כיצד לפשט חיבוריות תוך שימוש ב-USB-C‏

מחשבים אישיים, מחשבים ניידים וטאבלטים ממשיכים להתכווץ ומשאירים מעט מקום למחברי ממשק ואספקת כוח. במקביל, קצבי הנתונים גדלים, ויש מספר הולך וגדל של תקני ממשק נתונים, אודיו ווידאו, כל אחד עם מחבר הממשק הייחודי שלו. עם זאת, משתמשים ממשיכים לדרוש פשטות וגמישות. הפתרון לסוגיות אלו הוא מחבר פיזי ™USB Type-C‏ (USB-C).

מאמר זה דן בקצרה בדרישות חיבוריות מודרניות וכיצד ניתן לעמוד בהן על ידי שימוש ב-USB-C‏. הוא כולל דוגמאות של עגינת USB-C‏, מחברים וכבלים מבית Tripp Lite by Eaton ומראה כיצד ניתן להשתמש בהן כדי לפשט חיבוריות התקנים.

תקני USB‏

תקן ממשק ה-USB‏ התחיל כאפיק היקפי עבור פרטי ממשק מחשב כגון מקלדות, עכברים וזיכרון נשלף. במרוצת השנים, הוא הבשיל לסדרה של תקנים שהפכה לממשק המוביל עבור מחשבים, ציוד היקפי וטלפונים. הוא גם הוסיף אספקת כוח‏ (PD) ואיפשר מינהור (Tunneling‏) של‏ פרוטוקולים שונים, כגון DisplayPort‏ (DP‏), Ethernet‏ ו-High-Definition Multimedia Interface‏ (HDMI‏). הגירסה האחרונה, USB4‏, תומכת בקצבי נתונים של‏ 40 גיגה-ביט לשנייה (Gbps‏) ו-PD של עד 240 ואט‏ (Rev. 3.1). היא עדיין שומרת על תאימות-לאחור עם גרסאות תקן קודמות כמו USB 3.2‏ ו-USB 2.0‏.

המחברים בהם משתמשים עם USB‏ התפתחו ממחברי ה-USB-A‏ ו-USB-B המקוריים והוואריאנטים שלהם למחבר ה-USB-C‏ הנוכחי. USB 3.2 Gen 2, התומך בהעברות נתונים של עד Gbps‏ 10‏, היה תקן ה-USB‏ האחרון שאיפשר את השימוש במחברי USB-A‏ ו-USB-B ישנים יותר. USB 3.2 Gen 2x2‏ תומך בקצבי נתונים של Gbps‏ 20‏ ודורש מחבר USB-C‏, כמו גם USB4‏.

מחבר ה-USB-C

מחברי USB‏ פיזיים, כגון USB-C‏, הם נבדלים מתקני ממשק ה-USB‏ כמו USB4‏. מחברי USB‏ כוללים‏ תקעים ושקעים המוגדרים בנפרד על ידי פורום ה-USB Implementers ‏(USB-IF). עם כל יכולות התפוקה ואספקת הכוח שלהם, מחברי USB-C‏ הם קטנים, גדולים רק במעט ממחברי מיקרו USB-A,‏ תכונה ההופכת אותם למתאימים עבור התקנים קטנים.

מחבר‏ USB-C‏ משתמש ב-24‏ פינים המסודרים להתחבר למגעים תואמים בשתי האוריינטציות, דבר העושה את המחבר להפיך. הקצאת ‏האותות לפינים במחבר‏ USB-C‏ מספקת תובנה של פונקציות אספקת כוח, נתונים ובקרה של תקן ה-USB (איור 1‏).

איור 1‏: מוצגת הקצאת ‏האותות לפינים במחבר‏ USB-C; מגעים תואמים ניתנים לחיבור בשתי האוריינטציות, מה שעושה את המחבר להפיך. (מקור תמונה: Tripp Lite by Eaton)

USB PD‏ הוא מפרט אספקת כוח אינטראקטיבי‏ת המאפשר להתקנים לנהל משא ומתן על המקור, קולט אספקת הכוח (עומס) ורמת ההספק המסופקת, תוך שימוש בפיני VBUS והארקה. ישנם ארבעה מגעי אספקת כוח VBUS וארבעה פיני ארקה של אספקת כוח. רמות ההספק המקסימליות מוגדרות על ידי תקן ה-USB בו משתמשים בהתקנים והן תואמות עם מפרטי ה-USB PD. תחת USB PD‏, חוזי הספק בין מקורות כוח והתקני עומס נקבעים תוך שימוש בקווי Channel Configuration‏ (CCx).

קווי ה-CCx משמשים לגילוי אוריינטציית חיבור ותצורת ערוץ. הם גם משמשים עבור בקרת הספק ואיתות עם USB PD‏. תחת USB PD‏, רמת ההספק המקסימלית של 240‏ ואט‏ ‏זמינה בהתבסס על‏ מתח אספקה של‏ 48 וולט ברמת זרם של‏ ‏5‏ אמפר (A‏). בעוד כל כבלי ה-USB-C‏ כוללים את קווי ה-CCx ותומכים ב-USB PD‏, הם יכולים לא לתמוך בכל תחום המתחים והזרמים המוגדרים ב-USB PD‏. על המשתמשים לפנות לגיליון הנתונים של הכבל עבור רמת ההספק הנתמכת.

