Cum să simplificați conectivitatea folosind USB-C

Computerele personale, laptopurile și tabletele continuă să se micșoreze, lăsând puțin loc pentru conectorii de interfață și de alimentare. În același timp, ratele de transfer al datelor tot cresc și există un număr tot mai mare de standarde de interfață de date, audio și video, fiecare cu un conector de interfață specific. Cu toate acestea, utilizatorii continuă să ceară simplitate și flexibilitate. Soluția pentru aceste probleme este un conector fizic USB Type-C™ (USB-C).

Acest articol discută pe scurt cerințele moderne de conectivitate și modul în care acestea pot fi îndeplinite cu ajutorul USB-C. Include exemple de andocare USB-C, conectori și cabluri de la Tripp Lite by Eaton și arată cum pot fi acestea utilizate pentru simplificarea conectivității dispozitivelor.

Standarde USB

Standardul de interfață USB a început ca o magistrală periferică pentru elemente de interfață pentru computere, precum tastaturi, mouse-uri și memorii detașabile. De-a lungul anilor, s-a maturizat într-o serie de standarde și a devenit principala interfață pentru computere, periferice și telefoane. De asemenea, a adăugat opțiunea de alimentare (Power Delivery – PD) și a permis „tunelizarea” mai multor protocoale diferite, cum ar fi DisplayPort (DP), Ethernet și interfața multimedia de înaltă definiție (HDMI). Cea mai recentă versiune, USB4, suportă viteze de transfer al datelor de 40 gigabiți pe secundă (Gbps) și PD de până la 240 de wați (Rev. 3.1). Acesta păstrează compatibilitatea cu versiunile standard anterioare, cum ar fi USB 3.2 și USB 2.0.

Conectorii utilizați cu USB au evoluat de la conectorii originali USB-A și USB-B și variantele lor până la actualul conector USB-C. USB 3.2 Gen 2, care acceptă transferuri de date de până la 10 Gbps, a fost ultimul standard USB care a permis utilizarea vechilor conectori USB-A și USB-B. USB 3.2 Gen 2x2 suportă viteze de date de 20 Gbps și necesită un conector USB-C, la fel ca și USB4.

Conectorul USB-C

Conectorii fizici USB, cum ar fi USB-C, sunt diferiți de standardele de interfață USB, precum USB4. Conectorii USB alcătuiți din fișe și socluri sunt specificați separat de către USB Implementers Forum (USB-IF). Cu toate capacitățile lor de debit și de putere, conectorii USB-C sunt mici, doar puțin mai mari decât micro-conectorii USB-A, ceea ce îi face potriviți pentru dispozitivele de dimensiuni reduse.

Un conector USB-C utilizează 24 de pini aranjați astfel încât să se potrivească cu contactele corecte în ambele orientări, fiind, astfel, reversibil. Atribuirile schemelor de conectare a semnalului unui conector USB-C oferă informații despre funcțiile de alimentare, de date și de control ale standardului USB (Figura 1).

Figura 1: Se prezintă schemele de conectare pentru semnalul conectorului USB-C; contactele potrivite pot fi cuplate în ambele orientări, conectorul fiind, astfel, reversibil. (Sursa imaginii: Tripp Lite by Eaton)

USB PD este o specificație interactivă de alimentare ce permite dispozitivelor să negocieze sursa, consumatorul de energie (sarcină) și nivelul de alimentare furnizat prin intermediul pinilor VBUS și de masă. Există patru contacte de alimentare VBUS și patru mase de alimentare. Nivelurile maxime de putere sunt definite de standardul USB utilizat în dispozitive și sunt conforme cu specificația USB PD. În cadrul USB PD, contactele de alimentare între sursele de alimentare și dispozitivele de sarcină sunt negociate cu ajutorul liniilor de configurare a canalelor (CCx).

