Пользователям мобильных устройств в 2000-х пришлось нелегко – они были вынуждены мириться с так называемой проприетарностью . Телефоны каждого из производителей оснащались уникальными разъёмами для зарядки – как следствие, ЗУ, например, для Nokia не работало с телефоном Motorola . Доходило и до абсурда – когда для двух телефонов одного производителя (финского) приходилось искать различные зарядные устройства. Недовольство пользователей оказалось настолько сильным, что вмешаться был вынужден Европарламент.

Сейчас ситуация в корне иная: практически все производители смартфонов оснащают свои гаджеты портами под зарядные устройства одного типа . Пользователю больше не приходится покупать новое ЗУ «в довесок» к телефону.

Кабели USB можно применять не только для передачи данных с ПК на гаджет, но и для зарядки мобильного устройства. Смартфоны способны пополнять «запасы» аккумулятора как от розетки, так и от компьютера, однако во втором случае зарядка займёт существенно больше времени. Традиционный кабель USB для смартфона с Android или с Windows Phone выглядит следующим образом:

На одном из его концов присутствует стандартный штекер USB 2.0 Type-A :

Этот штекер вставляется в USB-порт на компьютере или ноутбуке.

На втором конце провода – штекер microUSB .

Он, соответственно, вставляется в разъём микро-USB на мобильном устройстве.

Именно micro-USB 2.0 является сейчас унифицированным разъёмом: встретить его можно на смартфонах и планшетах почти всех производителей мобильной техники (за исключением Apple). Соглашение о стандартизации интерфейсов было подписано в 2011 году представителями 13-и компаний, лидирующих на мобильном рынке.

На Micro-USB выбор пал по ряду причин:

• Разъём компактен . Его физические размеры составляют всего лишь 2×7 миллиметров – это примерно в 4 раза меньше, чем у USB 2.0 Type-A .
• Штекер прочен – особенно если сравнивать с тонкой зарядкой Nokia.
• Разъём способен обеспечивать высокую скорость передачи данных. Теоретически скорость передачи через Micro-USB при использовании стандарта 2.0 может достигать 480 Мбит/сек. Фактическая скорость гораздо ниже (10-12 Мбит/сек в режиме Full Speed ), однако пользователям это редко доставляет неудобства.
• Разъём поддерживает функцию OTG . Подробнее о том, какие преимущества это даёт, расскажем позже.

Конкуренцию micro-USB в борьбе за роль стандартного разъёма мог навязать Mini-USB . Мини-штекер выглядит так:

Этот вид USB-разъёма не подошёл в качестве стандартного, и вот почему:

• Разъём больше по размерам – пусть и ненамного. Величина его – 3×7 миллиметров.
• Разъём достаточно хрупкий – из-за отсутствия жёстких креплений он очень быстро расшатывается. Вследствие этого передача данных через кабель становится для пользователя настоящим мучением.

В 2000-х разъём вида mini-USB можно было встретить на смартфонах производителей «второго сорта» — скажем, Philips и Alcatel . Сейчас мобильных гаджетов с мини-разъёмом на рынке не найдёшь.

Помимо тех USB-разъёмов, о которых мы упомянули (Micro-USB, Mini-USB, USB Type-A), есть и другие. Например, micro-USB стандарта 3.0 может использоваться для подключения к ПК жёстких дисков, а USB Type-B (квадратной формы) – для музыкальных инструментов (в частности, MIDI-клавиатуры). К мобильной технике эти разъёмы не имеют прямого отношения (если не считать Galaxy Note 3 c USB 3.0), поэтому более подробно мы о них рассказывать не будем.

Какими бывают USB-кабели для смартфонов?

Благодаря неистощимой фантазии китайских рукодельцев пользователи мобильной техники могут купить кабели совершенно разных формаций. Например, в эпоху проприетарности невероятной популярностью пользовался такой вот «монстр»:

Да, эта зарядка подходила ко всем основным разъёмам!

