1. Ewolucja USB: od USB-A do USB-C

Pierwsze wzmianki o interfejsie Universal Serial Bus (lub po prostu USB) pochodzą z 1996 roku, kiedy to była kolejna możliwość podłączenia urządzeń peryferyjnych do komputerów. Pierwsze wersje USB pozwoliły znacznie uprościć proces łączenia i zapewnić kompatybilność różnych urządzeń. Z biegiem czasu standard ewoluował, oferując wyższe prędkości przesyłania danych i nowe możliwości, aż w 2014 roku wprowadzono specyfikację USB 3.1 z nowym fizycznym złączem USB-C, które stopniowo wypierało wszystkie inne opcje, stając się uniwersalnym standardem dla całej branży.

Ważne! Interfejs USB-C, lub jak się go często nazywa, Type-C, nie jest nowym standardem USB, jednak portem obsługującym różne standardy. Dlatego zewnętrznie identyczne kable mogą mieć różne możliwości techniczne. Na przykład jeden kabel może tylko przesyłać dane, a drugi może tylko ładować.

Oprócz zwiększenia przepustowości, USB-C przezwyciężyło główny problem starego złącza USB-A: w przeciwieństwie do swojego poprzednika, złącze USB-C ma symetryczny kształt i można je wkładać z obu stron, co znacznie upraszcza użytkowanie, a w niektórych przypadkach oszczędza nerwy.

Złącze Type-C można podłączyć z dowolnej strony.

Dzięki kompaktowemu złączu Type-C można stosować w szerokiej gamie sprzętu — od laptopów i konsoli do gier po tablety, karty dźwiękowe, monitory i gamepady. Otóż zastosowanie jednego standardu oznacza, że wystarczy jeden kabel, żeby naładować smartfon, podłączyć monitor do laptopa czy innego telefonu.

Popularne smartfony z USB-C

2. Różnice pomiędzy wersjami USB-C

Od czasu zaprezentowania w 2008 roku standardu USB 3.0 o przepustowości 480 Mb/s, protokół USB przeszedł wiele ulepszeń, a kluczowym dla niego rokiem był rok 2013, kiedy USB Promoter Group ogłosiła przyjęcie specyfikacji USB 3.1. Następnie został on podzielony na kilka wariantów z mylącymi oznaczeniami w duchu „Gen 1×1” i „Gen 2×1”, które wskazują przepustowość standardu i liczbę dostępnych linii do transmisji danych. W procesie opracowywania protokołu nauczono także przesyłania energii w celu ładowania podłączonych gadżetów (funkcja Power Delivery) i przesyłania obrazu po podłączeniu do monitora (alternatywny tryb DisplayPort).

Ewolucja interfejsu USB.

O tych funkcjach porozmawiamy nieco później, jednak na razie szybko przejrzyjmy główne wersje:

  • USB 3.2 Gen 1x1: Ta wersja obsługuje prędkość przesyłania danych do 5 Gb/s i jest zgodna z poprzednią wersją USB 3.0. Obsługuje transmisję wideo w rozdzielczości do 4K przy częstotliwości odświeżania do 60 Hz.
  • USB 3.2 Gen 1x2: Ta wersja obsługuje również prędkości do 5 Gb/s, jednak wykorzystuje dwa pasy danych, co podwaja przepustowość. Obsługuje transmisję wideo w rozdzielczości do 4K przy częstotliwości odświeżania do 60 Hz.
  • USB 3.2 Gen 2x1: Ta wersja obsługuje prędkości do 10 Gb/s, oferując większą wydajność przesyłania danych.
  • USB 3.2 Gen 2x2: Najbardziej zaawansowana wersja USB 3, obsługująca prędkości do 20 Gb/s przy użyciu dwóch pasów danych. Obsługuje rozdzielczości 4K i 8K przy częstotliwości odświeżania 60 Hz i wyższej.
  • USB4: To ewolucja standardu USB 3.2 Gen 2x2, która podwoiła przepustowość (z 20 Gb/s do 40), dodała kompatybilność wsteczną ze starszymi wersjami oraz obowiązkową obsługę technologii Power Delivery i Alt Mode. USB4 może przesyłać obrazy przez jeden port na kilka wyświetlaczy 4K z HDR i wysoką częstotliwością odświeżania. Można też używać jednego monitora 8K z częstotliwością odświeżania 60 Hz i obsługą HDR.
Popularne tablety z USB-C

