USB typu C - kabel sygnałowy przyszłości

Fot. 1. Przykładowy wtyk i złącza USB-C

Nowa wersja złącza, typ C, stanowi znaczący krok naprzód w elektronice użytkowej dzięki o wiele mniejszym rozmiarom w porównaniu ze złączem USB typu A, przepustowości umożliwiającej przesyłanie sygnałów wideo o rozdzielczości HD (10 Gb/s) oraz możliwości zasilania laptopów (do 100 W).

Przewiduje się, że USB-C zastąpi kiedyś wszystkie złącza starszego typu we wszystkich rodzajach urządzeń, przez co stanie się połączeniem uniwersalnym. Obecnie dostępne są złącza oraz kable USB-C wiodących producentów, takich jak TE Connectivity i Molex, a RS oferuje własną serię produktów RS Pro.

Jedną z największych zalet złącza USB-C są jego małe wymiary, a w szczególności niewielka grubość. Złącze o grubości 2,4 mm jest tylko nieznacznie grubsze od micro-USB, ale znacznie cieńsze od stale używanego złącza USB typu A o grubości 4,5 mm. Pierwszym powszechnie używanym produktem, który w nie wyposażono, jest Apple MacBook 12".

Jego grubość maksymalna to zaledwie 13,1 mm i jest on wyposażony tylko w jedno złącze USB, które obsługuje wszystkie funkcje z wyjątkiem gniazda słuchawkowego 3,5 mm. Było to możliwe dzięki użyciu USB-C. Do innych urządzeń wykorzystujących tę technologię należą tablet N1 firmy Nokia oraz laptop Chromebook Pixel firmy Google.

Kolejną dużą zaletą USB-C jest łatwość użytkowania. Złącza są symetryczne i mogą być podłączane w dowolny sposób, co pozwala zaoszczędzić czas i zmniejsza ryzyko uszkodzenia wtyku lub gniazda poprzez próbę podłączenia na siłę nieprawidłowo ustawionej wtyczki. Kable również można podpinać w dowolny sposób, ponieważ na ich końcach znajdują się takie same wtyki.

Aby to umożliwić, w kablach USB-C znajduje się dodatkowy układ zapewniający odpowiednie przekierowanie zasilania i przesyłanych sygnałów. Jest on wyposażony w układ scalony pozwalający na wykrycie, czy kabel został podłączony do hosta, czy do urządzenia peryferyjnego.

Do innych często wymienianych zalet USB-C należy ich przepustowość i możliwość zasilania urządzeń. Jednak parametry te zależą nie tylko od działania samych złączy typu C, ale również od standardów obsługiwanych przez urządzenie.

Pod względem szybkości, USB-C umożliwiają przesyłanie sygnałów 10 Gb/s, co wystarcza do przesyłania filmów w wysokiej rozdzielczości, np. sygnałów DisplayPort 4K. Jest to cecha standardu USB 3.1, który zapewnia dwukrotnie większą szybkość niż USB 3.0, ale wymaga używania kabli i złączy typu C. Inaczej mówiąc, aby uzyskać oferowaną szybkość transmisji, należy używać zarówno standardu USB 3.1 w urządzeniu, jak i złącza typu C.

Oba rozwiązania mogą być także używane oddzielnie - urządzenie może być wyposażone w złącza C do zasilania, ale nie obsługiwać szybkiego przesyłania danych. Np. urządzenie używające standardu USB 3.0 i wyposażone w złącze C, podłączone przy użyciu kabla C, będzie miało przepustowość ograniczoną do 5 Gb/s, ponieważ jest to maksymalna szybkość transmisji danych w standardzie USB 3.0.

Pod względem zasilania elementy USB-C zostały zaprojektowane do przesyłania maksymalnej mocy 100 W, co wystarcza do ładowania laptopów i dużych urządzeń. Co może być nieco mylące, możliwości zasilania należą do nieco innego standardu o nazwie USB Power Delivery (USB PD), który jest niezależny od USB 3.1.