קווי ה- +D וה- -D הייעודיים שומרים על תאימות עם תקן ה-USB 2.0‏ הישן יותר, שעובד ‏בקצב נתונים נמוך יותר מגרסאות ה-USB‏ הנוכחיות.

הפינים המודגשים בכחול כוללים ארבעה זוגות אות דיפרנציאליים, יוצרים שני נתיבי נתונים התומכים ב-SuperSpeed USB. נתמכים קצבי נתונים של‏ Gbps‏ 10‏ עבור USB 3.2 Gen 2x1‏, Gbps‏ 20‏ עבור USB 3.2 Gen 2x2‏ ו-‎40 Gbps עבור USB4 Gen 3x2.

קווי ה-Sideband Use‏ (SBU1 ו-SBU2) הם אותות עזר המשמשים במצבי המדיה החלופית הנתמכים על ידי מפרטי ה-USB-C כדי לאפשר רב-תכליתיות של סט המחברים. ערוץ ה-AUX מטפל בניהול קישור ובקרת מצב בדיקה. לאחר כינון חוזה ההספק בין התקנים, USB PD יכול ליזום קישורי נתונים מצב חלופי (Alt Mode) כגון DP. הוא מנהל משא ומתן על ה-Alt Mode handshaking תוך שימוש בהודעות מוגדרות-ספק (VDM) על קישורי ה-SBU. לאחר משא ומתן ה-‏DP Alt Mode, ה-DP ימשיך עם אימון קישור כדי ליצור את החיבור. אימון קישור ה-DP‏ ממטב את הקישור בין‏ מקור‏ DP וקולט כדי להבטיח חיבור‏ איתן עבור הזרמת נתונים. DP Alt Mode מאפשר לכבלי USB-C‏ לטפל בנתוני USB‏, מערך גרפיקת וידאו (VGA‏), ממשק ויזואלי דיגיטלי (DVI),‏ HDMI‏ ואותות וידאו DP.

אפשרות לשליחת פרוטוקולים חלופיים דרך USB היא מנהור פרוטוקולים (Protocol Tunneling‏). מנהור פרוטוקולים (Protocol Tunneling‏‏) יוצר‏ צינור נתונים בפרוטוקול אחד, ששולח נתונים מפרוטוקול אחר דרך הכבל. תוך שימוש במנגנון זה, מנהרת‏ USB-C‏ יכולה לשלוח נתוני DP‏ או PCIe‏ בין התקנים.

כבלי USB-C‏

כבלי USB-C‏ מציעים מגוון אורכים,‏ הספקים ומהירויות העברת נתונים כדי להתאים לתקן ה-USB בו משתמשים. Tripp Lite by Eaton מציעה כמעט מאה‏ סוגים של‏ כבלי USB-C‏ כדי לספק מגוון רחב של‏ פונקציות ואפשרויות הרחבה עבור התקנים המשתמשים במחברי USB-C‏.

דוגמה‏ טובה היא ה-U520-31N,‏ כבל USB4‏ עם תקעים בכל קצה. הוא תומך ב-DP Alt Mode, מציע רזולוציית וידאו של 4K‏ או 8K‏ בקצב רענון של‏ 60 הרץ (Hz‏). ה-U520-31N‏ גם תואם עם USB PD‏ ומדורג‏ לטפל בזרם של A‏ 5‏ ב-‏20‏ וולט כדי למסור 100 ואט‏ הספק. הכבל הוא באורך‏ 2.6 רגל (ft)‏ (0.7925 מטר (m)), ובעל דרוג קצב העברה מקסימלי ‏של‏ Gbps‏ 40‏. שים לב שקצב ההעברה המקסימלי של כבלי‏ USB-C‏ משתנה ביחס הפוך לאורכם.

לצורך השוואה, ה-MTB3-01M5-5A-B‏ (איור 2‏) הוא כבל תואם‏ USB 3.2 Gen 2x2‏ המדורג לטפל בנתונים בקצבי העברה של‏ Gbps‏ 20‏, שתומך ברזולוציית וידאו 4K ב-‎60 Hz. כמו כבל ה-USB4‏, הוא‏ תואם USB PD עם אותו דירוג של 100 ואט. כבל זה הוא‏ באורך של‏ ‏‎5 ft‏ (1.5 מטר), לכן קצב הנתונים המקסימלי הנמוך יותר.

איור 2‏: ה-MTB3-01M5-5A-B‏ הוא כבל‏ USB 3.2 Gen 2x2‏ התומך בקצבי נתונים עד Gbps‏ 20‏. (מקור תמונה: Tripp Lite by Eaton)

מתאמי USB-C‏

מתאמים מתחברים ‏לנקודת-חיבור כניסה/יציאה (I/O) במחשב וממירים את הפרוטוקול שלו לתקן אחר. לדוגמה, ה-Tripp Lite by Eaton U436-06N-GB-C הוא מתאם USB-C‏ לרשת‏ Gigabit‏ העובד עם התקנים המשתמשים ב-USB 3.0‏, USB 3.1 Gen 1‏ או USB 3.2 Gen 1 עם קצבי נתונים של עד Gbps‏ 5‏ (איור 3‏).

