Одна из удивительных особенностей USB-C — его высокоскоростные возможности. Распиновка дает вам четыре высокоскоростных дифференциальных пары и несколько низкоскоростных дифференциальных пар, что позволяет передавать большие объемы данных через разъемы менее чем за десять центов. Не все устройства используют эту функцию и не должны этого делать — USB-C был разработан так, чтобы быть доступным для всех портативных устройств. Однако, когда вашему устройству требуется высокая скорость через USB-C, вы обнаружите, что USB-C может обеспечить вам эту высокую скорость и то, насколько хорошо он работает.
Возможность получить высокоскоростной интерфейс от USB-C называется Alternate Mode, или сокращенно Alternate Mode. Сегодня вы можете столкнуться с тремя альтернативами: USB3, DisplayPort и Thunderbolt, причем некоторые из них уже исчезают, например HDMI и VirtualLink, а некоторые находятся на подъеме, например USB4. Для большинства альтернативных режимов требуется цифровая связь USB-C с использованием определенного типа обмена сообщениями PD link. Однако не все USB3 самые простые. Давайте посмотрим, что делает альтернативный шаблон.
Если вы видели распиновку, вы видели высокоскоростные контакты. Сегодня я хочу показать вам, какие интерфейсы доступны сегодня с этих пинов. Это не полный и обширный список — я не буду говорить, например, о таких вещах, как USB4, отчасти потому, что я недостаточно о нем знаю или не имею опыта работы с ним; можно с уверенностью предположить, что в будущем мы получим больше устройств с USB -C для высокоскоростных устройств. Кроме того, USB-C достаточно гибок, чтобы хакеры могли открыть доступ к Ethernet или SATA способом, совместимым с USB-C — если это то, что вы ищете, возможно, этот обзор поможет вам в этом разобраться.
USB3 очень и очень прост — всего пара TX и пара RX, хотя скорость передачи данных намного выше, чем у USB2, но хакерам это поддается контролю. Если вы используете многослойную печатную плату с контролем импеданса сигнала USB3 и соблюдением дифференциальных пар, ваше соединение USB3 обычно работает нормально.
Для USB3 по сравнению с USB-C мало что изменилось — у вас будет мультиплексор для управления вращением, но это все. Мультиплексоров USB3 предостаточно, поэтому если вы добавите порт USB-C с поддержкой USB3 на свою материнскую плату, у вас вряд ли возникнут проблемы. Существует также двухканальный USB3, который использует два параллельных канала USB3 для увеличения пропускной способности, но хакеры обычно не сталкиваются с этим и не нуждаются в этом, а Thunderbolt имеет тенденцию лучше охватывать эту область. Хотите преобразовать устройство USB3 в устройство USB-C? Все, что вам действительно нужно, это мультиплексор. Если вы подумываете об установке на материнскую плату разъема MicroUSB 3.0 для своих высокоскоростных устройств, то я вежливо, но настойчиво прошу вас одуматься и установить на него разъем USB-C и VL160.
Если вы разрабатываете устройство USB3 со штекером, вам даже не понадобится мультиплексор для управления вращением — фактически, вам не нужно какое-либо обнаружение вращения. Одного неконтролируемого резистора сопротивлением 5,1 кОм достаточно для создания флэш-накопителя USB3, который подключается непосредственно к порту USB-C, или для создания адаптера USB-C «папа-мама» USB-A 3.0. Что касается сокетов, вы можете избежать использования мультиплексора, если у вас есть свободные соединения USB3, которыми можно пожертвовать, что, конечно, не так уж и много. Я недостаточно знаю о двухканальном USB3, чтобы быть уверенным, поддерживает ли двухканальный USB3 такое соединение, но думаю, что ответ «нет» будет более вероятным, чем «да»!
