Моят USB-C беше бавен, докато не направих тази направо нелепа поправка

Красивият USB-C. Вече е навсякъде. Дори Apple най-накрая се преориентира и прехвърли цялата си гама към него. И още по-добре, можете дори да зареждате AA батериите с USB-C порта. С този темп кое не би използвало USB-C? Разбира се, едно от най-големите му предимства е възможността за обръщане: за разлика от USB-A, USB-B или HDMI, можете да обърнете USB-C кабела в двете посоки и той ще работи по същия начин. Е, поне за някои.

Наскоро се сблъсках с USB-C кабел, който беше по-бавен, отколкото би трябвало да бъде. Но следващия път, когато го свързах, той работеше добре. Следващия път – не. Тогава разбрах, че едната ориентация работи, но другата – не. Обещанието за обратимост беше компрометирано, така че се наложи да проуча въпроса. Направих го и научих повече, отколкото очаквах, за вътрешната работа на USB-C конектора.

Но… какво всъщност е USB-C?

Конектор с много контакти.

USB-C е стандартен конектор. Представлява закръглен правоъгълник с 24 контакта вътре в него. Приемникът (портът на вашия телефон или лаптоп) открива тези 24 контакта. Технически погледнато, буксата на кабела също има 24 контакта, но някои от тях са вътрешно свързани помежду си, така че в крайна сметка имате по-малко независими връзки вътре в кабела, отколкото може да се предположи от броя на контактите. Повече за това по-късно.

Ако разгледате отблизо един USB-C порт, можете да видите малките контакти вътре. По-горе можете да видите USB-C порта на моя стар телефон Nothing Phone (1) и MacBook. USB-C портът на зарядното устройство на Apple е по-ясно видим, и в него липсват някои контакти, защото е предназначен само за зареждане, а не за високоскоростни данни.

Да се спрем по-подробно на USB-C

Таблици и диаграми

Толкова много изводи, но те не са просто пинове, свързани с проводници. Всеки от тях служи за определена цел. Ето една опростена схема, която направих, за да покажа изводите на USB-C приемника (порта). Това е за пълнофункционален USB-C порт; не всеки кабел или зарядно устройство използва всички тези изводи.

В много от реалните кабели двойката D+/D- на USB 2.0 е реализирана като единична диференциална двойка, споделена между двете страни на буксата, така че вътрешно тя се държи като „една двойка, която работи и в двете посоки“, дори ако изглежда малко по-различно на различните диаграми. Така че за USB-C ще получите нещо подобно на следното:

USB 2.0 Type-A имаше (и все още има) само четири извода: GND, VBUS, D+ и D-. Това е достатъчно за основен трансфер на данни и зареждане с 5 V. USB-C запазва тези изводи и добавя допълнителни захранващи изводи, високоскоростни диференциални двойки и допълнителни пинове.

Ако се вгледате внимателно в разположението на изводите, редовете A и B не са напълно огледални. Те са достатъчно симетрични, за да могат да бъдат обърнати, но има малки разлики, които са от значение. Ето къде нещата стават интересни.

USB-C не е чисто „механично“ обратим

Симетрия, но с уловка.

Спомнете си за един друг реверсивен конектор. Сещам се за цветните 3,5-милиметрови аудио жакове на моя компютър. Тези неща са обратими на 360 градуса; можете да ги въртите като детска играчка и те пак ще работят. Не съм сигурен дали „обратимостта“ някога е била цел на дизайна на аудио жаковете, но тя в голяма степен е била цел при USB-C. Реверсивността не е случаен страничен ефект. Тя беше основното намерение и инженерите (да ги благослови Господ) изминаха дълъг път, за да я осъществят.

Наличието на няколко заземяващи и VBUS извода има смисъл за резервирането и обработката на тока. Но USB-C отива по-далеч и дублира важните пинове за данни, така че конекторът да работи, независимо дали го поставяте с логото нагоре или надолу. Той обаче не е просто глупаво, идеално огледално парче метал.

С GND, VBUS и двойката D+/D- на USB 2.0 наистина няма как да се объркат. Без значение как го включвате, те се разполагат върху своите двойници и всичко е наред. Високоскоростните USB 3.x, DisplayPort и Thunderbolt обаче се грижат много за това кой от двата канала къде се намира.

Нека си една букса се свързва с гнездото. Има два начина, по които това свързване може да се осъществи, нека ги наречем ориентация А и ориентация Б. Когато обърнете буксата, двойките SuperSpeed не се подреждат магически до същите щифтове.

Стандартният USB 3.x (пренебрегвайки за секунда магията на многоканалните USB 3.2 x2 и USB4 / Thunderbolt) използва една двойка за предаване и една двойка за приемане на данни. Така че, ако конекторът (буксата) може да се появи като „Lane 1“ или „Lane 2“ в зависимост от ориентацията, как устройството разбира кой набор от пинове да използва в действителност? С това се справят CC изводите.

