17.04.2016      147618      369
 

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: 369 комментариев
  1. Миахил:

    Кошмар, как же изуродовали интерфейс USB. Видимо стараются сделать его совсем универсальным….

    Ответить
  2. Роман:

    Помогите решить проблему: имеется телефон samsung galaxy a40 и USB ЦАП с усилителем для наушников Xduoo XD-05 plus, у обоих type-c. Комплектный провод type-c to type-c работает без нареканий, но он слишком короткий и не очень качественный, долго не проживет, я с али уже заказал штук 5 разных проводов (с заявкой otg в том числе), но ни один из них не соединяет устройства, хоть в каком порядке их соединяй. В качестве альтернативы получилось соединить таким образом: OTG переходник в телефон и к нему обычный провод type-a to type-c (работает только если otg переходник воткнут в телефон, если развернуть провод и воткнуть переходник в ЦАП, то линка нет). Подскажите в чем может быть проблема, можно ли как то переделать имеющиеся провода или изготовить самому?

    Ответить
    1. Rones:

      Даже не знаю. Как я понял, штатный шнур можно подключать в любом направлении, и всё будет работать. Значит в шнуре никаких согласующих резисторов не впаяно.

      В штекере шнура на одной из сторон могут отсутствовать два средних контакта (на фото ▼ помечено красным). Возможно, нужно перевернуть штекер на 180°, хотя на самом деле такая «щербина» в контактах не должна влиять на работу шнура.

      Может быть попались некачественные кабели — без оплётки, с тонкими проводами или не распаяны контакты CC. Хотя 5 некачественных шнуров подряд, это странно.

      Я бы остановился на варианте Type-C—OTG + USB2.0—Type-C. Решение не самое красивое, но работает.

      Ответить
  3. Иванов Кирилл:

    Благодарю за полезную статью! В своем переходнике type-C to microUSB, поддерживающем OTG, я увидел немного другую схему, где пин id вообще не разведен. Особенность такого переходника в том, что играет роль очередность подключения устройств. Чтобы телефон заряжался через переходник, вначале нужно провод с переходником подключить к зарядному устройству, а затем переходник подключить к телефону. По этой схеме я переделал обычный провод usb_to_typeC в провод поддерживающий OTG (возможность зарядки он по прежнему сохранил).

    Ответить
    1. Rones:

      Это очень интересно! Большое спасибо, что поделились информацией.
      • Я хочу уточнить, правильно ли понял вас. В вашем переходнике подключены одновременно оба резистора, и свою роль устройство с гнездом Type-C определяет по наличию или отсутствию напряжения на контакте V. Если напряжение есть, то смартфон заряжается, а если нет, то входит в режим OTG и подаёт напряжение сам. Всё правильно?
      • Расскажите о переделке обычного провода. Какой разъём USB 2.0 у него был — обычный или micro, папа или мама? Пришлось ли его менять при переделке?
      • Прошу сообщить модель вашего переходника или дать ссылку на этот товар. И с каким устройством такие переходники работают (модель)? Я хотел бы добавить ваш материал в статью.

      Ответить
      1. Иванов Кирилл:

        1) Да, в переходнике установлены оба резистора, но на разных контактах — это важно. Я пробовал подключать оба резистора к одному — на фотографии это видно. Если подключить только переходник, либо переходник с проводом без зарядки, телефон переходит в режим OTG и подает питание на контакт V. Верно.
        2)Провод был typeC-male to USB2.0-male, кабель на 4 проводника. Менять ничего не пришлось, только добавить резистор.
        3)Переходник внешне выглядит точно так, как и по ссылке в вашей статье. Мне он достался из местных магазинов, так что ссылки на него у меня нет.

        Все это я тестировал только на galaxy s8.
        Такой провод мне необходим для подключения usb-хаба к телефону тем же проводом, что и провод для зарядки, чтобы в дорогу брать с собой минимальное количество проводов. Хаб входным портом имеет обычный usb female.

        Ответить
        1. Rones:

          Ещё раз спасибо за ответ! Вы очень помогли и сайту и его читателям.

          Ответить
        2. Rones:

          Добавил ваш материал в статью — http://rones.su/techno/usb-type-c-anatomy.html
          У меня осталась пара вопросов.
          1. Не возникает ли проблем, если сперва подключить переходник к смартфону, а уже потом к ЗУ? Ведь если подключать в таком порядке, смартфон сам выдаст напряжение, а потом получит зарядное напряжение от ЗУ.
          2. А что это за странный хаб, у которого вход выполнен в виде USB-A female? Фактически у всех хабов это USB-A male, то есть хвост с папой. В вашем же случае для подключения хаба к ПК требуется шнур папа-папа, а такие шнуры — большая редкость.

