Sådan forenkler du tilslutningsmulighederne ved hjælp af USB-C.

Pc'er, bærbare pc'er og tablets bliver ved med at krympe, hvilket efterlader kun lidt plads til interface og strømstik. Samtidig er datahastigheder stigende, og der er et stigende antal data, lyd og video-grænseflade-standarder, hver med sin karakteristiske grænseflade stik. Alligevel kræver brugerne fortsat enkelhed og fleksibilitet. Løsningen på disse problemer er et fysisk USB-C™‐stik (USB-C).

Denne artikel beskriver kort moderne konnektivitetskrav, og hvordan de kan opfyldes ved hjælp af USB-C.. Den indeholder eksempler på USB-C-docking, stik og kabel fra Tripp Lite by Eaton og viser, hvordan de kan bruges til at forenkle enhedens tilslutning.

USB-standarder

USB-grænsefladestandarden startede som en periferibus til computergrænseflade-elementer som tastaturer, mus og flytbar hukommelse. I årenes løb er det modnet til en række standarder for at blive den førende grænseflade for computere, eksterne enheder og telefoner. Det har også tilføjet strømforsyning (power delivery/PD) og aktiveret tunnelering af forskellige protokoller, såsom DisplayPort (DP), Ethernet og højdefinitions-multimedia grænseflade (High-Definition Multimedia Interface/HDMI)). Den nyeste version, USB4, understøtter datahastigheder på 40 gigabit pr. sekund (Gbps) og PD op til 240 watt (Rev. 3.1). Det opretholder stadig bagud kompatibilitet med tidligere standardversioner som USB 3.2 og USB 2.0.

De stik, der bruges med USB, har udviklet sig fra de originale USB-A og USB-B-stik og deres varianter til det nuværende USB-C-stik. USB 3.2 Gen 2, som understøtter dataoverførsler op til 10 Gbps, var den sidste USB-standard, der tillod brugen af ældre USB-A og USB-B-stik. USB 3.2 Gen 2x2 understøtter datahastigheder på 20 Gbps og kræver et USB-C-stik, ligesom USB4.

USB-C-stikket

Fysiske USB-stik, såsom USB-C, adskiller sig fra USB-grænsefladestandarder som USB4. USB-stik bestående af stik og fatninger er specificeret separat af USB-implementeringsforum (USB-IF). På trods af deres kapacitets- og strømmuligheder er USB-C-stik små, kun lidt større end USB-A-mikrostik, hvilket gør dem velegnede til små enheder.

Et USB-C-stik bruger 24 ben, der er arrangeret til at matche kontakter i begge retninger, hvilket gør stikket vendbart. Signal-pinout-tildelingerne for et USB-C-stik giver indsigt i USB-standardens strøm-, data- og kontrolfunktioner (Figur 1).

Figur 1: Det viste er USB-C-stik signalben-tildelinger. Matchende kontakter kan sammenkobles i begge retninger, hvilket gør stikket vendbart. (Billedkilde: Tripp Lite by Eaton)

USB-PD er en interaktiv strømforsyningsspecifikation, der gør det muligt for enheder at forhandle om kilden, strømforbrugeren (belastningen) og det strømniveau, der leveres ved hjælp af VBUS- og jordben. Der er fire VBUS-strømkontakter og fire strømjordforbindelser. De maksimale effektniveauer defineres af den USB-standard, der anvendes i enhederne, og overholder USB-PD-specifikationen. Under USB-PD forhandles strømkontrakter mellem strømkilder og belastningsenheder ved hjælp af kanalkonfigurationslinjerne (Channel Configuration/CCX).

CCX-linjerne bruges til at registrere forbindelsesretning og kanalkonfiguration. De bruges også til strømstyring og signalering med USB-PD. Under USB-PD er det maksimale effektniveau på 240 watt tilgængeligt baseret på en forsyningsspænding på 48 V ved et strømniveau på 5 A (A). Selvom alle USB-C-kabler omfatter CCX-linjer og understøtter USB-PD, understøtter de muligvis ikke det fulde spændings- og strømområde, der er angivet i USB PD. Brugere skal se kabeldatabladet for det understøttede strømniveau.

De dedikerede D+- og D- -linjer opretholder kompatibilitet med den ældre USB 2.0-standard, som opererer med en lavere datahastighed end de nuværende USB-versioner.

De blå fremhævede ben består af fire differentiale-signalpar, der danner to datalinjer, der understøtter SuperSpeed-USB. Datahastigheder på 10 Gbps for USB 3.2-gen 2x1, 20 Gbps for USB 3.2-gen 2x2 og 40 Gbps for USB4-gen 3x2 understøttes.

Sidebåndsbrugslinjerne (SBU1 og SBU2) er hjælpesignaler, der bruges i de alternative medietilstande, der understøttes af USB-C-specifikationen for at aktivere konnektorsættets multifunktion. AUX-kanalen håndterer linkstyring og kontrol af testtilstand. Efter opsætning af strømkontrakten mellem enheder kan USB-PD starte alternativ tilstands- (Alt Mode) datalink såsom DP. Den forhandler Alt-tilstand-handshaking ved hjælp af VDM-meddelelser (VDM) over SBU-linkene. Efter DP Alt-tilstand-forhandling vil DP fortsætte med link-træning for at etablere forbindelsen. DP-link træning optimerer linket mellem en DP-kilde og forbruger for at sikre en robust forbindelse til datastreaming. DP Alt-tilstand gør det muligt for USB-C-kabler at håndtere USB-data, video Graphics Array (VGA), digital Visual Interface (DVI), HDMI og DP-videosignaler.

