Однією з дивовижних особливостей USB-C є його високошвидкісні можливості. Розпіновка дає вам чотири високошвидкісні диференціальні пари та кілька низькошвидкісних диференціальних пар, що дозволяє передавати великі обсяги даних через роз’єми менш ніж за копійку. Не всі пристрої використовують цю функцію та не повинні її використовувати – USB-C був розроблений, щоб бути доступним для всіх портативних пристроїв. Однак, коли вашому пристрою потрібна висока швидкість через USB-C, ви побачите, що USB-C може забезпечити таку високу швидкість і наскільки добре він працює.
Можливість отримати високошвидкісний інтерфейс від USB-C називається альтернативним режимом або, скорочено, альтернативним режимом. Три альтернативи, з якими ви можете зіткнутися сьогодні, — це USB3, DisplayPort і Thunderbolt, причому деякі з них уже зникають, як-от HDMI і VirtualLink, а деякі набувають популярності, як-от USB4. Більшість альтернативних режимів потребують цифрового зв’язку USB-C за допомогою певного типу обміну повідомленнями PD link. Однак не всі USB3 є найпростішими. Давайте подивимося, що робить альтернативний шаблон.
Якщо ви бачили розпіновку, ви бачили високошвидкісні штифти. Сьогодні я хочу показати вам, які інтерфейси доступні сьогодні за допомогою цих контактів. Це неповний або розширений список – я не буду говорити про такі речі, як USB4, наприклад, частково тому, що я недостатньо знаю про це або маю досвід роботи з ним; можна з упевненістю припустити, що в майбутньому ми отримаємо більше пристроїв, обладнаних USB -C для високошвидкісних пристроїв. Крім того, USB-C достатньо гнучкий, щоб хакери могли викрити Ethernet або SATA сумісним із USB-C способом – якщо це те, що ви шукаєте, можливо, цей огляд допоможе вам це зрозуміти.
USB3 дуже і дуже простий – лише пара TX і пара RX, хоча швидкість передачі набагато вища, ніж USB2, це можна контролювати для хакерів. Якщо ви використовуєте багатошарову друковану плату з контролем імпедансу сигналу USB3 і дотриманням диференціальних пар, ваше підключення USB3 зазвичай працюватиме нормально.
Для USB3 над USB-C мало що змінилося – у вас буде мультиплексор для обробки обертання, але це все. Мультиплексорів USB3 багато, тож якщо ви додасте до материнської плати порт USB-C із підтримкою USB3, у вас навряд чи виникнуть проблеми. Існує також Dual Channel USB3, який використовує два паралельні канали USB3 для збільшення пропускної здатності, але хакери зазвичай не стикаються з цим і не потребують цього, а Thunderbolt, як правило, краще покриває цю область. Хочете перетворити пристрій USB3 на пристрій USB-C? Все, що вам дійсно потрібно, це мультиплексор. Якщо ви думаєте про встановлення роз'єму MicroUSB 3.0 на материнську плату для своїх високошвидкісних пристроїв, то я ввічливо, але наполегливо прошу вас передумати і встановити на нього роз'єм USB-C і VL160.
Якщо ви розробляєте пристрій USB3 зі штекером, вам навіть не потрібен мультиплексор для обробки обертання – фактично, вам не потрібне визначення обертання. Одного неконтрольованого резистора 5,1 кОм достатньо для створення флеш-накопичувача USB3, який підключається безпосередньо до порту USB-C, або для створення адаптера USB-C «мама-жінка» USB-A 3.0. Що стосується розеток, ви можете уникнути використання мультиплексора, якщо у вас є вільні з’єднання USB3, якими можна пожертвувати, що, звичайно, не так уже й багато. Я недостатньо знаю про двоканальний USB3, щоб бути впевненим, чи підтримує двоканальний USB3 таке підключення, але я думаю, що відповідь «ні» буде більш імовірною, ніж «так»!
