Simplifier la connectivité avec USB-C

Les ordinateurs personnels, les ordinateurs portables et les tablettes sont de plus en plus petits, ce qui laisse peu de place pour les connecteurs d'interface et d'alimentation. Dans le même temps, les débits de données augmentent et il existe un nombre croissant de normes d'interface de données, audio et vidéo, chacune avec son propre connecteur d'interface. Pourtant, les utilisateurs continuent d'exiger simplicité et flexibilité. La solution à ces problèmes est un connecteur physique USB Type-C™ (USB-C).

Cet article traite brièvement des exigences de connectivité modernes et de la manière dont elles peuvent être satisfaites avec USB-C. Il présente des exemples de stations d'accueil, de connecteurs et de câbles USB-C de Tripp Lite by Eaton et montre comment ces produits peuvent être utilisés pour simplifier la connectivité des dispositifs.

Normes USB

La norme d'interface USB a commencé en tant que bus périphérique pour les éléments d'interfaces informatiques tels que les claviers, les souris et la mémoire amovible. Au fil des ans, elle a évolué en une série de normes et est devenue l'interface de référence pour les ordinateurs, les périphériques et les téléphones. Elle a également ajouté la version de distribution de puissance Power Delivery (PD) et a permis la tunnellisation de divers protocoles, tels que DisplayPort (DP), Ethernet et HDMI. La dernière version, USB4, prend en charge des débits de données de 40 gigabits par seconde (Gbps) et une distribution de puissance jusqu'à 240 watts (W) (Rév. 3.1). La rétrocompatibilité avec les versions antérieures comme USB 3.2 et USB 2.0 est maintenue.

Les connecteurs utilisés avec USB ont évolué des connecteurs USB-A et USB-B originaux et leurs variantes jusqu'au connecteur USB-C actuel. L'USB 3.2 Gen 2, qui prend en charge les transferts de données jusqu'à 10 Gbps, est la dernière norme USB permettant l'utilisation des anciens connecteurs USB-A et USB-B. L'USB 3.2 Gen 2x2 prend en charge des débits de données de 20 Gbps et requiert un connecteur USB-C, tout comme l'USB4.

Le connecteur USB-C

Les connecteurs physiques USB, tels qu'USB-C, sont distincts des normes d'interface USB comme USB4. Les connecteurs USB composés de fiches et de prises sont spécifiés séparément par l'USB Implementers Forum (USB-IF). Malgré toutes leurs capacités de débit et de puissance, les connecteurs USB-C sont petits, à peine plus grands que les micro-connecteurs USB-A, ce qui les rend adaptés aux petits dispositifs.

Un connecteur USB-C utilise 24 broches disposées de manière à raccorder les contacts correspondants dans l'une ou l'autre orientation, ce qui rend le connecteur réversible. L'affectation des broches de signaux d'un connecteur USB-C donne des informations sur les fonctions d'alimentation, de données et de contrôle de la norme USB (Figure 1).

Figure 1 : Affectations des broches de signaux du connecteur USB-C. Les contacts correspondants peuvent être raccordés dans n'importe quelle orientation, ce qui rend le connecteur réversible. (Source de l'image : Tripp Lite by Eaton)

USB PD est une spécification de distribution de puissance interactive permettant aux dispositifs de négocier la source, l'absorption de puissance (charge) et le niveau de puissance fourni via les broches de terre et VBUS. Il y a quatre contacts d'alimentation VBUS et quatre contacts de terre. Les niveaux de puissance maximum sont définis par la norme USB utilisée dans les dispositifs et sont conformes à la spécification USB PD. Avec USB PD, les contrats d'alimentation entre les sources d'alimentation et les dispositifs de charge sont négociés à l'aide des lignes de configuration de canal (CCx).

