17.04.2016      173964      414
 

USB 3.1 Type-C. Коротко, ясно, детально

• назначение контактов
• распиновка
• питание и заряд
• схемы переходников


Достоинства порта USB 3.1:
★ быстрый
★ мощный
★ универсальный

Достоинства разъёма Type-C:
★ долговечный
★ симметричный
Теперь гарантированно можно подключить USB кабель к устройству с первого раза.

⚠ Следует различать понятия «порт» и «разъём». Разъём (гнездо) Type-C можно припаять хоть к старому телефону (вместо micro-USB), но порт так и останется старым USB 2.0 — скорости заряда и передачи данных это не прибавит. Из удобств появится лишь симметричность и надёжность разъёма.

⚠ Таким образом наличие Type-C ещё ни о чём не говорит. Продаются модели смартфонов с новым разъёмом, но со старым портом. Перечисленные в этой статье достоинства к таким смартфонам не относятся.

Назначение контактов

Контакты разъёмов на схемах показаны с внешней (рабочей) стороны, если обратное не оговаривается особо.

Скачать спецификацию USB type-C в PDF (En)

Порт содержит 24 контакта (12 контактов на каждой стороне). «Верхняя» линейка нумеруется A1…A12, «нижняя» — B1…B12. По большей части линейки идентичны друг другу, что и делает этот порт равнодушным к ориентации штекера. Контакты каждой линейки можно разбить на 6 групп: USB 2.0, USB 3.1, Питание, Земля, Согласующий канал и Дополнительный канал. А теперь рассмотрим подробнее.

Собственно, USB 3.1. Линии высокоскоростной передачи данных: TX+, TX-, RX+, RX- (контакты 2, 3, 10, 11). Скорость до 10 Гб/с. В кабеле эти пары перекроссированы, и что для одного устройства является RX, другому представляется как TX. И наоборот. По особому распоряжению эти пары могут переквалифицироваться под другие задачи, например — под передачу видео.

Старый добрый USB 2.0. Линии низкоскоростной передачи данных: D+/D- (контакты 6, 7). Этот раритет включили в порт ради совместимости со старыми тихоходными устройствами до 480 Мб/с.

Плюс питания — Vbus (контакты 4, 9). Стандартное напряжение 5 вольт. Ток выставляется в  зависимости от потребностей периферии: 0,5А; 0,9А; 1,5А; 3А. Вообще, спецификация порта подразумевает передаваемую мощность до 100Вт, и «в случае войны» порт способен питать монитор или заряжать ноутбук напряжением 20 вольт!

GND — «Земля»-матушка (контакты 1, 12). Минус всего и вся.

Согласующий канал (или конфигурирующий) — СС (контакт 5). Это главная фишка USB type-C! Благодаря этому каналу система может определить:

— Факт подключения/отключения периферийного устройства;
— Ориентацию подключенного штекера. Как это ни странно, но разъём не абсолютно симметричен, и в некоторых случаях устройству хочется знать его ориентацию;
— Ток и напряжение, которое следует предоставить периферии для питания или заряда;
— Необходимость работы в альтернативном режиме, например, для передачи аудио-видео потока.
— Кроме функций мониторинга этот канал в случае необходимости подаёт питание на активный кабель.

Дополнительный канал — SBU (контакт 8). Дополнительный канал обычно не используется и предусмотрен лишь для некоторых экзотических случаев. Например, при передаче по кабелю видео, по SBU идёт аудиоканал.

Распиновка USB 3.1 Type-C

«Полосатым цветом» здесь изображены контакты неизолированного провода.

Странным решением было отмаркировать провода D+ и D- не как в USB 2.0, а наоборот: D+ белый, D- зелёный.

Серой обводкой помечены провода, чей цвет по словам Википедии не регламентирован стандартом. Автор вообще не нашёл каких-либо указаний на цвета проводов в официальной документации.