DisplayPort (DP) — це чудовий інтерфейс для підключення дисплеїв із високою роздільною здатністю — він витіснив HDMI на настільних комп’ютерах, домінуючи над простором вбудованого дисплея у формі eDP і забезпечуючи високу роздільну здатність через один кабель, часто кращу, ніж HDMI. Його можна перетворити на DVI або HDMI за допомогою недорогого адаптера, який використовує стандарт DP++ і є безоплатним, як HDMI. Для альянсу VESA має сенс співпрацювати з групою USB для реалізації підтримки DisplayPort, особливо тому, що передавачі DisplayPort у SoC стають все більш популярними.
Якщо ви використовуєте док-станцію з виходом HDMI або VGA, вона використовує альтернативний режим DisplayPort за кадром. Монітори все частіше мають вхід DisplayPort через USB-C, а завдяки функції під назвою MST ви можете підключати монітори, створюючи конфігурацію кількох моніторів за допомогою одного кабелю, якщо ви не використовуєте Macbook, оскільки Apple відмовилася від macOS. MST підтримується в .
Крім того, цікавий факт: альтернативний режим DP є одним із небагатьох альтернативних режимів, який використовує контакти SBU, переназначені на пару DisplayPort AUX. Загальна відсутність контактів USB-C також означає, що контакти конфігурації DP повинні бути виключені, за винятком режиму сумісності DP++ HDMI/DVI, тому всі адаптери USB-C DP-HDMI фактично є активними перетворювачами DP-HDMI. Маскування – на відміну від DP++, DP++ дозволяє використовувати перемикачі рівнів для підтримки HDMI.
Якщо ви хочете змінити DisplayPort, вам, ймовірно, знадобиться мультиплексор із підтримкою DP, але, що найважливіше, ви повинні мати можливість надсилати спеціальні повідомлення PD. По-перше, вся частина «надання/запиту альтернативного режиму DP» виконується через PD – не вистачає резисторів. Також немає вільних контактів для HPD, який є критичним сигналом у DisplayPort, тому події гарячого підключення та переривання надсилаються як повідомлення через посилання PD. Тим не менш, це не дуже складно реалізувати, і я думаю про реалізацію, зручну для хакерів. До того часу, якщо вам потрібно використовувати альтернативний режим DP для виведення DP або HDMI через порт USB-C, існують такі мікросхеми, як CYPD3120, що дозволяє писати прошивку для цього.
Однією з особливостей альтернативного режиму DP є те, що він має чотири високошвидкісні смуги на USB-C, що дозволяє комбінувати з’єднання USB3 з одного боку порту USB-C і з’єднання Dual-Link DisplayPort на інші. Ось як працюють усі порти USB3, периферійні пристрої та вихід HDMI. Якщо двосмугова роздільна здатність є для вас обмеженням, ви також можете придбати чотирьохсмуговий адаптер – через відсутність USB3 не буде передачі даних, але ви можете отримати вищу роздільну здатність або частоту кадрів за допомогою двох додаткових смуг DisplayPort.
Я вважаю, що альтернативний режим DisplayPort — одна з найкращих переваг USB-C, і хоча найдешевші (або найнещасніші) ноутбуки та телефони його не підтримують, приємно мати пристрій, який підтримує. Звичайно, іноді велика компанія отримує цю радість безпосередньо, як Google.
Зокрема, через USB-C можна отримати Thunderbolt 3, а незабаром і Thunderbolt 4, але поки це просто фантастика. Thunderbolt 3 спочатку був власною специфікацією, яка згодом була відкритою Intel. Мабуть, вони недостатньо відкриті або мають інше застереження, і оскільки пристрої Thunderbolt 3 у дикій природі все ще будуються виключно з чіпами Intel, я припускаю, що відсутність конкуренції є причиною, чому ціни залишаються втричі стабільними. цифрова територія. Чому ви взагалі шукаєте пристрої Thunderbolt? Крім більш високої швидкості, є ще одна вбивча особливість.
Ви отримуєте пропускну здатність PCIe через Thunderbolt, а також до 4-кратної пропускної здатності! Це була гаряча тема для тих, кому потрібна підтримка eGPU або швидке зовнішнє сховище у вигляді накопичувачів NVMe, які деякі хакери використовують для підключених PCIe FPGA. Якщо у вас є два комп’ютери з підтримкою Thunderbolt (наприклад, два ноутбуки), ви також можете з’єднати їх за допомогою кабелю з підтримкою Thunderbolt – це створює високошвидкісний мережевий інтерфейс між ними без додаткових компонентів. Так, звичайно, Thunderbolt може легко тунелювати DisplayPort і USB3 всередині. Технологія Thunderbolt є дуже потужною та смачною для досвідчених користувачів.