3. Power Delivery i szybkie ładowanie

Mówiąc najprościej, Power Delivery (PD) to uniwersalny standard szybkiego ładowania, który umożliwia przesyłanie energii poprzez USB-C pomiędzy różnymi urządzeniami. Kluczową cechą PD jest możliwość dwukierunkowej wymiany energii: urządzenia mogą nie tylko odbierać ładunek, jednak także przekazywać go innym. Na przykład w pełni naładowany laptop może ładować iPhone'a, tablet z Androidem lub dowolne inne urządzenie USB-C obsługujące PD.

Obsługa Power Delivery umożliwia urządzeniom USB-C dzielenie zasilania.

Jeśli masz wiele urządzeń obsługujących szybkie ładowanie, istnieje duże prawdopodobieństwo, że wszystkie lub większość z nich będzie kompatybilna z funkcją Power Delivery. Oznacza to, że możesz używać jednej ładowarki lub powerbanku do wszystkich tych gadżetów, bez konieczności szukania oddzielnych akcesoriów dla każdego z nich. Ponadto PD obsługuje wiele zasilaczy i powerbanków różnych producentów, co pozwala za pomocą 1-2 kabli podłączyć i naładować cały zestaw urządzeń, czy to smartfony, laptopy, monitory, dyski zewnętrzne czy karty dźwiękowe.

Jak działa Power Delivery?

Power Delivery (PD) działa poprzez dynamiczne dostarczanie mocy przez USB-C, automatycznie dostosowując napięcie i prąd do wymagań podłączonego urządzenia. Podczas podłączania urządzenia do źródła zasilania odbywają się „negocjacje” co do wymaganej mocy, a wbudowane mechanizmy zabezpieczające regulują napięcie, zapobiegając przeciążeniu i przegrzaniu.

PD włącza się automatycznie: zaraz po rozpoczęciu ładowania sterownik wybiera maksymalną możliwą moc. Urządzenia dużej mocy (takie jak laptopy) są zwykle ładowane ze źródeł o wystarczającej mocy (takich jak adaptery lub powerbanki). Natomiast urządzenia o niskim poborze mocy (takie jak smartfony) nie mogą skutecznie ładować urządzeń wymagających dużej mocy. Standard działa tylko wtedy, gdy zarówno źródło zasilania, jak i podłączone urządzenie obsługują PD. W przeciwnym razie stosowany jest standardowy tryb ładowania ze zmniejszoną mocą.

Wymagania energetyczne dla różnych typów urządzeń.

Wersje Power Delivery

  • USB PD 1.0: Pierwsza wersja standardu, zdolna do przesyłania mocy do 10 W (5 V przy 2 A). Głównym przeznaczeniem jest ładowanie małych urządzeń, takich jak smartfony i tablety.
  • USB PD 2.0: Znacząca poprawa w stosunku do PD 1.0, obsługująca moc do 100 W (20 V przy 5 A). Rozszerza to możliwości ładowania urządzeń mobilnych, laptopów, monitorów i innych urządzeń energochłonnych.
  • USB PD 3.0: Zawiera nowe funkcje poprawiające bezpieczeństwo i wydajność ładowania, takie jak Programmable Power Supply (PPS), który pozwala na bardziej precyzyjną kontrolę napięcia i prądu w czasie rzeczywistym. Maksymalna moc pozostaje na poziomie 100 W.
  • USB PD 3.1: Najnowsza wersja rozszerzająca możliwości do 240 W (48 V przy 5 A). Obsługa wyższych napięć pozwala ładować i zasilać również mocniejsze urządzenia, takie jak laptopy i monitory do gier.