En mulighed for at sende alternative protokoller over USB er protokoltunnelering. Protokol-tunnelering opretter en datakanal i én protokol, som sender data fra en anden protokol over kablet. Ved hjælp af denne mekanisme kan en USB-C-tunnel sende DP- eller PCIe-data mellem enheder.

USB-C-kabler

USB-C-kabler tilbyder en række længder, strømhåndtering og dataoverførselshastigheder, der passer til den anvendte USB-standard. Tripp Lite by Eaton tilbyder næsten hundrede typer af USB-C-kabler til at give en bred vifte af funktioner og udvidelsesmuligheder til enheder, der bruger USB-C-stik.

Et godt eksempel er U520-31N, et USB4-kabel med stik i hver ende. Den understøtter DP-Alt-Mode, der tilbyder 4 K- eller 8 K-videoopløsning med en opdateringshastighed på 60 Hertz (Hz). U520-31N er også kompatibel med USB-PD og er klassificeret til at håndtere 5 A ved 20 V til at levere 100 watt strøm. Kablet er 2.6 fod (0,7925 meter (m)) i længden og har en nominel maksimal overførselshastighed på 40 Gbps. Bemærk, at den maksimale overførselshastighed for USB-C-kabler varierer omvendt med længden.

Til sammenligning er MTB3-01M5-5A-B (Figur 2 et USB 3.2-gen 2x2 kompatibelt kabel, der er klassificeret til at håndtere data ved overførselshastigheder på 20 Gbps, hvilket understøtter 4K-videoopløsning ved 60 Hz. Ligesom USB4-kablet er det USB-PD-kompatibelt med den samme 100-watts klassificering. Dette kabel har en længde på 5 fod (1,5 m), og dermed den lavere maksimale datahastighed.

Figur 2: MTB3-01M5-5A-B er et USB 3.2 Gen 2x2 kabel, der understøtter datahastigheder på op til 20 Gbps. (Billedkilde: Tripp Lite by Eaton)

USB-C-adaptere

Adaptere tilsluttes en indgang/udgang (I/O) port på en computer og konverterer dens protokol til en anden standard. For eksempel er Tripp Lite by Eaton U436-06N-GB-C en USB-C til Gigabit netværksadapter, der fungerer med enheder, der bruger USB 3.0-, USB 3.1-gen 1 eller USB 3.2-gen 1 med datahastigheder på op til 5 Gbps (Figur 3).

Figur 3: U436-06N-GB-C er en USB-C til Gigabit Ethernet-adapter med en USB-C-opladningsport. (Billedkilde: Tripp Lite by Eaton)

Indgangsstikket er et USB-C-stik, og udgangen er et Ethernet RJ-45 stik. Adapteren indeholder også et USB-C-stik, der kan levere op til 60 watt (20 V ved 3 A). Denne adapter gør det muligt for bærbare pc'er med kun USB-C at bruge en kablet ethernet-forbindelse, hvis en trådløs forbindelse ikke er tilgængelig eller for langsom.

Da USB-standarden kan håndtere mange forskellige protokoller, er det naturligt, at multiport-adaptere opstår. Disse adaptere leverer ofte datakommunikationsporte, der ikke længere er tilgængelige i mindre bærbare pc'er.

Et godt eksempel er U444-06N-H4GUC2. Denne adapter understøtter digital lyd, 4 K-video ved 60 Hz, USB-PD og Gigabit Ethernet fra en computers USB-C-port (Figur 4).

Figur 4: U444-06N-H4GUC2-multiportadapteren tilføjer HDMI, Ethernet, en USB-C-opladningsport og en USB-A-port til en computer. (Billedkilde: Tripp Lite by Eaton)

USB-A-porten på U444-06N-H4GUC2 kan levere 7,5 watt (5 V ved 1,5 A), mens USB-C-opladningsporten leverer 25 watt (5 V ved 5 A).

Dockingstationer omdanner bærbare pc'er til arbejdsstationer

Dockingstationer udvider tilslutningsmulighederne for en bærbar computer ved at tilføje flere porte via et USB-C-stik. De omdanner i det væsentlige en bærbar pc til en multifunktionsarbejdsstation. Tripp Lite by Eaton -C tilføjer f.eks. U442-DOCK2-S USB-C til dedikerede porte til HDMI, mini DP, VGA, Ethernet, SD- og microSD-hukommelse, USB-C-strømforsyning og tre USB-A-stik (Figur 5). Der medfølger også et 3,5 mm hovedtelefonstik.

Figur 5: U442-DOCK2-s USB-C-dockingstation øger antallet og typerne af porte, der er tilgængelige fra en bærbar computer, herunder lyd, video, hukommelse, USB og Ethernet. (Billedkilde: Tripp Lite by Eaton)

Mini DP- og HDMI-portene understøtter 4 K x 2 K-opløsning ved 30 Hz video, og VGA-porten understøtter 1080 P-opløsning ved 60 Hz. Ethernet RJ-45-porten understøtter 10/200/1000 megabit pr. sekund (Mbps) Ethernet. De tre USB-A-porte kan bruges til eksterne USB-enheder, f.eks. et tastatur, en mus, flashdrev, en printer eller en smartphone. De leverer op til 7,5 watt jævnstrøm (5 V ved 1,5 A). Den tovejs USB-C-opladningsport kan håndtere op til 60 watt (20 V ved 3 A).

Den bærbare computers USB-C-port aktiverer denne række grænseflader ved hjælp af USB-standardens multiprotokolfunktioner.

Konklusion

USB-C-stik understøtter dataoverførselshastigheder på op til 40 Gbps, PD op til 120 watt og kan vendes. Tripp Lite by Eaton tilbyder et bredt udvalg af USB-C-løsninger i form af kabler, adaptere og dockingstationer, der understøtter kraftfuld funktionalitet og tilslutningsmuligheder fra et enkelt USB-C-stik.