Однак уся ця прохолода досягається завдяки власному та складному стеку технологій. Thunderbolt — це не те, що може легко створити самотній хакер, хоча колись хтось повинен його спробувати. І незважаючи на численні функції док-станції Thunderbolt, сторона програмного забезпечення часто викликає проблеми, особливо коли справа доходить до таких речей, як спроби перевести ноутбук у режим сну, щоб працювати на ноутбуці без збою ядра eGPU. Якщо це ще не очевидно, я з нетерпінням чекаю, коли Intel це збере.
Я постійно кажу «мультиплексор». Що це? Коротше кажучи, ця частина допомагає обробляти високошвидкісне рукостискання відповідно до обертання USB-C.
High-Speed Lane – це частина USB-C, на яку найбільше впливає обертання портів. Якщо ваш порт USB-C використовує High Speed Lane, вам знадобиться мікросхема мультиплексора (мультиплексора), щоб керувати двома можливими поворотами USB-C – вирівнюючи орієнтацію портів і кабелів на обох кінцях із фактичними внутрішніми високошвидкісними приймачами . і передавачі узгоджуються з підключеним пристроєм. Іноді, якщо високошвидкісна мікросхема розроблена для USB-C, ці мультиплексори знаходяться всередині високошвидкісної мікросхеми, але часто це окремі мікросхеми. Хочете додати підтримку Hi-Speed USB-C до пристрою, який ще не підтримує Hi-Speed USB-C? Мультиплексори стануть основою високошвидкісного зв'язку.
Якщо ваш пристрій має роз’єм USB-C із High Speed Lane, вам знадобиться мультиплексор – стаціонарні кабелі та пристрої з роз’ємами не потребують. Як правило, якщо ви використовуєте кабель для з’єднання двох високошвидкісних пристроїв із роз’ємами USB-C, їм обом знадобиться мультиплексор, оскільки кожен пристрій відповідає за керування обертанням кабелю. З обох сторін мультиплексор (або контролер PD, підключений до мультиплексора) контролюватиме напрямок виводу CC і діятиме відповідно. Крім того, багато з цих мультиплексорів використовуються для різних цілей, залежно від того, що ви хочете від порту.
Ви побачите мультиплексори для USB3 у дешевих ноутбуках, які використовують лише USB 3.0 на порті Type-C, і якщо він підтримує DisplayPort, у вас буде мультиплексор із додатковим входом для змішування сигналів цих пристроїв. У Thunderbolt мультиплексор буде вбудований в чіп Thunderbolt. Для хакерів, які працюють із USB-C, але не мають доступу до Thunderbolt або не потребують Thunderbolt, TI та VLI пропонують низку хороших мультиплексорів для різних цілей. Наприклад, останнім часом я використовую DisplayPort через USB-C, і VL170 (здається, клон 1:1 HD3SS460 від TI) виглядає як чудовий чіп для комбінованого використання DisplayPort + USB3.
Мультиплексори USB-C, які підтримують DisplayPort (наприклад, HD3SS460), спочатку не здійснюють керування контактами CC і виявлення повороту, але це розумне обмеження – DisplayPort вимагає зв’язку PD, що є дуже важливим для конкретної програми. можливості мультиплексора. Ви задоволені USB3, який не вимагає підключення PD? VL161 — це проста мультиплексорна мікросхема USB3 із входом полярності, тому ви можете визначити полярність самостійно.
Якщо вам також не потрібне виявлення полярності – чи достатньо для ваших потреб USB3 лише аналогового PD 5 В? Використовуйте щось на зразок VL160 – він поєднує в собі аналогові PD-приймачі та джерела, потужність обробки та високошвидкісне чергування доріжок. Це справжня фішка «Я хочу USB3 замість USB-C, я хочу, щоб усе було кероване для мене»; наприклад, останні карти захоплення HDMI з відкритим кодом використовують VL160 для своїх портів USB-C. Чесно кажучи, не варто виділяти VL160 – таких мікросхем десятки; «USB3 mux for USB-C, do it all» — це, мабуть, найпопулярніший тип чіпа, пов’язаного з USB-C.