איור 3: ה-Tripp Lite U436-06N-GB-C הוא מתאם ‏USB-C‏ ל-Gigabit Ethernet עם נקודת טעינה USB-C. (מקור תמונה: Tripp Lite by Eaton)

מחבר הכניסה הוא תקע USB-C‏, והיציאה היא שקע‏ Ethernet RJ-45. המתאם גם כולל שקע‏ USB-C‏ היכול לספק עד 60 ואט‏ (‏20‏ וולט ב-A‏ 3‏). מתאם זה מאפשר למחשבים ניידים עם USB-C‏ בלבד להשתמש בחיבור‏ Ethernet‏ חוטי אם חיבור אלחוטי‏ אינו זמין או איטי מדי.

בהינתן שתקן ה-USB‏ יכול לטפל בפרוטוקולים שונים רבים, טבעי שיופיעו מתאמים מרובי יציאות. מתאמים אלו לרוב מספקים נקודות-חיבור תקשורת נתונים שאינן קיימות עוד במחשבים ניידים קטנים יותר.

דוגמה‏ טובה היא ה-U444-06N-H4GUC2. מתאם זה תומך באודיו דיגיטלי, וידאו 4K‏ ב-Hz‏ 60‏, USB PD‏ ו-Gigabit Ethernet מנקודת-חיבור USB-C של מחשב‏ (איור 4‏).

איור 4‏: מתאם מרובה יציאות U444-06N-H4GUC2 מוסיף HDMI‏, Ethernet‏, נקודת טעינה‏ USB-C‏‏ ונקודת-חיבור USB-A‏ למחשב. (מקור תמונה: Tripp Lite by Eaton)

נקודת-החיבור USB-A‏ ב-U444-06N-H4GUC2 יכולה לספק 7.5 ואט‏ (5‏ וולט ב-A‏ 1.5‏), בעוד נקודת הטעינה USB-C‏ מספקת 25 ואט‏ (5‏ וולט ב-A‏ 5‏).

תחנות עגינה ממירות מחשבים ניידים לתחנות עבודה

תחנות עגינה מרחיבות את‏ החיבוריות של‏ מחשב נייד על ידי הוספת נקודות-חיבור מרובות דרך מחבר‏ USB-C. הן למעשה ממירות‏ מחשב נייד לתחנת עבודה‏ מרובת-פונקציות . לדוגמה, ה-Tripp Lite by Eaton U442-DOCK2-S USB-C מוסיפה נקודות-חיבור ייעודיות עבור HDMI,‏ mini DP‏, VGA‏, Ethernet‏, זיכרון SD ו-microSD‏,‏ אספקת כוח USB-C‏ ושלושה מחברי USB-A‏ (איור 5‏). שקע אוזניות 3.5 מ"מ גם כן כלול.

איור 5‏: תחנת העגינה U442-DOCK2-S USB-C מגדילה את המספר ואת סוגי נקודות-החיבור הזמינים ממחשב נייד, כולל אודיו, זיכרון, USB ו-Ethernet. (מקור תמונה: Tripp Lite by Eaton)

נקודות-החיבור mini DP ו-HDMI‏ תומכות ברזולוציה 4K x 2K בוידאו Hz‏ 30‏, ונקודת-החיבור VGA תומכת ברזולוציה 1080P‏ ב-Hz‏ 60‏. נקודת-החיבור Ethernet RJ-45 תומכת ב-10/200/1000 מגה-ביט לשנייה (Mbps)‏ Ethernet‏. שלוש נקודות-החיבור USB-A‏ ניתנות לשימוש עבור ציוד היקפי USB, כגון‏ לוח מקשים,‏ עכבר, כונני Flash,‏ מדפסת או סמארטפון. הן מספקות הספק DC של עד 7.5 ואט (5‏ וולט ב-‏‎1.5 A‏). נקודת הטעינה USB-C הדו-כיוונית יכולה לטפל בעד 60 ואט‏ (‏20‏ וולט ב-A‏ 3‏).

נקודת-החיבור USB-C של מחשב נייד מאפשרת מגוון זה של‏ ממשקים על ידי שימוש ביכולות מרובות-הפרוטוקול של תקן ה-USB‏.

סיכום

מחברי USB-C‏ תומכים בקצבי העברת נתונים של עד Gbps‏ 40‏, PD עד 120‏ ואט‏, והם הפיכים. כדי לסייע להפיק יתרון מלא מהיכולות שלהם, Tripp Lite by Eaton‏ מציעה‏ מגוון רחב של פתרונות‏ USB-C‏ בצורת כבלים, מתאמים ותחנות עגינה, כדי לתמוך בפונקציונליות וחיבוריות חזקה ממחבר‏ USB-C‏ יחיד.