Подобные «мультитулы» и сейчас есть в продаже, однако штекеров у них поубавилось. Вот зарядка 4-в-1 , которую можно заказать на дешевле, чем за 200 рублей:

Эта зарядка оснащена всеми современными штекерами – Lightning, 30Pin (оба для iPhone), microUSB, USB 3.0. Однозначно, «must-have» для пользователя!

Есть и другие любопытные варианты. Вот кабель от OATSBASF для тех, кто терпеть не может кабели:

Этот кабель позволяет подзаряжать от компьютера два мобильных устройства одновременно (например, 5-ый Айфон и Android) и имеет очень соблазнительную цену – чуть более 100 рублей.

В отечественных магазинах и салонах пользователь, конечно же, не найдёт такого изобилия разнообразных кабелей, как на страницах каталогов GearBest и AliExpress . Кроме того, Data-оборудование в рознице стоит существенно дороже. По этим двум причинам пользователям рекомендуется заказывать USB-кабели именно из Китая.

Что такое стандарт OTG?

Наверняка многие видели такой кабель и задумывались, для чего он нужен:

Это кабель OTG ; на одном его конце — штекер micro-USB , на втором – разъём USB 2.0 , «мама». С помощью такого кабеля к смартфону или планшету можно подключить USB-флэшку, но только в том случае, если само мобильное устройство поддерживает стандарт OTG .

OTG (сокращение от On-The-Go ) – это функция, предназначенная для быстрого соединения 2-х USB-устройств друг с другом, без посредничества компьютера. Подключить по OTG можно не только флэшку (хотя это, конечно, самый распространённый случай), но также, например, и компьютерную мышку, клавиатуру, внешний жёсткий диск, игровой руль, джойстик. Получится даже подсоединить смартфон к принтеру или МФУ, чтобы распечатать снимок, сделанный на камеру гаджета.

Кабели OTG для iPhone уже тоже появились, однако загрузить на «яблочное» устройство (без джейлбрейка) с внешнего носителя получается только фото и видео – и то лишь тогда, когда корневые папки на флэшке и сами фотографии имеют «правильные» названия.

Полного перечня смартфонов, поддерживающих функцию OTG , нет – просто потому, что наличием этого стандарта способны похвастать почти все современные гаджеты и список был бы огромен. Тем не менее, покупателю, намеревающемуся подключать к девайсу мышь или флэшку, стоит осведомиться у консультанта салона-магазина о поддержке OTG до того, как отдавать деньги – «на всякий пожарный».

USB Type-C: в чём преимущества?

Переход с micro-USB на – это новый тренд рынка мобильной электроники! Производители активно осваивают технологию и оснащают свои флагманские модели усовершенствованными разъёмами для зарядки и передачи данных. USB Type-C долго ждал «в тени»: разъём был создан ещё в 2013 году, однако только в 2016-м лидеры рынка обратили на него внимание.

Выглядит USB Type-C так:

В чём же заключаются преимущества Type-C перед привычным всем micro-USB ?

• Высокая скорость передачи данных . Пропускная способность Type-C равняется 10 Гб/сек (!). Но это только пропускная способность : в действительности на такую скорость смогут рассчитывать лишь владельцы смартфонов со стандартом USB 3.1 – например, Nexus 6P и 5X . Если гаджет использует стандарт USB 3.0 , скорость окажется на отметке примерно в 5 Гб/сек; при USB 2.0 передача данных будет происходить существенно медленнее.
• Быстрая зарядка . Продолжительность процедуры зарядки смартфона зависит от потенциального количества Вт, которые поставляются разъёмом. USB стандарта 2.0 способно подавать всего 2.5 Вт – оттого зарядка и длится часы. Разъём USB Type-C обеспечивает 100 Вт – то есть в 40 раз (!) больше. Любопытно то, что передача тока может происходить в обе стороны – как к хосту, так и от него.
• Симметричность коннектора . Если у коннектора micro-USB есть верх и низ, то коннектор Type-C симметричен. Какой стороной его вставлять в разъём, значения не имеет. С этой точки зрения технология USB Type-C похожа на Lightning от Apple.