Є кілька застарілих альтернативних режимів USB-C. Перший, про який я не буду проливати сльози, це альтернативний режим HDMI; він просто розміщує контакти роз’єму HDMI над контактами роз’єму USB-C. Він може надати вам HDMI через USB-C, і, здається, він був доступний на смартфонах протягом короткого часу. Однак він повинен конкурувати з легкістю перетворення в альтернативний режим HDMI DisplayPort, тоді як перетворення HDMI-DP часто є дорогим і не може використовуватися разом з USB 3.0, оскільки HDMI вимагає чотирьох диференціальних пар і ліцензійного багажу HDMI, здається, стимулює розвиток альтернативного режиму HDMI. Я справді вірю, що це має залишитися там, тому що я не вірю, що наш світ можна покращити, додавши більше HDMI.
Проте ще один досить цікавий – він називається VirtualLink. Деякі великі технологічні компанії працюють над можливостями USB-C у VR – зрештою, це дуже круто, коли вашій гарнітурі VR потрібен лише один кабель для всього. Однак для окулярів VR потрібен подвійний дисплей із високою роздільною здатністю, відеоінтерфейси з високою частотою кадрів, а також високошвидкісні з’єднання даних для додаткових камер і датчиків, а звичайна комбінація «двоканального DisplayPort + USB3» не може забезпечити такі функції. в той час. І що ти тоді робиш
Команда VirtualLink каже, що це легко: ви можете підключити дві резервні пари USB2 до роз’єму USB-C і використовувати чотири контакти для підключення USB3. Пам’ятаєте чіп для перетворення USB2 на USB3, про який я згадував у короткій статті півроку тому? Так, його початковою метою був VirtualLink. Звичайно, ця установка потребує дорожчого спеціального кабелю та двох додаткових екранованих пар, а також потребує до 27 Вт живлення від ПК, тобто вихід 9 В, що рідко можна побачити на настінних зарядних пристроях USB-C або мобільних пристроях. потужність. Різниця між USB2 і USB3 викликає у деяких розчарування, але для VR VirtualLink виглядає дуже корисним.
Деякі графічні процесори оснащені підтримкою VirtualLink, але в довгостроковій перспективі цього недостатньо, і ноутбуки, сумно відомі тим, що часто не мають портів USB-C, також цього не мають. Це змусило Valve, ключового учасника угоди, відмовитися від додавання інтеграції VirtualLink до Valve Index, і з цього моменту все пішло на спад. На жаль, VirtualLink так і не став популярним. Це була б цікава альтернатива – один кабель був би чудовим вибором для користувачів віртуальної реальності, а потреба в вищій напрузі через USB-C також дасть нам більше 5 В із функцією PD. Порти – ані ноутбуки, ані комп’ютери сьогодні не пропонують цих функцій. Так, просто нагадаю: якщо у вас є порт USB-C на вашому настільному комп’ютері чи ноутбуці, він точно дасть вам 5 В, але ви не отримаєте нічого більшого.
Однак погляньмо на світлу сторону. Якщо у вас один із цих графічних процесорів із портом USB-C, він підтримуватиме як USB3, так і DisplayPort!
Чудова особливість USB-C полягає в тому, що постачальники або хакери можуть точно визначити свій власний альтернативний режим, якщо вони цього захочуть, і хоча адаптер буде напіввласним, він, по суті, залишається портом USB-C для заряджання та передачі даних. Хочете альтернативний режим Ethernet або подвійний порт SATA? зробити це. Минули ті часи, коли доводилося вишукувати надзвичайно незрозумілі роз’єми для ваших пристроїв, оскільки кожен роз’єм для док-станції та роз’єм для зарядки відрізняються і можуть коштувати понад 10 доларів США за штуку, якщо їх знайти достатньо рідко.