Jak się dowiedzieć, która wersja Power Delivery jest obsługiwana przez Twoje urządzenie?

Informacje te można znaleźć w instrukcji urządzenia lub na stronie internetowej producenta: wiele urządzeń obsługujących PD ma oznaczenie „PD” lub „USB-C Power Delivery” na opakowaniu lub w specyfikacji technicznej. Jeśli brakuje informacji, spróbuj wyszukać w Google.

Ważne! Maksymalna moc akcesorium musi odpowiadać maksymalnej mocy wejściowej ładowanego urządzenia lub przekraczać ją. Jeśli ten warunek nie zostanie spełniony, ładowanie będzie wolniejsze, chociaż szkody nie będzie. Informacje na temat maksymalnej mocy wyjściowej i wejściowej można znaleźć w specyfikacji akcesoriów i urządzeń. Jeśli masz wiele gadżetów, wybierz akcesorium pasujące do urządzenia o najwyższej mocy wejściowej. Przykładowo, jeśli masz smartfon o mocy 30 W i ultrabooka o mocy 45 W, akcesorium musi zapewniać moc wyjściową co najmniej 45 W, w przeciwnym razie szybkie ładowanie nie będzie działać prawidłowo.
Popularne akumulatory Powerbank do ładowania laptopów przez USB-C

4. Obsługa wideo i audio (Alt Mode)

Oprócz transmisji mocy, USB-C może obsługiwać wyjątkową zdolność przesyłania sygnałów wideo i audio w trybie Alternate Mode (Alt Mode). Ten tryb umożliwia złączu USB-C korzystanie z innych interfejsów multimedialnych, w tym DisplayPort, HDMI, MHL i Thunderbolt 3.

USB-C z obsługą Alternate Display Mode (Alt Mode) może służyć do przesyłania obrazów na monitory zewnętrzne.
  • DisplayPort Alt Mode: umożliwia strumieniowe przesyłanie wideo w wysokiej rozdzielczości (do 8K) i dźwięku za pomocą złącza USB-C. Obsługiwane na wielu nowoczesnych urządzeniach, w tym zarówno laptopach, jak i smartfonach.
  • HDMI Alt Mode: umożliwia podłączenie urządzeń USB-C do telewizorów i wyświetlaczy obsługujących HDMI bez konieczności stosowania adapterów. Obsługuje transmisję wideo w rozdzielczościach do 4K z dźwiękiem wielokanałowym.
  • MHL i Thunderbolt 3: MHL umożliwia strumieniowe przesyłanie obrazu i dźwięku na ekrany o wysokiej rozdzielczości. Thunderbolt 3 łączy w sobie możliwości transmisji danych, wideo i zasilania, obsługując prędkości do 40 Gb/s i rozdzielczości do 8K.

Ogólnie rzecz biorąc, Alternate Mode zmienia USB-C w poważne narzędzie dla twórców, które pozwala łączyć różnego rodzaju gadżety z monitorami i telewizorami. Najczęściej służy do podłączenia laptopów do monitorów zewnętrznych, przesyłania treści ze smartfonów do telewizorów, czy wykorzystania stacji dokującej USB-C jako rozdzielacza do jednoczesnego przesyłania treści na wiele monitorów.

Popularne laptopy z USB-C (Alt Mode)

5. Przyjrzyjmy się funkcjom USB-C na przykładzie wielofunkcyjnego monitora Smart

Jak już rozumiesz, możliwości USB-C mogą się różnić w sprzęcie różnych producentów i lepiej je wyjaśnić osobno dla każdego modelu. Przykładowo smartfon z portem USB-C z góry obsługuje funkcję Power Delivery, gdyż jest to jego główny port. Ale jak sprawdzić, czy laptop ma szybkie ładowanie przez USB-C? Czy można podłączyć zewnętrzny monitor 4K do komputera PC z interfejsem USB 3.2 Gen 1x1? Czy nowoczesna myszka będzie współpracować z koncentratorem USB monitora, aby nie zajmować portów laptopa?