Les lignes CCx sont utilisées pour détecter l'orientation de connexion et la configuration de canal. Elles sont également utilisées pour le contrôle de l'alimentation et la signalisation avec USB PD. Avec USB PD, le niveau de puissance maximum de 240 W est disponible sur la base d'une tension d'alimentation de 48 volts (V) à un niveau de courant de 5 ampères (A). Bien que tous les câbles USB-C incluent les lignes CCx et prennent en charge USB PD, ils peuvent ne pas prendre en charge la plage complète de tensions et de courants spécifiée dans USB PD. Les utilisateurs doivent se référer à la fiche technique du câble pour connaître le niveau de puissance pris en charge.

Les lignes D+ et D- dédiées maintiennent la compatibilité avec l'ancienne norme USB 2.0, qui fonctionne à un débit de données inférieur à celui des versions USB actuelles.

Les broches indiquées en bleu englobent quatre paires de signaux différentiels, formant deux voies de données prenant en charge SuperSpeed USB. Des débits de données de 10 Gbps pour USB 3.2 Gen 2x1, 20 Gbps pour USB 3.2 Gen 2x2 et 40 Gbps pour USB4 Gen 3x2 sont pris en charge.

Les lignes d'utilisation de bande latérale (SBU1 et SBU2) sont des signaux auxiliaires utilisés dans les modes de support alternatifs pris en charge par la spécification USB-C pour permettre une utilisation multiple du jeu de connecteurs. Le canal AUX gère la gestion des liaisons et le contrôle du mode de test. Après avoir défini le contrat d'alimentation entre les dispositifs, l'USB PD peut initier des liaisons de données en mode alternatif (mode Alt) telles que DP. Il négocie la mise en liaison en mode Alt à l'aide de messages définis par le fournisseur (VDM) sur les liaisons SBU. Après la négociation de mode Alt DP, DP procède à la formation de liaison pour établir la connexion. La formation de liaison DP optimise la liaison entre une source DP et un récepteur DP pour garantir une connexion robuste pour la diffusion de données. Le mode Alt DP permet aux câbles USB-C de gérer les données USB et les signaux vidéo DP, VGA, DVI et HDMI.

Une option pour envoyer des protocoles alternatifs via USB est la tunnellisation de protocoles. La tunnellisation de protocoles crée un conduit de données dans un protocole, qui envoie les données d'un autre protocole via le câble. Grâce à ce mécanisme, un tunnel USB-C peut envoyer des données DP ou PCIe entre des dispositifs.

Câbles USB-C

Les câbles USB-C offrent une variété de longueurs, de valeurs de tenue en puissance et de vitesses de transfert de données pour correspondre à la norme USB utilisée. Tripp Lite by Eaton propose près d'une centaine de types de câbles USB-C pour offrir un vaste choix de fonctions et d'options d'extension pour les dispositifs utilisant des connecteurs USB-C.

Un bon exemple est l'U520-31N, un câble USB4 avec des fiches à chaque extrémité. Il prend en charge le mode Alt DP, offrant une résolution vidéo 4K ou 8K à un taux de rafraîchissement de 60 Hertz (Hz). L'U520-31N est également compatible avec USB PD et il est répertorié pour gérer 5 A à 20 V pour fournir 100 W de puissance. Le câble mesure 0,7925 mètre (m) de long et a un taux de transfert maximum nominal de 40 Gbps. Notez que le taux de transfert maximum des câbles USB-C varie inversement avec la longueur.

À titre de comparaison, le MTB3-01M5-5A-B (Figure 2) est un câble compatible USB 3.2 Gen 2x2 répertorié pour gérer les données à des taux de transfert de 20 Gbps, prenant en charge la résolution vidéo 4K à 60 Hz. Comme le câble USB4, il est compatible USB PD avec la même puissance nominale de 100 W. Ce câble a une longueur de 1,5 m, d'où le débit de données maximum inférieur.

Figure 2 : Le MTB3-01M5-5A-B est un câble USB 3.2 Gen 2x2 qui prend en charge des débits de données jusqu'à 20 Gbps. (Source de l'image : Tripp Lite by Eaton)

Adaptateurs USB-C

Les adaptateurs se connectent au port entrée/sortie (E/S) d'un ordinateur et convertissent son protocole dans une autre norme. Par exemple, l'U436-06N-GB-C de Tripp Lite by Eaton est un adaptateur USB-C vers Gigabit qui fonctionne avec des dispositifs utilisant USB 3.0, USB 3.1 Gen 1 ou USB 3.2 Gen 1 avec des débits de données jusqu'à 5 Gbps (Figure 3).