Какво прави CC пинът?

Портът знае коя е посоката нагоре.

Изводите CC са социалният координатор на USB-C. Те се грижат за това кой е домакинът, кой е устройството, кой осигурява захранването, колко захранване и, което е важно за нас, по кой начин е обърнат конекторът в момента (тук ще го опростим).

От страната на буксата контактът CC (A5 от едната страна на езичето, B5 от другата) се свързва през различни резистори в зависимост от това какъв е кабелът. От страната на устройството портът има pull-up или pull-down резистори, които му позволяват да определи: дали изобщо нещо е включено, дали това нещо е уред, зарядно устройство или аксесоар, и кой CC контакт (CC1 или CC2) е активен в момента, т.е. коя страна на конектора е „надолу“.

Ако CC1 (A5) е този, който се оказва свързан, устройството казва „Добре, това е ориентация А; високоскоростната лента 1, която е най-близо до CC1, е тази, която трябва да използвам“. Ако CC2 (B5) е тази, която се оказва свързана, устройството знае, че това е ориентация B и вместо това използва най-близката до CC2 лента.

С други думи:

• Когато имаме ориентация А → CC1 е активен → портът вътрешно определя Lane 1 към високоскоростната двойка на кабела, която е под напрежение.
• Когато имаме ориентация B → CC2 е активна → портът се пренасочва към лента 2.

Самият конектор е физически симетричен, но електрониката в него прави малко превключване, така че цялото нещо изглежда обратимо. USB-C с правилните данни на USB 3.x не е чисто механично обратим. Отдолу има логика, която пренасочва лентите, за да съответстват на ориентацията.

Защо всичко това има значение за вас?

Ако използвате USB-C кабел, който извършва само зареждане или пренос на данни по USB 2.0, ориентацията наистина няма значение. В този случай конекторът е „напълно реверсивен“ за това, което правите. Но нещата стават по-интересни, когато нещо се повреди. Да речем, че двойката за пренос SuperSpeed от едната страна на конектора е повредена. Представете си например, че TX1 на буксата (пинове А2 и А3) се е повредил:

Ако го включите в ориентацията, в която устройството избира Lane 1 (страната, която използва TX1/RX1), връзката USB 3.x ще се провали и устройствата по правило ще се върнат към USB 2.0.

Ако обърнете кабела, портът вече използва другата лента (TX2/RX2), която може да е непокътната. Изведнъж същият кабел „работи по-добре“, когато е включен по другия начин.

Точно такова поведение забелязах при моя кабел. Едната ориентация ми осигуряваше бързи данни, докато другата беше значително по-бавна. В този случай отбелязах работните ориентации с маркер в двата края и сега кабелът работи добре. Същата логика се прилага и за порта на устройството. Например, да предположим, че изводът D+ при A6 на USB-C порта на телефона ви е огънат или замърсен:

Включете кабела така, че двойката му USB 2.0 да се изравни с A6/A7 и данните от USB 2.0 да не могат да се предават или телефонът да се колебае между свързването и изключването.

Обърнете конектора така, че двойката USB 2.0 на кабела да се намира на B6/B7: изведнъж основният трансфер на данни и зареждането отново ще се извършват нормално.

Ето защо смяната на ориентацията понякога прилича на поправяне на неизправен порт или кабел. Вие буквално премествате връзката от повредена подложка към здрав дубликат.

USB-C е страхотен

(дори и маркетингът да не е)

USB-C не е просто „куп проводници“, както тези, които виждате, когато навивате собствения си Ethernet кабел. Има много повече неща. В едно прилично USB-C устройство (а в някои случаи и в кабела) има силиций, който следи CC изводите, разбира кой кой е, по кой начин са включени нещата, колко енергия е безопасна и коя високоскоростна лента да се задейства.

За съжаление в реалния свят репутацията на USB-C е леко влошена от начина, по който се рекламират неговите кабели и портове. Визуално получавате 24 извода на гнездото и до 24 контакта на щепсела, но в много от по-евтините кабели само част от тях са действително свързани. Това е позволено: USB-C е стандарт за конектори, а не гаранция, че всяко изпълнение поддържа всички функции.

За повечето устройства минимумът е GND (земя), VBUS (захранване) и двойката D+/D- на USB 2.0. Всичко извън това е допълнително окабеляване по избор. По-горе можете да видите едно от тях, което (брутално) разкъсах.

Понякога просто трябва да обърнете кабела

Това е дългата версия на причината, поради която моят USB-C кабел се забавяше, когато беше включен по един начин, и се ускоряваше, когато го обърнах. Когато единият набор от пинове или едната лента са дефектни, другата ориентация може да избегне повредата и да направи така, че да изглежда, че всичко се е оправила.

Ако не друго, надявам се това да ви даде нова представа за това колко много вълшебства се крият зад този малък, невинен на вид USB-C порт.