Распайка коннекторов Type-C ▼

Схема типового кабеля USB-C «вилка-вилка»▼


Технология питания/заряда USB PD Rev.2 (USB Power Delivery)

У кабеля USB-C нет таких понятий как «коннектор-A» или «коннектор-B» — коннекторы теперь во всех случаях одинаковы.

Роли устройства обозначены новыми терминами:

DFP — активное, питающее устройство (как бы порт USB-A)
UFP — пассивное, приёмное устройство (как бы порт USB-B)
DRP — «двуличное», динамически изменяющее свой статус устройство.
Кроме того, заряжающее устройство называется Power Provider, заряжаемое — Power Consumer.

Распределение ролей осуществляется установкой на контакте CC определённого потенциала с помощью того или иного резистора:

▶Активное устройство (DFP) определяется по резистору между контактами CC и Vbus.
Номинал резистора сообщает потребителю, на какой ток он может рассчитывать:
56±20% кОм — 500 или 900 мА
22±5% кОм — 1,5 А
10±5% кОм — 3 А

▲ Переходники с USB 2.0 (3.0) на USB-C, служащие для подключения новых смартфонов к старым ПК или ЗУ распаяны по схеме DFP, то есть, показывают себя смартфону как активное устройство

 

▶Пассивное устройство (UFP) определяется по резистору между контактами CC и GND.
Номинал резистора: 5,1 кОм

Переходники с USB-C на USB-OTG распаяны именно по схеме UFP, то есть, имитируют потребляющее устройство.

 

⚠ Технологию USB PD Rev2 в которой по контакту CC согласуются ток и напряжение заряда не следует путать с технологией Quick Charge (QC), где по контактам D− и D+ согласуется только напряжение заряда. USB PD Rev2 поддерживается только в USB 3.1.
QC поддерживается без привязки к версии порта.

Переходник USB-micro—USB-C

Переходник micro-USB 2.0 на USB type-C служит для подключения гаджета с гнездом Type-C к стандартному дата-кабелю USB 2.0 для заряда и синхронизации с ПК. В переходнике установлен резистор 56 кОм между контактами CC и Vbus.

Этот резистор как бы говорит смартфону: «К тебе подключили активное устройство − заряжайся. Больше 0,9 ампер не дам».

То есть, даже от мощного зарядного устройства (скажем, на 3 ампера)  через такой переходник мы не возьмём больше 0,9 ампер. Чтобы смартфон не стеснялся и взял 3 ампера, нужно заменить резистор на 10 кОм ▼

Внешний вид платы ▼

Универсальный переходник USB-micro—USB-C с поддержкой OTG

Наш читатель Сергей выслал схему универсального переходника micro-USB-BF to USB type-C (Тип 51125 Z22) − через него можно подключить как Data-кабель так и OTG-кабель USB 2.0. В зависимости от кабеля смартфон либо заряжается, либо работает с периферией.

В идеале вместо 55 кОм стоило бы использовать 51 (как в аналогичном переходнике от Huawei), чтобы в цепи Vcc-CC получались каноничные 56 кОм. Но спецификация не требует такой точности. Номинал сопротивления Vcc-CC допускается в диапазоне 45…67 кОм.


Внешний вид платы ▼

Вариант универсального переходника

Наш читатель Кирилл поделился схемой занятного переходника, подобного предыдущему▲. Ключевое отличие — в гнезде micro-USB не задействован контакт ID (№5), и оба резистора (и DFP, и UFP) подключены постоянно.

Устройство, к которому подключен этот переходник через Type-C, определяет свою роль  по наличию или отсутствию напряжения на контакте Vbus. Если сперва подключить к переходнику зарядное устройство через гнездо micro-USB, а потом подключить переходник к смартфону, то порт смартфона обнаружит напряжение заряда и переведёт смартфон в режим потребления. Если же просто подключить переходник, то смартфон входит в режим OTG и подаёт напряжение сам.
Переходник испытывался на смартфоне Samsung Galaxy S8.