Liniile CCx sunt utilizate pentru a detecta orientarea conexiunii și configurația canalului. Acestea sunt, de asemenea, utilizate pentru controlul alimentării și semnalizarea cu USB PD. În cadrul USB PD, nivelul maxim de putere de 240 de wați este disponibil pe baza unei tensiuni de alimentare de 48 de volți la un nivel de curent de 5 amperi (A). Deși toate cablurile USB-C includ liniile CCx și sunt compatibile cu USB PD, este posibil ca acestea să nu accepte întreaga gamă de tensiuni și curenți specificați în USB PD. Utilizatorii trebuie să consulte fișa tehnică a cablului pentru nivelul de putere acceptat.

Liniile D+ și D- dedicate mențin compatibilitatea cu vechiul standard USB 2.0, care funcționează la o rată de transfer al datelor mai mică decât versiunile USB actuale.

Pinii evidențiați în albastru cuprind patru perechi de semnale diferențiale, formând două benzi de date care suportă SuperSpeed USB. Sunt acceptate viteze de date de 10 Gbps pentru USB 3.2 Gen 2x1, 20 Gbps pentru USB 3.2 Gen 2x2 și 40 Gbps pentru USB4 Gen 3x2.

Liniile de utilizare a benzii laterale (SBU1 și SBU2) sunt semnale auxiliare utilizate în modurile media alternative acceptate de specificația USB-C pentru a permite utilizarea multiplă a setului de conectori. Canalul AUX se ocupă de gestionarea legăturii și de controlul modului de testare. După stabilirea contactului de alimentare între dispozitive, USB PD poate iniția legături de date în mod alternativ (Alt Mode), cum ar fi DP. Acesta negociază dialogurile de confirmare în Alt Mode folosind mesaje definite de furnizor (VDM) prin intermediul legăturilor SBU. După negocierea DP Alt Mode, DP va proceda la formarea legăturii pentru a stabili conexiunea. Formarea legăturii PD optimizează legătura dintre o sursă și un consumator PD pentru a asigura o conexiune robustă pentru fluxul de date. DP Alt Mode permite cablurilor USB-C să gestioneze date USB, semnale de matrice grafică video (VGA), interfață vizuală digitală (DVI), HDMI și semnale video DP.

O opțiune pentru trimiterea protocoalelor alternative prin USB este tunelizarea de protocol. Tunelizarea de protocol creează un canal de date într-un protocol, care trimite date dintr-un alt protocol prin cablu. Cu ajutorul acestui mecanism, un tunel USB-C poate trimite date DP sau PCIe între dispozitive.

Cablurile USB-C

Cablurile USB-C oferă o gamă variată de lungimi, putere și viteze de transfer al datelor pentru a se conforma standardului USB utilizat. Tripp Lite by Eaton oferă aproape o sută de tipuri de cabluri USB-C pentru a furniza o gamă largă de funcții și opțiuni de extensie pentru dispozitivele care utilizează conectori USB-C.

Un bun exemplu este U520-31N, un cablu USB4 cu fișe la fiecare capăt. Acesta acceptă DP Alt Mode, oferind o rezoluție video 4K sau 8K la o rată de reîmprospătare de 60 Hertzi (Hz). U520-31N este, de asemenea, compatibil cu USB PD și poate suporta 5 A la 20 de volți pentru a furniza 100 de wați de putere. Cablul are o lungime de 0,7925 metri (m) (2,6 picioare (ft.)) și o rată maximă de transfer de 40 Gbps. Rețineți că rata maximă de transfer a cablurilor USB-C variază invers proporțional cu lungimea.

Pentru comparație, MTB3-01M5-5A-B (Figura 2) este un cablu compatibil cu USB 3.2 Gen 2x2, capabil să gestioneze viteze de transfer al datelor de 20 Gbps, care acceptă rezoluția video 4K la 60 Hz. La fel ca și cablul USB4, este compatibil cu USB PD și are aceeași putere nominală de 100 de wați. Acest cablu are o lungime de 1,5 m (5 ft), de unde rezultă o viteză maximă de transfer al datelor mai mică.