DisplayPort (DP) — отличный интерфейс для подключения дисплеев с высоким разрешением: он обогнал HDMI на настольных компьютерах, доминируя во встроенном пространстве дисплея в форме eDP и обеспечивая высокое разрешение по одному кабелю, часто лучше, чем HDMI. Его можно преобразовать в DVI или HDMI с помощью недорогого адаптера, который использует стандарт DP++ и не требует лицензионных отчислений, как и HDMI. Альянсу VESA имеет смысл сотрудничать с группой USB для реализации поддержки DisplayPort, особенно с учетом того, что передатчики DisplayPort в SoC становятся все более популярными.
Если вы используете док-станцию с выходом HDMI или VGA, она незаметно использует альтернативный режим DisplayPort. Мониторы все чаще оснащены входом DisplayPort через USB-C, а благодаря функции MST вы можете связать мониторы, предоставив вам конфигурацию с несколькими мониторами с помощью одного кабеля — если только вы не используете Macbook, от которого Apple отказалась. macOS. MST поддерживается в .
Кроме того, интересный факт: альтернативный режим DP — один из немногих альтернативных режимов, в котором используются контакты SBU, переназначенные на пару DisplayPort AUX. Общее отсутствие контактов USB-C также означает, что контакты конфигурации DP должны быть исключены, за исключением режима совместимости DP++ HDMI/DVI, поэтому все адаптеры USB-C DP-HDMI фактически являются активными преобразователями DP-HDMI. Маскирование. В отличие от DP++, DP++ позволяет использовать переключатели уровня для поддержки HDMI.
Если вы хотите изменить DisplayPort, вам, вероятно, понадобится мультиплексор с поддержкой DP, но, что наиболее важно, вы должны иметь возможность отправлять собственные сообщения PD. Во-первых, вся часть «предоставления/запроса альтернативного режима DP» выполняется через PD – резисторов недостаточно. Также нет свободных контактов для HPD, что является критическим сигналом для DisplayPort, поэтому события горячего подключения и прерывания передаются в виде сообщений по каналу PD. Тем не менее, это не очень сложно реализовать, и я думаю о реализации, удобной для хакеров — до тех пор, если вам нужно использовать альтернативный режим DP для вывода DP или HDMI через порт USB-C, есть такие чипы, как CYPD3120, позволяющий писать для этого прошивку.
Одна из особенностей DP Alternate Mode заключается в том, что он имеет четыре высокоскоростных канала USB-C, что позволяет объединить соединение USB3 на одной стороне порта USB-C и двухканальное соединение DisplayPort на другой стороне. другой. Именно так работают все док-станции «Порты USB3, периферийные устройства и выход HDMI». Если двухполосное разрешение является для вас ограничением, вы также можете купить четырехполосный адаптер — из-за отсутствия USB3 передачи данных не будет, но вы можете получить более высокое разрешение или частоту кадров с двумя дополнительными полосами DisplayPort.
Я считаю, что альтернативный режим DisplayPort — одна из лучших особенностей USB-C, и хотя самые дешевые (или самые неудачные) ноутбуки и телефоны не поддерживают его, приятно иметь устройство, которое поддерживает. Конечно, иногда крупная компания получает эту радость напрямую, как это сделала Google.
В частности, через USB-C можно получить Thunderbolt 3, а вскоре и Thunderbolt 4, но пока это просто фантастика. Изначально Thunderbolt 3 был запатентованной спецификацией, исходный код которой в конечном итоге был открыт Intel. Судя по всему, они недостаточно открыты или имеют еще одно предостережение, а поскольку устройства Thunderbolt 3 по-прежнему производятся исключительно на чипах Intel, я предполагаю, что отсутствие конкуренции является причиной того, что цены остаются втрое стабильными. цифровая территория. Почему вы вообще ищете устройства Thunderbolt? Помимо более высокой скорости есть еще одна убойная особенность.
