Usb-c(haos) ontward

Toen usb-c in 2014 gereed was voor productie, presenteerde het USB-IF de stekker als omkeerbaar, met een maximale overdrachtssnelheid van 10Gbit/s en met een laadcapaciteit van 100 watt. Daar was geen woord van gelogen, maar een jaar later, toen de eerste laptops met die stekker op de markt kwamen, bleek dat niet alle laptops het maximale uit die aansluiting haalden. De Apple MacBook 12" ondersteunde maar een maximale overdrachtssnelheid van 5Gbit/s en laadde de accu met veel minder dan honderd watt.

We hebben op Tweakers al verschillende artikelen aan usb-c gewijd, want de aansluiting kan veel verwarring opleveren en dat komt doordat de ene usb-c-aansluiting de andere niet is. Of om het preciezer te zeggen: de fysieke aansluiting kan hetzelfde zijn, maar er kunnen veel verschillende signalen overheen worden gestuurd. Dus: hoe ziet die connector eruit en wat kun je ermee?

Usb-c connector

Bovenstaande afbeelding is schematisch gezien de usb-c-connector zoals je die op een laptop of een oplader kunt aantreffen. De connector is voorzien van twee rijen van twaalf pinnen, die gespiegeld zijn, waardoor een kabel geen onder- of bovenkant heeft en je hem op beide manieren kunt aansluiten. Dat wil niet zeggen dat al die pinnen ook worden gebruikt. Sterker nog: de usb-c-connector mag ook gewoon op een usb 2.0-aansluiting worden aangesloten en in dat geval wordt een deel van de pinnen niet gebruikt. Er kan echter ook een Thunderbolt 3.0-signaal overheen worden gestuurd, waarmee verschillende schermen worden aangestuurd terwijl met 100 watt wordt opgeladen. Om de verwarring compleet te maken, verplicht het USB-IF de fabrikant niet om het juiste logo bij de aansluiting te zetten.

Usb 2.0

Om je een beetje wegwijs te maken in de wirwar van mogelijke protocollen, zetten we uiteen wat er over de usb-c-connector kan worden gestuurd. Iedere usb-c-connector werkt op zijn minst volgens de usb 2.0-standaard. Dat wil zeggen dat er in ieder geval gegevens overgedragen kunnen worden met een maximale overdrachtssnelheid van 480Mbit/s. Bovendien is usb 2.0 compatibel met usb 1.1, waardoor je ook oudere randapparatuur kunt aansluiten. Voor de usb 2.0-verbinding worden pinnen A6 en A7 (of B6 en B7) gebruikt. Een V_bus-pin kan een stroomsterkte van 500mA bij een spanning van 5 volt leveren en uiteraard wordt ook een gnd-pin gebruikt.

Usb 3.1 en 3.2

De opvolger van usb 2.0 heette usb 3.0 en verhoogde de maximale doorvoersnelheid van 480Mbit/s naar 5Gbit/s. Usb 3.0 maakt gebuik van aparte lanes met een bandbreedte van 5Gbit/s, niet te verwarren met pci-e-lanes, die bestaan uit een TX/RX-paar. Usb 3.0 is full duplex, waar usb 2.0 nog half duplex was. Er zijn daarom vier pinnen nodig, en een TX/RX-paar bestaat daarom uit de pinnen A2/A3/B11/B10 of B2/B3/A11/A10.

Tegenwoordig is usb 3.0 hernoemd naar usb 3.1 gen1 en dat komt doordat er usb 3.1 gen2 bij is gekomen. Dat gebruikt dezelfde fysieke aders als gen1, maar heeft een twee keer zo hoge maximale doorvoersnelheid van 10Gbit/s. Het ontvangende en het versturende apparaat moeten, onder andere door een andere codering, allebei gen2 ondersteunen om van die hogere snelheid gebruik te maken.

Dan is er nog usb 3.2. In het wild zijn er nog geen usb 3.2-apparaten te zien, maar de specificatie is al wel af. Bij usb 3.2 worden alle TX/RX-paren in de usb-c-kabel gebruikt en wordt het signaal door lanestriping verdeeld over de twee TX/RX-paren, om vervolgens door lanebonding aan de andere kant weer samengevoegd te worden. Gebruik je dus het gen2-signaal, dan kun je het maximum van 10Gbit/s verdubbelen tot 20Gbit/s. Je zou ook alle lanes kunnen inzetten om er een gen1-signaal overheen te sturen, waarmee ook de gen1-bandbreedte van 5Gbit/s wordt verdubbeld en op 10Gbit/s uitkomt, maar door de minder efficiënte codering is dat waarschijnlijk in de praktijk minder snel en bovendien omslachtiger. Voor usb 3.2 moeten de gebruikte kabels namelijk wel geschikt zijn.

Usb power delivery

Usb-c-apparaten kun je opladen met meer dan de standaard 500mA bij 5 volt. Dat gebeurt met behulp van het usb power delivery-protocol. Zoals geldt voor alles wat over usb-c gaat, moet alles in de ketting het protocol ondersteunen. Dat wil zeggen dat je over een lader met ondersteuning voor usb pd moet beschikken, het apparaat aan de andere kant usb pd moet accepteren en de kabel ertussenin geschikt moet zijn om dat vermogen door te voeren.

Om die communicatie af te handelen, wordt de 'communicatiepin', A5 of B5, gebruikt. Die pin zorgt ervoor dat de bron en de ontvanger met elkaar een power delivery-profiel afspreken. In de nieuwste power delivery-revisie zijn er vier mogelijke spanningen: 5, 9, 15 en 20 volt. In eerdere revisies was ook 12 volt mogelijk, maar die optie is in de laatste specificatie geschrapt. Op iedere spanning mag een oplader maximaal 3 ampère leveren, behalve bij 20 volt, daar is het maximum 5 ampère. Bij smartphones gebruiken fabrikanten vaak eigen snellaadspecificaties, zoals Quick Charge van Qualcomm, maar die werken niet volgens de usb power delivery-specificatie. Als een usb-lader gecertificeerd is door het USB-IF, dan mag er een certified usb charger-logo op staan. Behalve de lader moet de gebruikte kabel ook voorzien zijn van een e-marker, die de maximale stroomsterkte van de kabel doorgeeft. Vervolgens moet het apparaat aan de andere kant ook met usb power delivery kunnen omgaan. Voor Power Delivery wordt gebruikgemaakt van de V_bus-pin.