Достоинством Type-C является также небольшая величина разъёма – всего лишь 8.4×2.6 миллиметра. По этому критерию технологии micro-USB и USB Type-C схожи.

У USB Type-C есть и недостатки, один из которых более чем существенный. Из-за нерегулируемой работы коннектора зарядка запросто может «поджарить» мобильное устройство. Такая вероятность не является чисто теоретической – возгорания случались и на практике. Именно по этой причине распространение неоригинальных, «кустарных» кабелей и зарядок USB Type-C Type-C и принять решение об отказе от стандартного разъёма. При этом Рэйвенкрафт допускает, что, возможно, полного замещения USB-A не произойдёт никогда.

Редко бывает, что одна лишняя буква в названии стандарта грозит совершить революцию в мире интерфейсов передачи данных и гаджетов, но появление последней разновидности USB 3.1 Type-C похоже как раз тот случай. Что же нам обещает принести очередное обновление старого доброго USB интерфейса?

• Скорость передачи данных до 10 GBps
• Возможность запитывания от порта устройств с потребляемой мощностью вплоть до 100Вт
• Размеры коннектора сравнимые с micro-USB
• Симметричность разъёма - у него не существует верха и низа, а значит нет ключа, который часто приводит к повреждениям как самих разъёмов, так и подключаемых через них гаджетов
• С помощью данного интерфейса можно запитывать устройства с напряжением вплоть до 20 вольт
• Больше не существует разных типов коннекторов - А и В. На обоих концах кабеля стоят совершенно одинаковые разъёмы. Как данные так и питающее напряжение могут передаваться через один и тот же разъём в обоих направлениях. В зависимости от ситуации каждый разъём может выступать в роли ведущего или ведомого
• Нам обещают, что конструкция разъёма способна выдерживать до 10 000 подключений
• Возможно использование этого интерфейса для непосредственного подключения вместо некоторых других широко распространённых интерфейсов для быстрого обмена данными.
• Стандарт совместим сверху вниз как c обычным USB 3 интерфейсом, так и с его младшими братьями. Конечно не на прямую, но с помощью переходника через него возможно подключение скажем USB 2.0 диска

Электроника - наука о контактах

Коннектор USB Type-C немного крупнее привычного USB 2.0 Micro-B, однако заметно компактнее сдвоенного USB 3.0 Micro-B, не говоря уже о классическом USB Type-A.
Габариты разъема (8,34×2,56 мм) позволяют без особых сложностей использовать его для устройств любого класса, включая смартфоны и планшеты.

Сигнальные и силовые выводы размещены на пластиковой вставке пожалуй это самое слабое его место в центральной части разъёма. Контактная группа USB Type-C содержит 24 вывода. Напомню, что у USB 1.0/2.0 имелось всего 4 контакта, а разъемам USB 3.0 потребовалось уже 9 выводов.

Если внимательно присмотреться к рисунку слева, то видно, что контакты имеют разную длину. Это обеспечивает их замыкание в определённой последовательности. На рисунке в центре мы видим наличие защёлок, которые должны удерживать воткнутый кабель и обеспечивать тактильный щелчок в процессе соединения-рассоединения. На правом графике изображена зависимость усилия в процессе вставки-вынимания разъёма.

Пики, которые мы видим на нём - это моменты срабатывания защёлки.

Можно констатировать, что разработчики стандарта сделали если не всё, то почти всё, чтобы разъём стал максимально удобным и надёжным: он вставляется любым концом и любой стороной с ощутимым щелчком. По их мнению, он способен пережить эту процедуру более 10 тысяч раз.