Вы получаете пропускную способность PCIe по сравнению с Thunderbolt, а также увеличение пропускной способности до 4 раз! Это была горячая тема для тех, кому нужна поддержка eGPU или быстрое внешнее хранилище в виде накопителей NVMe, которые некоторые хакеры используют для FPGA, подключенных к PCIe. Если у вас есть два компьютера с поддержкой Thunderbolt (например, два ноутбука), вы также можете соединить их с помощью кабеля с поддержкой Thunderbolt — при этом между ними создается высокоскоростной сетевой интерфейс без дополнительных компонентов. Да, конечно, Thunderbolt может легко туннелировать DisplayPort и USB3 внутри. Технология Thunderbolt очень мощная и полезная для опытных пользователей.
Однако вся эта крутость достигается за счет фирменного и сложного стека технологий. Thunderbolt — это не то, что хакер-одиночка может легко создать, хотя когда-нибудь кто-то должен это попробовать. И, несмотря на множество функций док-станции Thunderbolt, программная часть часто вызывает проблемы, особенно когда речь идет о таких вещах, как попытка уснуть для работы на ноутбуке без сбоя ядра eGPU. Если это еще не очевидно, я с нетерпением жду, когда Intel соберет это воедино.
Я все время говорю «мультиплексор». Что это? Короче говоря, эта часть помогает обрабатывать высокоскоростное рукопожатие в соответствии с вращением USB-C.
High-Speed Lane — это часть USB-C, на которую больше всего влияет ротация портов. Если ваш порт USB-C использует высокоскоростную полосу, вам понадобится микросхема мультиплексора (мультиплексора) для управления двумя возможными поворотами USB-C — согласования ориентации портов и кабелей на обоих концах с фактическими внутренними высокоскоростными приемниками. . и передатчики соответствуют подключенному устройству. Иногда, если высокоскоростной чип предназначен для USB-C, эти мультиплексоры находятся внутри высокоскоростного чипа, но часто они представляют собой отдельные чипы. Хотите добавить поддержку Hi-Speed USB-C на устройство, которое еще не поддерживает Hi-Speed USB-C? Мультиплексоры будут лежать в основе операций высокоскоростной связи.
Если ваше устройство имеет разъем USB-C с High Speed Lane, вам понадобится мультиплексор — фиксированные кабели и устройства с разъемами в нем не нуждаются. Как правило, если вы используете кабель для подключения двух высокоскоростных устройств со слотами USB-C, им обоим понадобится мультиплексор — управление вращением кабеля является обязанностью каждого устройства. С обеих сторон мультиплексор (или контроллер PD, подключенный к мультиплексору) будет управлять направлением вывода CC и действовать соответствующим образом. Кроме того, многие из этих мультиплексоров используются для разных целей, в зависимости от того, что вы хотите от порта.
Вы увидите мультиплексоры для USB3 в дешевых ноутбуках, которые реализуют USB 3.0 только на порту Type-C, и если он поддерживает DisplayPort, у вас будет мультиплексор с дополнительным входом для смешивания сигналов этих устройств. В Thunderbolt мультиплексор будет встроен в чип Thunderbolt. Для хакеров, которые работают с USB-C, но не имеют доступа к Thunderbolt или не нуждаются в Thunderbolt, TI и VLI предлагают ряд хороших мультиплексоров для различных целей. Например, в последнее время я использую DisplayPort через USB-C, и VL170 (кажется, клон HD3SS460 от TI в соотношении 1:1) выглядит отличным чипом для комбинированного использования DisplayPort + USB3.
Мультиплексоры USB-C, поддерживающие DisplayPort (например, HD3SS460), изначально не поддерживают управление контактами CC и обнаружение поворота, но это разумное ограничение — DisplayPort требует достаточно специфичного для приложения канала PD, что очень важно. возможности мультиплексора. Вас устраивает USB3, который не требует подключения PD? VL161 — это простая микросхема мультиплексора USB3 с входом полярности, поэтому вы можете определить полярность самостоятельно.