Przykład możliwości, jakie daje złącze Type-C z interfejsem Thunderbolt.

Do eksperymentu wybraliśmy nowoczesny Samsung Smart Monitor M7 z systemem operacyjnym Tizen i pakietem różnorodnych portów USB, za pomocą których możemy rozważać różne scenariusze połączeń.

Pytanie pierwsze: Czy możliwe jest przesyłanie zarówno zasilania, jak i obrazu przez USB-C przy napięciu 20 V (3,5 A)?

Producent zapowiedział wsparcie dla Power Delivery z Alternate Mode, a także wskazał moc portu na poziomie 65 W. Można zatem przykładowo podłączyć MacBooka Pro do Samsunga M7, jednocześnie przesyłając obraz na monitor i ładując sam laptop. Należy tylko pamiętać, że na jakość połączenia może mieć wpływ nieodpowiedni lub niskiej jakości kabel USB.

Jakiej jakości obraz można przesyłać?

Nie wszyscy producenci wskazują pełną wersję portu USB-C, dlatego często trzeba będzie odsyłać do oficjalnej strony internetowej. W tym przypadku producent wskazał jedynie wersję portu USB-C 3.1 Gen2 o przepustowości 10 Gb/s i obsłudze zewnętrznych monitorów z USB-C, bazując na specyfikacji standardu, uzyskujemy obraz w formacie „4K + 60 Hz”.

Czy można podłączyć myszkę bezpośrednio do monitora, jeśli jest ona podłączona do komputera PC poprzez USB-C?

Tak, zazwyczaj takie monitory są pozycjonowane jako wygodne profesjonalne urządzenia, które mogą być równie przydatne, powiedzmy, dla projektanta, kodera, analityka lub administratora systemu. Dlatego oprócz głównego USB-C wyposażono je w dodatkowe porty USB klasy 2.0 i 3.0 przeznaczone specjalnie do podłączenia urządzeń peryferyjnych. Problem ten dotyczy raczej nowoczesnych ultrabooków wyposażonych tylko w kilka portów USB (witaj, Apple), z których jeden jest stale podłączony do monitora, a drugi służy do ładowania.

Czy da się zasilić monitor z laptopa bez Power Delivery?

Nie, jest to fizycznie niemożliwe.

Jakie są ograniczenia przy jednoczesnym przesyłaniu danych i ładowaniu przez USB-C?

Możliwe jest jednoczesne przesyłanie danych i ładowanie przez USB-C, jednak może to spowolnić którąkolwiek z tych funkcji ze względu na ograniczenia przepustowości. Do efektywnej pracy potrzebne są wysokiej jakości kable i adaptery zgodne ze standardami USB-C i Power Delivery.

Popularne monitory z wejściem USB-C

6. Podsumowanie

Type-C powinien zastąpić tuzin różnych złączy i doprowadzić USB do jednego standardu

USB-C zrewolucjonizowało świat technologii, zapewniając wszechstronne i wygodne rozwiązanie do przesyłania danych, wideo, audio i zasilania. Dzięki takim funkcjom, jak odwracalne złącza, wysoka prędkość przesyłania danych i obsługa Power Delivery, USB-C zastępuje wiele tradycyjnych złączy i sprawia, że korzystanie z urządzeń jest łatwiejsze i wygodniejsze. Standard wciąż ewoluuje, a jego przyszłość zapowiada również więcej funkcji i ulepszeń. Standard ten zmienił już sposób, w jaki podłączamy i ładujemy urządzenia i nadal będzie odgrywał kluczową rolę w branży technologicznej. Tym samym USB-C nie tylko upraszcza interakcję z różnymi urządzeniami, jednak także otwiera nowe perspektywy w ich użytkowaniu, czyniąc nasze codzienne życie wygodniejszym.