Мой USB-C работал медленно, пока я не сделал это совершенно нелепое решение.

Красивый USB-C. Это теперь повсюду. Даже Apple наконец-то переориентировалась и перевела на него всю свою линейку. Более того, вы даже можете заряжать батарейки типа АА через порт USB-C. При таких темпах кто бы не стал использовать USB-C? Конечно, одним из его самых больших преимуществ является возможность переворачивания: в отличие от USB-A, USB-B или HDMI, вы можете перевернуть кабель USB-C в любом направлении, и он будет работать одинаково. Ну, по крайней мере, для некоторых.

Недавно я столкнулся с кабелем USB-C, который работал медленнее, чем должен быть. Но при следующем подключении все заработало нормально. В следующий раз нет. Потом я понял, что одна ориентация сработала, а другая нет. Обещание обратимости было нарушено, поэтому мне пришлось разобраться в этом вопросе. Я это сделал и узнал больше, чем ожидал, о внутренней работе разъема USB-C.

Но… что такое USB-C?

Многоконтактный разъем.

USB-C — стандартный разъем. Это скругленный прямоугольник с 24 контактами внутри. Приемник (порт вашего телефона или ноутбука) обнаруживает эти 24 контакта. Технически говоря, кабельное гнездо также имеет 24 контакта, но некоторые из них внутренне соединены между собой, поэтому в конечном итоге у вас будет меньше независимых соединений внутри кабеля, чем можно предположить по количеству контактов. Подробнее об этом позже.

Если вы внимательно посмотрите на порт USB-C, вы увидите маленькие контакты внутри. Выше вы можете видеть порт USB-C на моем старом телефоне Nothing (1) и MacBook. Порт USB-C на зарядном устройстве Apple виден более четко, и у него отсутствуют некоторые контакты, поскольку он предназначен только для зарядки, а не для высокоскоростной передачи данных.

Остановимся на USB-C подробнее.

Таблицы и диаграммы

Так много контактов, но это не просто контакты, соединенные проводами. Каждый из них служит определенной цели. Вот упрощенная схема, которую я сделал, чтобы показать контакты приемника (порта) USB-C. Это для полнофункционального порта USB-C; не каждый кабель или зарядное устройство используют все эти контакты.

Во многих реальных кабелях пара USB 2.0 D+/D- реализована как одна дифференциальная пара, общая для двух сторон разъема, поэтому внутри она ведет себя как «одна пара, которая работает в обе стороны», даже если на разных схемах она выглядит немного по-разному. Итак, для USB-C вы получите что-то вроде следующего:

У USB 2.0 Type-A было (и есть) всего четыре контакта: GND, VBUS, D+ и D-. Этого достаточно для базовой передачи данных и зарядки при напряжении 5 В. USB-C сохраняет эти контакты и добавляет дополнительные контакты питания, высокоскоростные дифференциальные пары и дополнительные контакты.

Если вы внимательно посмотрите на расположение контактов, то увидите, что ряды A и B не являются полностью зеркальными изображениями. Они достаточно симметричны, чтобы их можно было поменять местами, но есть небольшие различия, которые имеют значение. Вот здесь все становится интереснее.

USB-C не является чисто «механически» обратимым.

Симметрия, но с хитростью.

Помните еще об одном реверсивном разъеме. Я думаю о красочных аудиоразъемах 3,5 мм на моем компьютере. Эти вещи реверсивны на 360 градусов; вы можете крутить их, как детскую игрушку, и они все равно будут работать. Я не уверен, была ли когда-либо «обратимость» целью дизайна аудиоразъемов, но в случае USB-C это была очень важная цель. Обратимость не является случайным побочным эффектом. Это было основное намерение и инженеры (да храни их Бог) прошли долгий путь для его реализации.

Наличие нескольких контактов заземления и VBUS имеет смысл для резервирования и управления питанием. Но USB-C идет дальше и дублирует важные контакты для передачи данных, поэтому разъем работает независимо от того, вставляете ли вы его логотипом вверх или вниз. Однако он не просто глупый, идеально отзеркаленный кусок металла.

Используя GND, VBUS и пару D+/D- на USB 2.0, вы не ошибетесь. Как ни включай, они ставятся поверх аналогов и все хорошо. Однако высокоскоростным USB 3.x, DisplayPort и Thunderbolt очень важно, какой из двух каналов где находится.

Пусть одна розетка подключается к розетке. Есть два способа выполнения этого соединения, назовем их ориентацией A и ориентацией B. Когда вы переворачиваете разъем, пары SuperSpeed ​​не выстраиваются волшебным образом рядом с одними и теми же контактами.

Стандартный USB 3.x (не обращая внимания на магию многоканального USB 3.2 x2 и USB4/Thunderbolt) использует одну пару для передачи и одну пару для приема данных. Итак, если разъем (розетка) может отображаться как «Дорожка 1» или «Дорожка 2» в зависимости от ориентации, как устройство узнает, какой набор контактов фактически использовать? Именно с этим справляются выводы CC.