Figure 3 : L'U436-06N-GB-C est un adaptateur USB-C vers Gigabit Ethernet avec un port de charge USB-C. (Source de l'image : Tripp Lite by Eaton)

Le connecteur d'entrée est une fiche USB-C et la sortie est un jack Ethernet RJ-45. L'adaptateur inclut également un jack USB-C pouvant fournir jusqu'à 60 W (20 V à 3 A). Cet adaptateur permet aux ordinateurs portables uniquement équipés d'USB-C d'utiliser une connexion Ethernet filaire si aucune connexion sans fil n'est disponible ou si elle est trop lente.

Étant donné que la norme USB peut gérer de nombreux protocoles différents, il est naturel de voir apparaître des adaptateurs multiports. Ces adaptateurs fournissent souvent des ports de communication de données qui ne sont plus disponibles sur les petits ordinateurs portables.

Un bon exemple est l'U444-06N-H4GUC2. Cet adaptateur prend en charge l'audio numérique, la vidéo 4K à 60 Hz, USB PD et Gigabit Ethernet à partir du port USB-C d'un ordinateur (Figure 4).

Figure 4 : L'adaptateur multiport U444-06N-H4GUC2 ajoute HDMI, Ethernet, un port de charge USB-C et un port USB-A à un ordinateur. (Source de l'image : Tripp Lite by Eaton)

Le port USB-A de l'U444-06N-H4GUC2 peut fournir 7,5 W (5 V à 1,5 A), tandis que le port de charge USB-C fournit 25 W (5 V à 5 A).

Les stations d'accueil convertissent les ordinateurs portables en postes de travail

Les stations d'accueil étendent la connectivité d'un ordinateur portable en ajoutant plusieurs ports via un connecteur USB-C. Elles convertissent un ordinateur portable en un poste de travail multifonction. Par exemple, la station d'accueil USB-C U442-DOCK2-S de Tripp Lite by Eaton ajoute des ports dédiés pour HDMI, mini DP, VGA, Ethernet, mémoire SD et microSD, distribution de puissance USB-C, et trois connecteurs USB-A (Figure 5). Une prise casque 3,5 mm est également incluse.

Figure 5 : La station d'accueil USB-C U442-DOCK2-S augmente le nombre et les types de ports disponibles depuis un ordinateur portable, notamment des options audio, vidéo, mémoire, USB et Ethernet. (Source de l'image : Tripp Lite by Eaton)

Les ports mini DP et HDMI prennent en charge une résolution 4K x 2K à vidéo 30 Hz, et le port VGA prend en charge une résolution 1080P à 60 Hz. Le port Ethernet RJ-45 prend en charge Ethernet 10/200/1000 mégabits par seconde (Mbps). Les trois ports USB-A peuvent être utilisés pour des périphériques USB tels qu'un clavier, une souris, une clé USB, une imprimante ou un smartphone. Ils fournissent jusqu'à 7,5 W de puissance CC (5 V à 1,5 A). Le port de charge USB-C bidirectionnel peut gérer jusqu'à 60 W (20 V à 3 A).

Le port USB-C de l'ordinateur portable permet cette variété d'interfaces en utilisant les capacités multiprotocoles de la norme USB.

Conclusion

Les connecteurs USB-C prennent en charge des débits de données jusqu'à 40 Gbps et la distribution de puissance jusqu'à 120 W, et ils sont réversibles. Pour vous aider à tirer pleinement parti de leurs capacités, Tripp Lite by Eaton propose une grande variété de solutions USB-C sous la forme de câbles, d'adaptateurs et de stations d'accueil pour prendre en charge des connexions et des fonctionnalités puissantes via un seul connecteur USB-C.