Многоликий симметричный янус

По краям расположены выводы земли. Плюсовые контакты питания также расположены симметрично. В центре находятся контакты, отвечающие за совместимость с интерфейсом USB2 и младше. Им повезло больше всего - они дублируются и поэтому поворот на 180 градусов при соединении не страшен. Синим цветом помечены выводы, отвечающие за высокоскоростной обмен данными. Как мы видим тут всё хитрее. Если мы повернём разъём, то к примеру, выход TX1 поменяется местами с TX2, но одновременно и место входа RX1 займёт RX2.

Выводы Secondary Bus и USB Power Delivery Communication служебные и предназначены для общения между собой двух соединяемых устройств. Ведь им необходимо очень о многом друг другу рассказать, прежде чем начать обмен, но об этом позже.

А пока ещё об одной особенности. Порт USB Type-C изначально разрабатывался в качестве универсального решения. Помимо непосредственной передачи данных по USB, он может также использоваться в альтернативном режиме (Alternate Mode) для реализации сторонних интерфейсов. Такую гибкость USB Type-C использовала ассоциация VESA, внедрив возможность передачи видеопотока посредством DisplayPort Alt Mode.

USB Type-C располагает четырьмя высокоскоростными линиями (парами) Super Speed USB. Если две из них выделяются на нужды DisplayPort, этого достаточно для получения картинки с разрешением 3840×2160. При этом не страдает скорость передачи данных по USB. На пике это все те же 10 Гб/с (для USB 3.1 Gen2). Также передача видеопотока никак не влияет на энергетические способности порта. На нужды DisplayPort может быть выделено даже 4 скоростные линии. В этом случае будут доступны разрешения вплоть до 5120×2880. В таком режиме остаются не задействованы линии USB 2.0, потому USB Type-C все еще сможет параллельно передавать данные, хотя уже с ограниченной скоростью.

В альтернативном режиме для передачи аудиопотока используются контакты SBU1/SBU2, которые преобразуются в каналы AUX+/AUX-. Для протокола USB они не задействуются, потому здесь тоже никаких дополнительных функциональных потерь.

При использовании интерфейса DisplayPort, коннектор USB Type-C по-прежнему можно подключать любой стороной. Необходимое сигнальное согласование предусмотрено изначально.

Подключение устройств с помощью HDMI, DVI и даже D-Sub (VGA) также возможно, но для этого понадобятся отдельные переходники, однако это должны быть активные адаптеры, так как для DisplayPort Alt Mode, не поддерживается режим Dual-Mode Display Port (DP++).

Альтернативный режим USB Type-C может быть использован отнюдь не только для протокола DisplayPort. Возможно, вскоре мы узнаем о том, что данный порт научился, например, передавать данные с помощью PCI Express или Ethernet.

И этому дала, и тому дала. В общем… о питании.

Еще одна важная особенность, которую привносит USB Type-C – возможность передачи по нему энергии мощностью до 100 Вт. Этого хватит не только для питания/зарядки мобильных устройств, но и для работы ноутбуков, мониторов, а если пофантазировать, то и небольшого лабораторного источника питания.

При появлении шины USB, передача энергии была важной, но всё же второстепенной её функцией. Порт USB 1.0 обеспечивал всего 0,75 Вт (0,15 А, 5 В). Достаточно для работы мыши и клавиатуры, но не более того. Для USB 2.0 номинальная сила тока была увеличена до 0,5 А, что позволило получать от неё уже 2,5 Ватта для питания, например, внешних жестких дисков формата 2,5”. Для USB 3.0 номинально предусмотрена сила тока в 0,9 А, что при неизменном напряжении питания в 5В гарантирует мощность в 4,5 Вт. Специальные усиленные разъемы на материнских платах или ноутбуках способны были выдавать до 1,5 А для ускорения зарядки подключенных мобильных устройств, но и это “всего лишь” 7,5 Вт. На фоне этих цифр возможность передачи 100 Вт выглядит чем-то фантастическим.