W przypadku używania urządzenia USB 3.1, które nie obsługuje standardu USB PD, użycie kabla typu C nie zapewni pełnego zasilania 100 W. Jeśli urządzenie jest zgodne ze standardem USB PD, wówczas kabel typu C umożliwia użycie jednego z pięciu profili zasilania: 10 W (5 V, 2 A), 18 W (12 V, 1,5 A), 36 W (12 V, 3 A), 60 W (20 V, 3 A) i 100 W (20 V, 5 A).

Należy także podkreślić, że te poziomy zasilania są zapewnione przy równoczesnej transmisji danych. Poprzednie generacje USB zapewniały znacznie niższe wartości, ale w przypadku używania kabli i złączy jedynie do zasilania (bez przesyłania danych) producenci mogli zapewnić odpowiednie zasilanie dla małych akumulatorów, np. w smartfonach.

Kwestie do rozważenia

Fot. 2. Struktura wewnętrzna kabla USB-C

W przypadku używania złączy USB-C należy uwzględnić pięć czynników. Po pierwsze, ze względu na ich bardzo małe rozmiary są one nieco mniej wytrzymałe od wtyków USB-A. USB-C są mają pusty otwór środkowy, podczas gdy w gniazdach w środkowym otworze znajduje się cienki występ.

Trwają dyskusje na temat, czy występy te wytrzymają częste lub siłowe podłączanie kabla do urządzenia. Prawdopodobnie z tego powodu w zastosowaniach innych niż konsumenckie, wymagających wytrzymałości, ale niewymagających tak niewielkich rozmiarów złącza, nadal będą używane złącza USB-A - mogą one obsługiwać standard USB 3.1.

Standard USB-C został opracowany tak, aby zapewnić kompatybilność ze starszymi typami złączy oraz starymi wersjami USB. Dostępna jest szeroka gama adapterów umożliwiających dostosowanie typu wtyku oraz zespołów kablowych z wtykami USB-C na jednym końcu i starszymi wtykami na drugim końcu.

Kolejną często omawianą kwestią jest autentyczność kabli. Od czasu wprowadzenia złączy USB-C producenci zalali rynek tanimi produktami, z których wiele nie ma certyfikatów i może nie spełniać wymagań technicznych, w szczególności standardu USB PD. Ponieważ w kablach typu C wbudowane są układy scalone, istnieje możliwość wprowadzenia do sprzedaży produktów, które nie będą działały lub mogą nawet spowodować uszkodzenia.

Aby uniknąć takich sytuacji, klienci indywidualni oraz firmy powinni kupować wyłącznie certyfikowane kable. Wprowadzono specyfikację uwierzytelniania USB-C umożliwiającą 128-bitowe, kryptograficzne uwierzytelnianie ładowarek, urządzeń, kabli i zasilaczy USB-C.

Przed rozpoczęciem przesyłania danych lub zasilania systemy hostów będą mogły przy użyciu tego protokołu szybko sprawdzać, czy dany produkt jest zgodny ze standardem. Protokół uwierzytelniania może być również używany do zabezpieczania systemów poprzez umożliwienie podłączania do danego hosta jedynie upoważnionych urządzeń.

Intel ogłosił, że jego protokół Thunderbolt 3 zaprojektowany pod kątem przesyłania sygnałów wideo o dużej rozdzielczości z prędkością do 40 Gb/s będzie używał złącza USB-C. Poprzednie wersje Thunderbolta używały złączy Mini DisplayPort, dlatego ten krok jest odbierany jako podkreślenie znaczenia tej technologii.

Powinno to również zachęcić producentów urządzeń użytkowych do montowania złączy USB-C w ich komputerach, tabletach i smartfonach. Wydaje się oczywiste, że kable USB-C z czasem zastąpią nie tylko starsze kable USB, ale również kable zasilające urządzeń przenośnych oraz kable HDMI i inne kable używane do przesyłania sygnałów wideo o dużej rozdzielczości.

W efekcie złącza zasilania oraz przesyłania danych w urządzeniach użytkowych powinny dążyć do jednego standardu, a urządzenia będą wyposażone w tylko jeden port realizujący wszystkie funkcje. A jeden kabel będzie pasował do wszystkich urządzeń.

David Pike
RS Components
pl.rs-online.com