USB 3.1 Type-C. Коротко, ясно, детально

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 ▼

Кабели USB type-C

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

Схема дата-кабеля для подключения устройств с USB-C к порту USB 3.0 ▼

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 V_bus.
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 V_bus.

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 V_cc-CC получались каноничные 56 кОм. Но спецификация не требует такой точности. Номинал сопротивления V_cc-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 V_bus. 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 V_bus 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 ▼

Если материал оказался полезным для вас…

…вы можете нас отблагодарить! Авторам сайта будет очень приятно!

---