Для того чтобы наполнить такой энергией порт USB Type-C служит поддержка спецификации USB Power Delivery 2.0 (USB PD). Если таковой нет, порт USB Type-C штатно сможет выдать на гора 7,5 Вт (1,5 А, 5 В) или 15 Вт (3А, 5 В) в зависимости от конфигурации. Для подробного описания этой спецификации в данной статье недостаточно места, да и всё равно я не сделаю это лучше, чем уважаемый в своей замечательной статье .

Однако, совсем обойти эту архиважную тему не получится.

Для того, чтобы обеспечить мощность в 100 ватт при напряжении пять вольт потребуется ток в 20 ампер! Такое при габаритах кабеля USB Type-C возможно пожалуй только если изготовить его из сверхпроводника! Боюсь, что сегодня это будет обходиться пользователям дороговато, поэтому разработчики стандарта пошли по другому пути. Они увеличили напряжение питания до 20 Вольт. “Позвольте, но ведь оно выжжет напрочь мой любимый планшет” - воскликните вы, и будете совершенно правы. Для того, чтобы не пасть жертвой разъярённых пользователей, инженеры задумали хитрый трюк - они ввели систему силовых профилей. Перед соединением любое устройство находится в стандартном режиме. Напряжение в нём ограничено пятью вольтами, а ток двумя амперами. Для соединения с устройствами старого типа этим режимом всё и закончится, а вот для более продвинутых случаев, после обмена данными, устройства переходят в другой согласованный режим работы с расширенными возможностями. Чтобы познакомиться с основными существующими режимами глянем на таблицу.

Профиль 1 гарантирует возможность передачи 10 Вт энергии, второй уже – 18 Вт, третий – 36 Вт, четвёртый целых – 60 Вт, ну а пятый нашу заветную сотню! Порт, соответствующий профилю более высокого уровня, поддерживает все состояния предыдущих по нисходящей. В качестве опорных напряжений выбраны 5В, 12В и 20В. Использование 5В необходимо для совместимости с огромным парком имеющейся USB-периферии. 12В – стандартное напряжение питания различных компонентов систем. 20В предложено с учетом того, что для зарядки аккумуляторов большинства ноутбуков используются внешние БП на 19–20В.

Пара слов о кабелях!

Для совмещения передачи энергии большой мощности и сигналом с гигабитным трафиком, производителям кабелей придётся серьёзно напрячься.

Полюбуйтесь, как выглядит подходящий для нашей задачи кабель в разрезе.

Кстати, об ограничениях на длину кабелей при использовании интерфейса USB 3.1. Для передачи данных без существенных потерь на скоростях до 10 Гб/c (Gen 2) длина кабеля c разъемами USB Type-C не должна превышать 1 метр, для соединения на скорости до 5 Гб/c (Gen 1) – 2 метра.

Схемотехники производителей материнских плат, докстанций и ноутбуков долго будут ломать голову, как сгенерировать мощность порядка сотни ватт, а трассировщики, как подвести её к разъёму USB Type-C.

Производители чипов на низком старте.

При этом размеры чипа HDC3SS460 3.5 на 5.5 мм и в режиме покоя он потребляет ток порядка 1 микроампера. В активном же режиме - меньше миллиампера. Существуют и более продвинутые решения, например чипы производства NXP поддерживают частоту обмена до 10 ГГц.

Стали появляться и менеджеры питания, совмещённые с цепями защиты сигнальных линий от статики, например вот такое изделие от NXP

Оно предназначено для корректной обработки момента подключения разъёма, а так же размыкания цепи питания в случае неполадок. Данный чип уже поддерживает напряжение на VBUS до 30 вольт, а вот с максимальным коммутируемым током всё много хуже - он не должен превышать 1 ампера, что и понятно, учитывая габариты - 1.4 на 1.7 мм!