Не кожен порт USB-C потребує реалізації всіх цих функцій, а багато хто цього не робить. Однак багато людей це роблять, і з часом ми отримуємо все більше і більше функцій від звичайних портів USB-C. Ця уніфікація та стандартизація окупиться в довгостроковій перспективі, і хоча час від часу будуть виникати відхилення, виробники навчаться поводитися з ними розумніше.
Але одна річ, яку я завжди дивувався, це те, чому обертання вилки не обробляється шляхом розміщення проводів + і – на протилежних сторонах. Таким чином, якщо вилка підключена «неправильно», + буде з'єднаний з – і – з’єднаний з +. Після декодування сигналу в приймачі все, що вам потрібно зробити, це перевернути біти, щоб отримати правильні дані.
По суті, проблема полягає в цілісності сигналу та перехресних перешкодах. Уявіть, скажімо, 8-контактний роз’єм, два ряди по чотири, 1/2/3/4 з одного боку та 5/6/7/8 з іншого, де 1 стоїть навпроти 5. Скажімо, вам потрібна пара +/- прийом / трансляція. Ви можете спробувати розмістити Tx+ на виводі 1, Tx- на виводі 8, Rx+ на виводі 4 і Rx- на виводі 5. Очевидно, що вставляти назад тільки свопи +/-.
Але електричний сигнал насправді не проходить через сигнальний штифт, він проходить між сигналом і його поверненням в електричному полі. Tx-/Rx- має бути «поверненням» Tx+/Rx+ (і, очевидно, навпаки). Це означає, що сигнали Tx і Rx фактично перетинаються.
Ви «можете» спробувати це виправити, зробивши сигнали комплементарними незбалансованими – по суті, розмістивши дуже жорстку площину заземлення біля кожного сигналу. Але в цьому випадку ви втрачаєте стійкість диференціальної пари до синфазних перешкод, що означає, що прості перехресні перешкоди від Tx+/Rx- навпроти один одного не компенсуються.
Якщо порівняти це з розміщенням Tx+/Tx- на контактах 1/2 і 7/8 і Rx+/Rx- на контактах 3/4 і 5/6 через мультиплексор, тепер сигнали Tx/Rx не перетинаються, і всі перехресні перешкоди спричинені на контактах Tx або Rx, буде дещо загальним для обох пар і частково компенсованим.
(Очевидно, що справжній роз’єм також матиме багато контактів заземлення, я просто не згадав про це задля стислості.)
> Уніфікація забезпечує сумісність, яку важко сказати, IMO те, що дає USB-C, — це лише світ прихованих несумісностей, які важко зрозуміти технічно підкованому, оскільки в специфікаціях навіть не зазначено, що він може/не може робити. і це тільки погіршуватиметься, оскільки додаватиметься більше альтернативних режимів, і ті самі кабелі теж мають проблеми...
Більшість роз’ємів живлення до USB-C були круглими роз’ємами, які набагато дешевші за USB-C. Хоча більшість марок док-станцій можуть мати дивні роз’єми, які створюють незручності, вони також часто мають прямий доступ до PCI-E та інших шин і зазвичай мають значну кількість смуг — швидше, ніж USB-C, принаймні відносно вашого часу. … USB-C не був кошмаром для хакерів, яким потрібен був лише USB-2, лише дорогий роз’єм, а роз’єм док-станції не був ідеальним, але коли вам справді потрібна складність. Що стосується високошвидкісних можливостей, USB-C виводить його на новий рівень продуктивності.
Власне, таке було і моє враження. Стандарт дозволяє все, але ніхто не буде впроваджувати нічого, що ускладнювало б спільну роботу будь-яких двох пристроїв USB-C. Я пройшов через це; Я багато років живлю свій планшет через адаптер живлення USB-A та кабель USB-A – USB-C. Це дозволяє мені носити адаптер для планшета та телефону. Купив новий ноутбук, і старий адаптер не заряджає його – прочитавши попередню публікацію, я зрозумів, що йому, ймовірно, потрібна одна з вищих напруг, яку адаптер USB-A не може забезпечити. Але якщо не знати специфіки цього дуже складного інтерфейсу, то зовсім не зрозуміло, чому старий кабель не працює.