Что делает вывод CC?

Порт знает, какое направление является восходящим.

Контакты CC являются социальным координатором USB-C. Их волнует, кто является хостом, кто устройство, кто обеспечивает питание, сколько энергии и, что важно для нас, в какую сторону в данный момент обращен разъем (здесь мы будем проще).

Со стороны гнезда контакт CC (А5 с одной стороны выступа, В5 с другой) подключается через разные резисторы в зависимости от того, какой кабель.. На стороне устройства порт имеет подтягивающие или понижающие резисторы, которые позволяют ему определить: подключено ли что-либо вообще, является ли это устройством, зарядным устройством или аксессуаром, и какой контакт CC (CC1 или CC2) в данный момент активен, т.е. какая сторона разъема находится «внизу».

Если подключен CC1 (A5), устройство говорит: «Хорошо, это ориентация A; мне следует использовать высокоскоростную полосу 1, ближайшую к CC1». Если подключен CC2 (B5), устройство знает, что это ориентация B, и вместо этого использует ближайшую полосу CC2.

Другими словами:

• Когда у нас есть ориентация A → CC1 активна → порт внутренне назначает полосу 1 высокоскоростной кабельной паре, которая находится под напряжением.
• Когда у нас ориентация B → CC2 активна → порт перенаправляется на полосу 2.

Сам разъем физически симметричен, но электроника в нем выполняет некоторые переключения, поэтому все кажется обратимым.. USB-C с правильными данными USB 3.x не является чисто механически обратимым. Ниже находится логика, которая меняет ориентацию полос в соответствии с ориентацией.

Почему все это имеет для вас значение?

Если вы используете кабель USB-C, который поддерживает только зарядку или передачу данных через USB 2.0, ориентация не имеет значения. В этом случае разъем «полностью реверсивен» для того, что вы делаете. Но все становится интереснее, когда что-то идет не так. Допустим, пара передачи SuperSpeed ​​с одной стороны разъема повреждена. Представьте, например, что TX1 на розетке (контакты A2 и A3) вышел из строя:

Если вы подключите его в такой ориентации, при которой устройство выбирает полосу 1 (сторона, которая использует TX1/RX1), соединение USB 3.x не удастся, и устройства по умолчанию вернутся к USB 2.0.

Если переключить кабель, порт уже использует другую линию (TX2/RX2), которая может быть неповрежденной. Внезапно тот же кабель «работает лучше», если подключить его другим способом.

Именно такое поведение я заметил со своим кабелем. Одна ориентация давала мне быстрые данные, а другая — значительно медленнее. В этом случае я отметил рабочую ориентацию маркером на обоих концах, и теперь кабель работает нормально. Та же логика применима и к порту устройства. Например, предположим, что контакт D+ на разъеме A6 порта USB-C вашего телефона погнут или загрязнен:

Подключите кабель так, чтобы его пара USB 2.0 совпадала с A6/A7, и данные USB 2.0 не могли быть переданы, иначе телефон колеблется между подключением и отключением.

Переверните разъем так, чтобы пара USB 2.0 на кабеле находилась на уровне B6/B7: базовая передача данных и зарядка снова станут нормальными.

Вот почему изменение ориентации иногда похоже на починку неисправного порта или кабеля. Вы буквально перемещаете ссылку с поврежденного блока на исправный дубликат.

USB-C — это здорово

(даже если маркетинга нет)

USB-C — это не просто «пучок проводов», подобный тем, которые вы видите, когда свертываете собственный Ethernet-кабель. Есть еще много вещей. Приличное устройство USB-C (а в некоторых случаях и кабель) имеет микросхему, которая контролирует контакты CC, знает, что есть что, каким образом все подключено, какой уровень мощности безопасен и по какой высокоскоростной полосе следует активировать.

К сожалению, в реальном мире репутация USB-C слегка запятнана рекламой его кабелей и портов. Визуально вы получаете 24 контакта на розетке и до 24 контактов на вилке, но во многих более дешевых кабелях фактически подключена лишь часть из них.. Это разрешено: USB-C — это стандарт разъема, а не гарантия того, что каждая реализация поддерживает все функции.

Для большинства устройств минимумом являются GND (земля), VBUS (питание) и пара D+/D- на USB 2.0. Все, что сверх этого, является дополнительной проводкой. Выше вы можете увидеть один из них, который я (жестоко) разорвал.

Иногда вам просто нужно перевернуть кабель

Это длинная версия того, почему мой кабель USB-C замедлялся при подключении в одну сторону и ускорялся при обратном. Когда один набор контактов или одна полоска неисправна, другая ориентация может избежать неисправности и создать впечатление, что все в порядке.

Во всяком случае, я надеюсь, что это даст вам новое представление о том, сколько волшебства скрывается за этим маленьким, невинно выглядящим портом USB-C.