Безусловным лидером в этой области выступила Cypress, которая выпустила специализированный микроконтроллер с ядром ARM Cortex M0 поддерживающий все пять возможных для стандарта профилей питания.

Типичная схема включения для использования в ноутбуке даёт о нём некоторое представление, а подробнее с ним можно будет ознакомиться скачав даташит.

В отличие от чипа NXP он ориентирован на управление внешними силовыми ключами и поэтому может обеспечить коммутацию требуемых токов и напряжений, не смотря на свои малые размеры.

Внимание, Важная особенность для тех кто уже торопится заказать первые образцы - микроконтроллер не имеет USB интерфейса и не является полным и законченным решением. Он может служить только в качестве менеджера питания. В данный момент открыт предзаказ на поставку образцов и демонстрационных плат. Судьба этого микроконтроллера видимо будет во многом зависеть от того, снабдит ли фирма - производитель разработчиков референсными библиотеками для его использования в разных режимах.

Тот факт, что уже для него уже создано несколько демокитов сильно повышает вероятность последнего.

Лифт в небеса или Вавилонская башня.

Итак сегодня полностью сложилась революционная ситуация. Верхи не могут, а низы не хотят жить по старому. Всем надоела неразбериха с огромным количеством кабелей, зарядных устройств, блоков питания и их низкая надёжность.

Новый стандарт породил невиданную активность. Флагманы электронной индустрии - Apple, Nokia, Asus готовят к выпуску свои первые гаджеты с поддержкой USB Type-C. Китайцы уже штампуют кабели и переходники. На подходе докстанции и хабы с поддержкой высокой нагрузки по мощности. Производители чипов разрабатывают новые микросхемы и думают как бы запихнуть драйвер нового порта в микроконтроллер. Маркетологи решают куда воткнуть новый разъём, а инженеры чешут репу пытаясь реализовать многопрофильные устройства из уже имеющихся электронных компонентов.

Пока не ясно только одно. Что мы получим в результате? Удобный и надёжный разъём, который заменит львиную долю интерфейсов и найдёт повседневное применение, или вавилонское столпотворение, ведь ситуация может начать развиваться по не самому благоприятному сценарию:

Пользователи могут окончательно запутаться в многочисленных спецификациях и кабелях, которые будут выглядеть с виду совершенно одинаково, но при этом будут сертифицированы только под определённые профили. Попробуй разберись с ходу со всеми этими маркировками.

Но даже если получится, то это вряд ли решит проблему - китайцы без зазрения совести легко поставят на любой шнур любой значок. А если надо, то до кучи на каждую сторону одного кабеля разные, их не смутит даже если они будут взаимоисключающими.

Рынок наводнится невероятным количеством переходников разного калибра и сомнительного качества.

Пытаясь подключить одно устройство к другому никогда в результате не будешь знать к какому результату этот процесс приведёт и из-за чего коннект либо вовсе отсутствует, либо всё жутко глючит. То ли один из гаджетов не поддерживает нужный профиль, то ли поддерживает но не слишком корректно, то ли вместо качественного кабеля попалась его грубая китайской подделка. А что прикажете делать, если вдруг на вашем ноутбуке выйдет из строя единственный оставшийся на нём разъём?

До новых встреч.

P.S. Новый стандарт уже приводит к появлению весьма экзотических устройств. Так анонсирован кабель 100 метровой длины, который вроде бы никак не вписывается в стандарты. Вся фишка в том, что он активный. На обоих своих концах кабель имеет преобразователь сигналов USB3 интерфейса в оптический. Сигнал передаётся по оптике и на выходе конвертируется назад. Естественно он не передают энергию, а только данные. При этом каждый из преобразователей на его концах питается от разъёма к которому подключен.
Думаю, что в скором времени для подтверждения подлинности уважающие себя фирмы начнут вставлять в кабели активные метки. Проблема хабов породит невиданную активность у разработчиков и производителей DC-DC преобразователей. Как справедливо заметил уважаемый пользователь