Если вам также не требуется определение полярности – достаточно ли аналогового PD только с напряжением 5 В для ваших нужд USB3? Используйте что-нибудь вроде VL160 — оно сочетает в себе аналоговые приемники и источники PD, вычислительную мощность и высокоскоростное чередование дорожек. Это настоящая фишка «хочу USB3 поверх USB-C, хочу, чтобы всем управляли за меня»; например, последние карты захвата HDMI с открытым исходным кодом используют VL160 для своих портов USB-C. Справедливости ради, мне не нужно выделять VL160 — таких микросхем десятки; «Мультиплексор USB3 для USB-C, делай все» — вероятно, самый популярный тип чипа, связанного с USB-C.
Существует несколько устаревших альтернативных режимов USB-C. Первый, о котором я не буду лить слез, — это альтернативный режим HDMI; он просто помещает контакты разъема HDMI поверх контактов разъема USB-C. Он может передавать HDMI через USB-C и, похоже, уже некоторое время доступен на смартфонах. Однако ему приходится конкурировать с простотой преобразования в альтернативный режим HDMI DisplayPort, в то время как преобразование HDMI-DP часто является дорогостоящим и не может использоваться в сочетании с USB 3.0, поскольку HDMI требует четырех дифференциальных пар и лицензионного багажа HDMI, согласно сообщениям, стимулирование разработки альтернативного режима HDMI. Я искренне верю, что он должен оставаться там, потому что я не верю, что наш мир можно улучшить, добавив больше HDMI.
Однако на самом деле весьма интересен еще один — VirtualLink. Некоторые крупные технологические компании работают над возможностями USB-C в виртуальной реальности — в конце концов, это очень здорово, когда вашей гарнитуре виртуальной реальности нужен только один кабель для всего. Однако для очков VR требуются видеоинтерфейсы с двойным дисплеем высокого разрешения и высокой частотой кадров, а также высокоскоростное соединение для передачи данных для дополнительных камер и датчиков, а обычная комбинация «двухканальный DisplayPort + USB3» не может обеспечить такие функции. в то время. И что ты делаешь тогда?
Команда VirtualLink утверждает, что это просто: вы можете подключить две резервные пары USB2 к разъему USB-C и использовать четыре контакта для подключения USB3. Помните чип преобразования USB2 в USB3, о котором я упоминал в небольшой статье полгода назад? Да, его первоначальной целью был VirtualLink. Конечно, для этой установки требуется более дорогой специальный кабель и две дополнительные экранированные пары, а также мощность до 27 Вт от ПК, то есть выходное напряжение 9 В, которое редко можно увидеть на настенных зарядных устройствах USB-C или мобильных устройствах. власть. Разница между USB2 и USB3 некоторых разочаровывает, но для VR VirtualLink выглядит очень полезно.
Некоторые графические процессоры оснащены поддержкой VirtualLink, но в долгосрочной перспективе этого недостаточно, как и ноутбуки, печально известные тем, что часто не хватает портов USB-C. Это заставило Valve, ключевого игрока в соглашении, отказаться от добавления интеграции VirtualLink в индекс Valve, и с этого момента все пошло под откос. К сожалению, VirtualLink так и не стал популярным. Это была бы интересная альтернатива — один кабель был бы отличным выбором для пользователей VR, а требование более высокого напряжения через USB-C также дало бы нам более 5 В с функцией PD. Порты. В наши дни ни ноутбуки, ни ПК не имеют таких функций. Да, напоминаю — если у вас есть порт USB-C на настольном компьютере или ноутбуке, он, конечно, даст вам 5 В, но ничего выше вы не получите.
Однако давайте посмотрим на светлую сторону. Если у вас есть один из этих графических процессоров с портом USB-C, он будет поддерживать как USB3, так и DisplayPort!
Самое замечательное в USB-C то, что производители или хакеры определенно могут определить свой собственный альтернативный режим, если захотят, и хотя адаптер будет полупроприетарным, по сути это все еще порт USB-C для зарядки и передачи данных. Хотите альтернативный режим Ethernet или двухпортовый SATA? сделай это. Прошли те времена, когда приходилось искать крайне малоизвестные разъемы для ваших устройств, поскольку каждый разъем для док-станции и зарядки уникален и может стоить более 10 долларов каждый, если его достаточно редко найти.
