Все заряжают свои устройства каждый день. Поскольку все больше проектов используют интерфейс USB Type-C®, а не USB Type-A, инженер-проектировщик должен хорошо понимать этот тип соединения. USB Type-C имеет некоторые существенные преимущества, но с некоторыми сложностями. Версия USB Type-C добавляет этим подключениям больше возможностей, чем просто зарядка. Обмен данными также происходит на очень высоких скоростях.
Хотя обозначения различных версий и типов USB-C могут сбивать с толку, понимание того, что USB-C меняет правила игры, важно по нескольким причинам, изложенным в данном материале.
С момента своего появления в 1996 году USB произвел революцию в том, как мы подключаем наши компьютеры к периферийным устройствам, заменив множество устаревших последовательных и параллельных портов. Но это было только начало. С выпуском USB 2.0 в 2000 году скорость взлетела до впечатляющих 480 Мбит/с, а мощность увеличилась до 500 мА, что позволило заряжать сотовые телефоны и другие устройства.
На этом процесс улучшений не остановился. USB 3.0 или USB 3.1 Gen 1 могут поддерживать скорость передачи данных до 10 Гбит/с, а USB 3.1 Gen 2 удваивает эту скорость до умопомрачительных 20 Гбит/с. Новейшие разъемы USB-C, представленные в 2014 году, быстро завоевывали мир, и становится ясно, что за USB-C будущее. Но с разными форматами и уровнями редакций инженеры-конструкторы должны позаботиться о совместимости.
Соединение USB-C включает в себя канал конфигурации (CC), который используется при подключении устройства для определения ориентации (переворота) кабеля и пассивного или активного установления «контракта» подачи питания между источником и нагрузки. Нагрузка (выходной порт) может определять возможности источника, определяя значение резистора, представленного источником. В таблице, которая будет представлена далее показаны различные возможности.
При первом подключении кабеля USB-C на стороне устройства (нагрузки) проверяется резисторный делитель, подключенный как со стороны хоста, так и со стороны устройства, с помощью контактов разъема CC. Этот делитель имеет три уровня и указывает, является ли хост базовым 5 В / 0,5 А или способен немного больше на 1,5 А или 3,0 А. Если правильный уровень не найден, система останется на самых низких уровнях данных и мощности, но продолжит работу.
Базовая интерпретация линии CC может увеличить доступную мощность до 3,0 А, но не может поднять напряжение выше 5 В. Если хост и нагрузка начинают обмениваться данными по цифровым линиям (D+ и D-), соединение можно обновить, чтобы использовать режим работы с несколькими напряжениями PD.
В то время как в прошлом USB был только средством передачи данных с ограниченными возможностями питания, последние версии предлагают значительные возможности питания. USB PD описывает протокол подачи питания, который работает через этот интерфейс. Источник USB для загрузки связи является многоуровневым. USB PD – это особая версия, в которой особое внимание уделяется подаче питания и часто используется передача данных. PD сообщает о возможностях и потребностях мощности между источником и нагрузкой.
Стандарт USB-C Power Delivery (PD) допускает напряжение 5, 9, 15 или 20 В при уровне мощности до 100 Вт. Ток максимум 5А, но напряжение 5, 9, 15 или 20В позволяет обеспечивать гораздо большую мощность. «Полнофункциональные» кабели USB-C PD имеют микросхему в корпусе кабельного разъема, называемую конфигурацией канала или контроллером порта. Эти микросхемы создают электронный маркер, который сообщает другому концу, какую мощность он может передавать и получать. Кабели с током передачи 3A или ниже не нужен чип конфигурации канала.
PD-сообщения представляют собой 196-битные блоки, передаваемые на частоте 300 кГц +/- 10 процентов по линии CC. В конце пакета отправляется 32-битный CRC, за которым следует 4-битный маркер конца пакета (EOP), завершающий сообщение. В настройке PD микросхема в каждом разъеме кабеля определяет тип подключения питания на обоих концах и регулирует подачу напряжения. Устройство включено/заряжено и может запрашивать промежуточное напряжение между 5 В и максимально доступным фиксированным напряжением зарядного устройства. Кабели USB-C PD заслуживают осторожности. «Обычные» кабели могут не соответствовать размеру провода USB или требованиям к передаче сигналов, поэтому перепроверьте спецификации. Если ваш источник питания работает, и вы все правильно подключаете, но уровень мощности или скорость сложно сказать, скорее всего из-за кабеля.
Передача энергии через USB PD имеет несколько преимуществ. Одним из ключевых преимуществ является доступная более высокая мощность, которой достаточно для питания ноутбуков или мониторов, а также для быстрой зарядки совместимых смартфонов. Процесс зарядки может управляться телефоном, который может дать указание зарядному устройству замедлить или ускорить в зависимости от текущих требований. USB PD также очень универсален, подходит для широкого спектра устройств, от смарт-часов до ноутбуков. Кроме того, сетевые адаптеры питания теперь могут безопасно заряжать практически любое устройство с высокой эффективностью и оптимизированной скоростью, упрощая аппаратное обеспечение и снижая затраты, поскольку они находятся в одном направлении от адаптера.
В 2021 году Форум разработчиков USB (USB-IF) выпустил обновленные логотипы сертифицированных кабелей USB Type-C с рейтингом мощности, чтобы указать возможности питания кабелей USB-C для потребителей. Сертифицированные кабели USB Type-C теперь имеют логотипы, подчеркивающие поддержку мощности 60 Вт или 240 Вт в соответствии с недавно опубликованным отчетом USB Power Delivery.
В заключение можно сказать, что USB-C становится все более популярным и имеет значительные преимущества по сравнению со своим предшественником, USB Type-A. Соединения USB-C предназначены не только для зарядки, но и для передачи данных с очень высокой скоростью. Соединения USB-C имеют канал конфигурации, который определяет ориентацию кабеля и пассивно или активно устанавливает «контракт» на подачу питания между источником и нагрузкой. Новейшие разъемы USB-C могут поддерживать скорость передачи данных до 20 Гбит/с, а стандарт USB-C PD обеспечивает подачу питания до 100 Вт при уровне мощности до 5 А. Однако при использовании кабелей USB-C PD необходимо соблюдать осторожность, и важно убедиться, что кабели соответствуют требованиям к размерам проводов USB и сигналам. Несмотря на сложность соединений, за USB-C будущее.
© digitrode.ru