Переходник USB-C—USB-AF

Чтобы подключить USB-периферию к устройству с портом USB-C, в переходнике необходим резистор 5,1 кОм между контактами CC и GND.
Этот резистор сообщает смартфону: «К тебе подключено пассивное устройство. Подай питание».

Рассмотрим схему переходника OTG type-C на примере Type-C USB 3.1 To USB 3.0 OTG Adapter. Это переходник для подключения периферии USB 3.0 (2.0) к ПК или к смартфону Type-C.
Цвета проводов Data, TX и RX в этой модели несколько отличаются от каноничных, прошу обратить на это внимание! ▼

Ещё одна важная деталь — во всех переходниках типа USBtype-C—type-C или USBtype-C—USB3.0 (не обязательно OTG!) между контактами Vbus и Gnd необходим конденсатор для защиты контактов разъёма от искр при подключении. Например, для переходников на USB 3.0 требуется номинал конденсатора — 10нФ±20%×30В. Переходники на USB 3.1 требуют конденсатор большей ёмкости, а переходники на USB 2.0 не требуют конденсатора вовсе. Подробнее читайте в англоязычной статье «VBUS Bypass Capacitor».

Распайка платы переходника Type-C to USB 3.0 OTG с разных сторон ▼


Аналоговый звук через Type-C

Стандартом предусмотрена возможность передачи аналогового звука через цифровой порт. Эта возможность реализована в смартфонах HTC серии U, HTC 10 Evo, Xiaomi Mi, LeTV. Автор будет признателен, если читатель пополнит этот список.

Режим называется «Audio Adapter Accessory Mode». За подробностями обращайтесь к статье «Аналоговый звук через USB-C».

Для работы в этом режиме служат аналоговые гарнитуры с вилкой Type-C. Для подключения классической гарнитуры со штекером «джек» предусмотрены переходники.

Переходник для наушников и одновременной зарядки на GearBest ▶

Аналоговый звук передаётся по каналам Data−, Data+, SBU1 и SBU2. Смартфон переходит в этот режим, если в вилке гарнитуры или переходника между контактами A1—A5 и B1—B5 установлено сопротивление менее 0,8…1,2 кОм. Вместо резистора доводилось видеть просто перемычку.

Видео через USB-C

Для передачи видео через USB 3.1 разработан режим «DisplayPort Alternate Mode».
См. перечень устройств, поддерживающих этот режим.
В режиме «Display Port» назначение контактов порта меняется — две пары TX2/RX2 превращаются в видеоканал, а звуком занимается SBU1/2 ▼


Обсуждение: 414 комментариев
  1. Алексей:

    Здравствуйте. Я не очень понимаю, как сделать 5 ампер, но это мне надо для быстрой зарядки Nintendo Switch. Как это сделать?

    Ответить
    1. Rones:

      Увы, я этого тоже не понимаю.

      Ответить
      1. Алексей:

        Может, просто на 3 Ампера, и он сам возмёт 5 ампер, как это было с Micro USB B?

        Ответить
        1. Rones:

          Я не в курсе.

          Ответить
  2. Валерий:

    а можно на устройство (телефон с 10Ач батареей, минипк chuwi larkbox), которое точно поддерживает заряд от 12в подать эти 12в от акб напрямую двумя проводками без согласований? интересует запитка таких устройств от свинцовой батареи в условиях отсутствия 220в

    Ответить
    1. Rones:

      Я не советую применять заряд батареи без регулировки тока.

      Ответить
      1. Валерий:

        ток потребления ведь определяется нагрузкой, мы лишь предоставляем напряжение. телефон или мини ПК берут сколько им надо сами. мне интересно по электрической части не сгорит ли чего. впрочем есть один полудохлик смартфон, на нем попробую

        Ответить
        1. Rones:

          Нагрузка не всегда настолько умна, чтобы ограничивать ток потребления до безопасного для себя значения. К примеру, светодиод сгорит, если подать на него напряжение без токоограничительного резистора.

          Ответить

Ваш комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Если нужно, добавьте картинку (только JPG)