Не каждый порт USB-C должен реализовывать все эти функции, а многие из них этого не делают. Однако многие люди так и делают, и со временем мы получаем все больше и больше функциональности от обычных портов USB-C. Такая унификация и стандартизация окупятся в долгосрочной перспективе, и, хотя время от времени будут возникать отклонения, производители научатся с ними справляться разумнее.
Но меня всегда удивляло одно: почему вращение вилки не регулируется размещением проводов + и – на противоположных сторонах. Таким образом, если вилка подключена «неправильно», + будет подключен к –, а – к +. После декодирования сигнала на приемнике все, что вам нужно сделать, это поменять местами биты, чтобы получить правильные данные.
По сути, проблема заключается в целостности сигнала и перекрестных помехах. Представьте себе, скажем, 8-контактный разъем, два ряда по четыре, 1/2/3/4 с одной стороны и 5/6/7/8 с другой, где 1 напротив 5. Допустим, вам нужна пара +/- прием/трансляция. Вы можете попробовать поместить Tx+ на контакт 1, Tx- на контакт 8, Rx+ на контакт 4 и Rx- на контакт 5. Очевидно, что вставка обратно меняет местами только +/-.
Но электрический сигнал на самом деле не проходит через сигнальный контакт, он перемещается между сигналом и его возвращением в электрическое поле. Tx-/Rx- должен быть «возвратом» Tx+/Rx+ (и, очевидно, наоборот). Это означает, что сигналы Tx и Rx фактически пересекаются.
Вы «можете» попытаться исправить это, сделав сигналы взаимодополняющими и несбалансированными – по сути, поместив очень плотную заземляющую пластину рядом с каждым сигналом. Но в этом случае вы теряете устойчивость дифференциальной пары к синфазным помехам, а это означает, что простые перекрестные помехи от Tx+/Rx-, противоположных друг другу, не нейтрализуются.
Если вы сравните это с размещением Tx+/Tx- на контактах 1/2 и 7/8 и Rx+/Rx- на контактах 3/4 и 5/6 через мультиплексор, то теперь сигналы Tx/Rx не пересекаются, и все перекрестные помехи вызывают на контактах Tx или Rx, будет несколько общим для обеих пар и частично компенсированным.
(Очевидно, что настоящий разъем также будет иметь много контактов заземления, я просто не упомянул об этом для краткости.)
> Унификация обеспечивает совместимость, о которой трудно сказать. По моему мнению, то, что дает USB-C, — это просто мир скрытых несовместимостей, которые трудно понять технически подкованным, поскольку в спецификациях даже не указано, что он может / не может делать. и ситуация будет только ухудшаться по мере добавления новых альтернативных режимов, и с теми же кабелями тоже возникают проблемы…
Большинство разъемов питания до USB-C представляли собой цилиндрические разъемы, которые намного дешевле, чем USB-C. Хотя док-станции большинства марок могут иметь странные разъемы, которые доставляют неудобства, они также часто имеют прямой доступ к PCI-E и другим шинам и обычно имеют значительное количество линий – быстрее, чем USB-C, по крайней мере, относительно вашего времени. … USB-C не был кошмаром для хакеров, которым нужен был только USB-2, просто дорогой разъем, а разъем для док-станции не был идеальным, но когда вам действительно нужен комплекс. Когда дело доходит до высокоскоростных возможностей, USB-C выводит их на новый уровень производительности.
Собственно, у меня тоже такое впечатление. Стандарт позволяет всё, но никто не будет реализовывать ничего, что затруднило бы совместную работу любых двух устройств USB-C. Я прошел через это; Я уже много лет питаю свой планшет через адаптер питания USB-A и кабель USB-A — USB-C. Это позволяет мне носить с собой адаптер для планшета и телефона. Купил новый ноутбук, а старый адаптер его не заряжает — прочитав предыдущий пост, я понял, что ему, вероятно, требуется одно из более высоких напряжений, которые не может обеспечить адаптер USB-A. Но если не знать специфики этого очень сложного интерфейса, то вообще не понятно, почему старый кабель не работает.
