USB typu C - potencjał i wyzwania

W porównaniu do wcześniejszych wersji standardu USB, w USB-C/USB 3.1 zaproponowano cztery nowości, dwie w konstrukcji wtyczki (jej wymiarów i orientacji), a pozostałe w zakresie funkcjonalności interfejsu. Przewiduje się, że rozwiązania te mogą zrewolucjonizować sposób transmisji danych między urządzeniami elektronicznymi i sposób ich ładowania.

Poprawią także ich wygląd i wygodę użytkowania oraz przysporzą więcej możliwości ich wykorzystania. Dzięki temu, choć wejścia USB typu A można obecnie znaleźć w większości urządzeń, od elektroniki użytkowej, przez samochody, po urządzenia przemysłowe, złącza USB-C/USB 3.1 najprawdopodobniej wkrótce, równie powszechnie, je zastąpią. Co więcej, przewiduje się, że mogą dominować na rynku przez najbliższych kilkanaście, do nawet 20 lat.

Jak wygląda wtyczka USB typu C?

Wtyczka USB-C wymiarami (8,4× 2,6 mm) przypomina wtyk USB Micro-B. Jej znakiem rozpoznawczym są zaokrąglone rogi oraz pusty środek. To odróżnia ją od wtyczki USB Micro-B, która ma ścięte rogi, jak i od wtyczki Lighting firmy Apple, wypełnionej w środku, ze stykami na zewnątrz.

Wymiary wtyczki USB typu C są ważnym aspektem z punktu widzenia użytkowników, a bardziej nawet projektantów urządzeń, zwłaszcza tych przenośnych. Mniejsze gniazda ułatwią bowiem projektowanie jeszcze bardziej płaskich obudów.

Ponieważ standard USB 3.1 jest wstecznie kompatybilny, wtyki USB-C/USB 3.1 można podłączać do starszych gniazd USB. W tym celu skorzystać trzeba z odpowiedniej przejściówki, która zapewni kompatybilność fizyczną. Warto tutaj zaznaczyć, że chociaż z założenia specyfikacje USB 3.1 i USB-C powinny być implementowane wspólnie, każdą z nich można również wykorzystywać oddzielnie.

Oznacza to, że na przykład w przypadku USB 3.1 można osiągnąć pełną prędkość, tzn. 10 Gb/s, nawet korzystając ze standardowego kabla USB 3. Podobnie kable USB typu C mogą być medium dla innych specyfikacji, na przykład USB 2.0.

Złącze naprawdę uniwersalne

Wygodę użytkowania nowej wtyczki zapewnia przede wszystkim dowolność sposobu jej wkładania do gniazda. Oba końce kabla wyglądają bowiem identycznie i mogą zamiennie spełniać swoje funkcje. Oprócz tego złącze można wkładać do gniazda dowolną stroną.

Unika się dzięki temu nerwowego przekręcania wtyczki i pasowania końcówek kabla do gniazda. Pozwala to skrócić czas podłączania, na przykład urządzeń peryferyjnych do komputera. Dzięki temu powinna się również znacząco wydłużyć trwałość gniazd i wtyczek, nawet kilkakrotnie w porównaniu z gniazdami i wtyczkami USB typu A (złącze typu C zgodne ze standardem musi wytrzymać przynajmniej 10 tysięcy cykli podłączania).

Za główny składnik potencjału interfejsu USB-C/USB 3.1 uważa się jego uniwersalność. Cechę tę zapewnią dwie specyfikacje: Alternate Mode oraz Power Delivery (PD). Przewiduje się, że ich implementacja będzie przełomowa dla przyszłej roli złączy USB.

Dzięki tej pierwszej przez USB będzie można bowiem przesyłać dane audio i wideo, do transmisji których wcześniej wykorzystywano m.in. złącza DisplayPort, HDMI, Mobile High- Definition Link albo Thunderbolt. W Power Delivery z kolei przewidziano kilka profili ładowania urządzeń.

Umożliwią one pobór mocy w przedziale od 10 aż do 100 W. Druga z tych wartości wystarczy już do naładowania nie tylko drobnej elektroniki, ale także laptopa.