Цього не може зробити навіть один провайдер. Ми отримали все від Dell в офісі. Ноутбук Dell, док-станція Dell (USB3) і монітор Dell.
Незалежно від того, яку док-станцію я використовую, я отримую помилку «Обмеження підключення дисплея», помилка «Обмеження заряджання», працює лише один із двох екранів або взагалі не підключається до док-станції. Це безлад.
Необхідно оновити мікропрограму материнської плати, док-станції, а також оновити драйвери. Це нарешті змусило цю чортову річ запрацювати. USB-C завжди був головним болем.
Я використовую док-станції не Dell, і все пройшло гладко! =D Зробити гідну док-станцію USB-C не здається таким складним – зазвичай вони працюють досить добре, поки ви не зіткнетеся з дивацтвами Thunderbolt, і навіть тоді є проблеми у сфері «підключи, від’єднай, працюй». Не буду брехати, тут я хотів побачити схему материнської плати для ноутбука Dell з цими док-станціями.
Арія має рацію. Усі проблеми зникли, коли я купив дешевий розгалужувач із живленням USB-C від Amazon. Можна підключити клавіатури, веб-камери, USB-ключі, монітор підключити до порту USB-C, HDMI або DP на ноутбуці, і він готовий до роботи. ІТ-спеціаліст сказав, що док-станція Dell не варта цих грошей.
Ні, це просто ідіоти Dell – мабуть, вони вирішили зробити продукт несумісним з USB-C при використанні того самого роз’єму.
Так, якщо ви запитаєте мене, такий пристрій, як планшет, має бути більш конкретним щодо того, «чому він не повністю заряджений». Спливаюче повідомлення «Потрібен зарядний пристрій USB-C щонайменше 9 В @ 3 А» вирішить проблеми людей, як це, і зробить саме те, що очікує виробник планшета. Однак ми навіть не можемо повірити, що хтось із них випустить хоча б одне оновлення прошивки після того, як пристрій надійде в продаж.
Не тільки дешевше, але й міцніше. Скільки зламаних роз’ємів USB ви бачили на різних пристроях? Я часто так роблю – і зазвичай такий прилад викидають, тому що ремонтувати його економічно невигідно…
USB-роз’єми, починаючи з мікро-USB, були досить неміцними, і необхідність постійно підключати та від’єднувати їх, як правило, людьми, які не вирівнюють їх належним чином, застосовують занадто багато сили, ворушачи ними з боку в бік, робить роз’єми жахливими. Для даних це може бути терпимим, але враховуючи, що USB-C зараз також використовується для живлення всього: від розумних годинників до цілих ноутбуків і всіляких електронних гаджетів, які взагалі не використовують дані, пошкоджені роз’єми ставатимуть все більш поширеними. . Тим більше це нас турбує – і без вагомої причини.
Правильно, я бачив лише один зламаний роз’єм, і його досить легко виправити (окрім версії Dell BS, він працює лише на фірмовому зарядному пристрої, який може з ним зв’язуватися, який є досить слабким, ви можете пошкодити його, навіть якщо Ви ніколи не їздите на велосипеді..) Навіть для досвідченого майстра роз’єм USB-C буде PITA, з більшою площею друкованої плати, меншими контактами для пайки…
Бочкові роз’єми зазвичай розраховані на половину циклу (або менше) звичайних роз’ємів USB-C. Це пояснюється тим, що центральний штифт згинається щоразу, коли його вставляють, а з USB плече важеля коротше. Я бачив багато домкратів, які були пошкоджені під час використання.
Однією з причин, чому USB-C здається менш надійним, є дешеві роз’єми чи кабелі. Якщо ви знайдете продукт, який виглядає «стильним» або «крутішим» за допомогою лиття під тиском чи що завгодно, це, ймовірно, лайно. Доступно лише від основних виробників кабелів із специфікаціями та кресленнями.
Ще одна причина полягає в тому, що ви використовуєте USB-C більше, ніж роз’єми у формі бочки. Телефони підключаються і відключаються щодня, іноді по кілька разів.
Час публікації: 24 червня 2023 р