Даже один провайдер не может этого сделать. Мы получили все от Dell в офисе. Ноутбук Dell, док-станция Dell (USB3) и монитор Dell.
Независимо от того, какую док-станцию я использую, я получаю ошибку «Ограничение подключения дисплея», ошибку «Ограничение зарядки», работает только один из двух экранов или вообще не подключается к док-станции. Это беспорядок.
Обновление прошивки необходимо выполнить на материнской плате, док-станции, а также обновить драйверы. Наконец-то эта чертова штука заработала. USB-C всегда был головной болью.
Я использую док-станции сторонних производителей, и все прошло гладко! =D Создание приличной док-станции USB-C не кажется таким уж сложным – обычно они работают довольно хорошо, пока вы не столкнетесь со странностями Thunderbolt, и даже тогда возникают проблемы в сфере «подключи, отключи, работай». Не буду врать, в этот момент мне хотелось увидеть схему материнской платы для ноутбука Dell с этими док-станциями.
Арья права. Все проблемы исчезли, когда я купил на Amazon дешевый разветвитель с питанием от USB-C. Можно подключить клавиатуры, веб-камеры, USB-ключи, монитор подключается к порту USB-C, HDMI или DP на ноутбуке, и он готов к работе. Мне рассказал, что делать, ИТ-специалист, который сказал, что док-станция Dell не стоит своих денег.
Нет, это просто идиоты из Dell — видимо, они решили сделать продукт несовместимым с USB-C при использовании одного и того же разъема.
Да, если вы спросите меня, то такому устройству, как планшет, нужно конкретнее «почему он не полностью заряжен». Всплывающее сообщение «Требуется зарядное устройство USB-C не менее 9 В @ 3 А» решит подобные проблемы людей и сделает именно то, что ожидает производитель планшета. Однако мы даже не верим, что кто-то из них выпустит хотя бы одно обновление прошивки после поступления устройства в продажу.
Не только дешевле, но и прочнее. Сколько сломанных USB-разъемов вы видели на различных устройствах? Я часто так делаю — и обычно такое устройство выбрасывают, потому что ремонтировать его экономически нецелесообразно…
Разъемы USB, начиная с микро-USB, были довольно хлипкими, и необходимость постоянно подключать и отключать их, обычно людям, которые неправильно их выравнивают, прилагают слишком много усилий, покачивая их из стороны в сторону, делает разъемы ужасными. Для данных это может быть терпимо, но, учитывая, что USB-C теперь также используется для питания всего: от умных часов до целых ноутбуков и всевозможных электронных гаджетов, которые вообще не используют данные, поврежденные разъемы будут становиться все более распространенными. . Тем больше это нас беспокоит – и без веской причины.
Верно, я видел только один сломанный цилиндрический разъем, и его довольно легко починить (кроме версии Dell BS, он работает только с фирменным зарядным устройством, которое может с ним взаимодействовать, что довольно хлипко, вы можете повредить его, даже если ты никогда не ездишь на велосипеде..) Даже для опытного ремонтника разъем USB-C будет PITA, с большей площадью печатной платы, меньшими контактами под пайку…
Бочковые разъемы обычно рассчитаны на половину цикла (или меньше) обычных разъемов USB-C. Это связано с тем, что центральный штифт сгибается при каждом вставке, а при использовании USB плечо рычага становится короче. Я видел много бочковых домкратов, которые были повреждены в процессе эксплуатации.
Одна из причин, по которой USB-C кажется менее надежным, — это дешевые разъемы или кабели. Если вы найдете продукт, который выглядит «стильнее» или «крутее» благодаря литью под давлением или чему-то еще, вероятно, это чушь. Доступен только у крупных производителей кабелей со спецификациями и чертежами.
Другая причина заключается в том, что вы используете USB-C чаще, чем бочкообразные разъемы. Телефоны подключаются и отключаются каждый день, иногда по несколько раз.
Время публикации: 24 июня 2023 г.