          Ответить
          1. Иванов Кирилл:

            1. Если подключить переходник вначале к телефону, а затем к ЗУ, телефон не начинает зарядку, даже если выбрать соответствующий пункт в меню. Чтобы зарядка пошла в этом случае — нужно выдернуть и снова вставить провод в телефон.
            2. Хаб тоже подвергся переделке. Цель была — уменьшить количество различных проводов и переходников в дорогу, подключая хаб тем же проводом, который я использую для зарядки телефона. Для меня было сюрпризом, что обычный typeC шнур зарядки не может работать как OTG, хотя при этом шнур microUSB, подключенный через переходник typeC-to-microUSB, поддерживает OTG. Я решил выяснить в чем дело. Оказалось, что у моего покупного переходника важна последовательность подключения устройств, и там стоят два резистора. Я допаял резистор в разъем сразу на нужном кабеле, и он тоже стал поддерживать OTG, о чем я и решил тут поделиться. Решение не идеальное, но имеет место быть.

            Ответить
            1. Rones:

              Благодарю!

              Ответить
  4. Евгений:

    Здравствуйте. Интересует как подключить к смартфону с разъёмом type-c одновременно hub и зарядку. И желательно чтобы телефон не ругался на медленную зарядку. Заранее спасибо

    Ответить
    1. Rones:

      Ищите USB концентратор с функцией зарядки. Или док-станцию с функцией концентратора (хаба).

      Ответить
  5. Сергей:

    Добрый день! Пытаюсь сделать шнур для питания MacBook AIR 2011 (MagSafe1) от блока питания с Type-C Выходом. На Magsafe всего два провода .. Я их подсоединяю к + — от type C но питание не идёт. На выходе 0 вольт. Подскажите где капать) заранее спасибо за ответ и за щедрый пост )

    Ответить
    1. Rones:

      Чтоб питание пошло, нужно замкнуть резистором контакты CC и Gnd. Вот схема — http://rones.su/wp-content/uploads/USB_type-C_passive.png

      Ответить
      1. Сергей:

        Огромное спасибо!

        Ответить
  6. Дмитрий:

    К сожалению ни один hub не подходит, не могу найти подходящего (статью видел, читал). Нужен 1 usb-с male (в ноутбук) на 1 usb-с female charger (зарядка) и 1 usb-c female displayport alt-mode (монитор). У меня имеется родной apple hub на 1 usb-с male (в ноутбук) на 1 usb-с female charger (зарядка), 1 hdmi female, 1 usb data female (для флешек и тд.), вроде как мне надо hdmi и usb перепаять на usb-c. Разве нет?

    Ответить
  7. Дмитрий:

    Добрый день! Являюсь счастливым обладателем macbook 12′ 2017 года с единственным usb-с на корпусе, через который я могу подключать ЛИБО питание для ноутбука, ЛИБО внешний монитор по usb-c с поддержкой displayport alt-mode. Пытаюсь, пока безуспешно, найти разветвитель 2 female usb-с (один вход — родная зарядка, второй вход — usb-c displayport alt-mode) в 1 male usb-c втыкаемый в macbook. Я правильно понимаю, что такой разветвитель вполне реально спаять самому?

    Ответить
    1. Rones:

      Просто разветвитель тут не поможет, нужен хаб. Посмотрите этот обзор — https://it-here.ru/aksessuary/luchshie-usb-type-c-haby-razvetviteli-dlya-macbook/ — может быть что-то подойдёт.

      Ответить
      1. Дмитрий:

        К сожалению смотрел (читал даже именно эту статью). Нужен именно 1 usb-c на 2 usb-c. А почему не подойдет разветвитель?
        У меня имеется родной hub от apple, который имеет 1 male usb-c, 1 female usb-с charger, 1 female hdmi, 1 female usb 3.0 (для флешек и тд.), понятно, что там внутри есть свой контроллер. Это говорит, что usb-c female в ноутбуке точно может одновременно принимать и зарядку и передавать картинку на монитор.
        Получается мне надо hdmi и usb в хабе перепаять на usb-c. Или оно не сможет так работать?

        Ответить
        1. Rones:

          Разветвитель не сможет заставить один порт работать в двух разных режимах одновременно. Требуется устройство, способное из одного порта сделать два разных.
          HDMI нельзя превратить в USB 3.1.

          Ответить
          1. Дмитрий:

            Понял, спасибо! Жаль конечно =/

            Ответить
            1. Rones:

              Я бы на вашем месте обратился в техподдержку Apple. И пообщался бы на форумах с другими владельцами макбуков. Решение должно быть.

              Ответить

Ваш комментарий

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

Если нужно, добавьте картинку (только JPG)