USB typu C - popularny rekordowo szybko

Wobec takich możliwości nie dziwi więc, że snute są plany o niedalekiej przyszłości, w której z komputerów i laptopów mogą zniknąć nie tylko gniazda starszych wersji USB, ale i oddzielne wejścia do podłączania ładowarek (razem z ładowarkami), monitorów (DisplayPort, HDMI) i urządzeń audio. Od lat bowiem oczekiwano na przełom w tym zakresie, jak dotychczas bez rezultatu. USB typu C jest dzięki temu najszybciej popularyzującym się standardem w całej dotychczasowej historii USB.

Przeważnie mija bowiem kilka lat, zanim nowy standard zyska powszechne uznanie. Ograniczenie czasowe dotyczy zwłaszcza rozwiązań radykalnie różniących się od tych, do których użytkownicy zdążyli się już przyzwyczaić. W wypadku USB-C/USB 3.1 jednak, oprócz cech wyróżniających go na plus na tle wcześniejszych specyfikacji, szybkiemu upowszechnianiu się sprzyja chęć producentów do montowania takich złączy w popularnych urządzeniach.

Na przykład już w zaledwie rok od opracowania standardu USB typu C z gniazd tych można było korzystać w najnowszych notebokach firm Apple (MacBook) i Google (Chromebook Pixel) oraz tabletach firmy Nokia. Takie działania podejmowane przez liderów rynku elektroniki użytkowej zachęcają kolejnych producentów do pójścia w ich ślady. Skłaniają do tego również i inne czynniki.

Dlaczego warto zamontować gniazdo USB-C?

Przykładowym powodem jest chęć wyróżnienia się na tle konkurencji, dopóki jeszcze złącze to nie jest montowane powszechnie. Łatwo jest też przekonać (a raczej skusić) potencjalnych klientów o zaletach nowego rozwiązania - w przypadku interfejsu USB typu C wystarczającą zachętą jest już zapewnienie o większej wygodzie użytkowania nowych wtyczek w porównaniu ze starszymi złączami. Zastąpienie starszego rozwiązania najnowszym, lepszym, jest zaś wystarczającym argumentem dla podwyższenia ceny produktu.

Dzięki temu, że interfejs USB-C/USB 3.1 pod względem funkcjonalności zastępuje kilka innych, zmniejsza się liczba złączy, które trzeba zamontować w urządzeniu. To z kolei ma wpływ na ostateczny koszt jego produkcji. Ważne również, że USB-C/USB 3.1 jest wstecznie kompatybilny z poprzednimi wersjami USB (kompatybilność fizyczną zapewniają odpowiednie adaptery). To natomiast może przekonać klientów, którzy sceptycznie podchodzą do nowinek technicznych.

Równoczesna implementacja pełnej funkcjonalności interfejsu USB-C/ USB3.1, włącznie z USB Power Delivery oraz Alternate Mode, jest jednak zadaniem skomplikowanym.

Pomoc dla projektantów

Wynika to z różnorodności możliwości realizacji tego zadania. Konstruktor musi m.in. zdecydować, czy rozdzielić warstwę fizyczną USB 3.0/3.1 od warstwy fizycznej na przykład DisplayPort i czy w celu implementacji specyfikacji Power Delivery lepiej użyć dodatkowego układu, czy wprowadzić zmiany w PM (Power Management) IC. Kolejnym dylematem jest decyzja o tym, czy wykorzystać układ SoC, czy mikrokontroler z firmwarem.

Wychodząc naprzeciw rozterkom konstruktorów, twórcy standardu zrzeszeni w organizacji USB-IF udostępnili zbiór pomocnych dokumentów. Można je znaleźć na stronie internetowej pod adresem www.usb.org/developers/ docs/. Zamieszczono tam m.in. następujące opracowania: Universal Serial Bus Type-C Cable and Connector Specification, Universal Serial Bus Power Delivery Specification oraz Universal Serial Bus Type-CTM Port Controller Interface Specification.

Monika Jaworowska