se rozbije, porouchá se celé zařízení. Kromě toho ji nebudete moci zvýšit. Nebo můžeš?

I když navrhuji otázku rozšíření odložit na jindy a s tím i téma USB-C kabelů, které nespadají do požadavků specifikace. Nyní chci zdůraznit, že kabely by měly být snadno vyměnitelné. Pokud kabel náhle přestane být vaším přítelem nebo začne dělat podivné věci, nalepte na něj stigma, odložte jej, aby nebylo pokušení jej náhle použít, a objednejte si náhradní. Nebo ještě lépe několik substitucí. Zde, stejně jako v případě Micro-USB kabelů, je výměna hlavním způsobem, jak se zbavit problémů s nimi spojených.