Figura 2: MTB3-01M5-5A-B este un cablu USB 3.2 Gen 2x2 care suportă viteze de transfer al datelor de până la 20 Gbps. (Sursa imaginii: Tripp Lite by Eaton)

Adaptoare USB-C

Adaptoarele se atașează la un port de intrare/ieșire (I/O) al unui computer și îi convertesc protocolul la un alt standard. De exemplu, Tripp Lite by Eaton U436-06N-GB-C este un adaptor de rețea USB-C la Gigabit care funcționează cu dispozitive care utilizează USB 3.0, USB 3.1 Gen 1 sau USB 3.2 Gen 1 cu viteze de transfer al datelor de până la 5 Gbps (Figura 3).

Figura 3: U436-06N-GB-C este un adaptor USB-C la Gigabit Ethernet cu un port de încărcare USB-C. (Sursa imaginii: Tripp Lite by Eaton)

Conectorul de intrare este o fișă USB-C, iar cel de ieșire este o mufă Ethernet RJ-45. De asemenea, adaptorul include o mufă USB-C care poate furniza până la 60 de wați (20 de volți la 3 A). Acest adaptor permite laptopurilor care au doar USB-C să utilizeze o conexiune Ethernet prin cablu dacă o conexiune wireless nu este disponibilă sau este prea lentă.

Având în vedere că standardul USB poate gestiona multe protocoale diferite, este normal să apară adaptoare pentru porturi multiple. Aceste adaptoare oferă adesea porturi de comunicații de date care nu mai sunt disponibile pe laptopurile mai mici.

Un bun exemplu este U444-06N-H4GUC2. Acest adaptor acceptă audio digital, video 4K la 60 Hz, USB PD și Gigabit Ethernet de la portul USB-C al unui computer (Figura 4).

Figura 4: Adaptorul pentru porturi multiple U444-06N-H4GUC2 adaugă la un computer un port HDMI, Ethernet, un port de încărcare USB-C și un port USB-A. (Sursa imaginii: Tripp Lite by Eaton)

Portul USB-A de pe U444-06N-H4GUC2 poate furniza 7,5 wați (5 volți la 1,5 A), în timp ce portul de încărcare USB-C furnizează 25 de wați (5 volți la 5 A).

Stațiile de andocare transformă laptopurile în stații de lucru

Stațiile de andocare extind conectivitatea unui laptop prin adăugarea mai multor porturi prin intermediul unui conector USB-C. În esență, acestea transformă un laptop într-o stație de lucru multifuncțională. De exemplu, Tripp Lite by Eaton U442-DOCK2-S USB-C adaugă porturi dedicate pentru HDMI, mini DP, VGA, Ethernet, memorie SD și microSD, USB-C Power Delivery și trei conectori USB-A (Figura 5). De asemenea, este inclusă o mufă pentru căști de 3,5 mm.

Figura 5: Stația de andocare U442-DOCK2-S USB-C crește numărul și tipurile de porturi disponibile de la un laptop, inclusiv cele audio, video, de memorie, USB și Ethernet. (Sursa imaginii: Tripp Lite by Eaton)

Porturile mini DP și HDMI suportă rezoluția 4K x 2K la 30 Hz, iar portul VGA suportă rezoluția 1080P la 60 Hz. Portul Ethernet RJ-45 suportă Ethernet 10/200/1000 megabiți pe secundă (Mbps). Cele trei porturi USB-A pot fi utilizate pentru periferice USB, cum ar fi o tastatură, un mouse, unități flash, o imprimantă sau un smartphone. Acestea furnizează o putere de până la 7,5 wați c.c. (5 volți la 1,5 A). Portul de încărcare USB-C bidirecțional poate suporta până la 60 de wați (20 de volți la 3 A).

Portul USB-C al laptopului permite această varietate de interfețe, utilizând capacitățile multi-protocol ale standardului USB.

Concluzie

Conectorii USB-C suportă debite de date de până la 40 Gbps, PD de până la 120 de wați și sunt reversibili. Pentru a vă ajuta să beneficiați pe deplin de capacitățile lor, Tripp Lite by Eaton oferă o mare varietate de soluții USB-C sub formă de cabluri, adaptoare și stații de andocare pentru a sprijini funcționalitatea și conectivitatea puternică de la un singur conector USB-C.