Скорость передачи USB

Пользователи ПК оценили по достоинству действительно универсальные USB-порты своих машин. Однако высокоскоростные периферийные устройства, типа внешних жестких дисков, вполне могут превратить обеспечиваемую USB скорость передачи данных, равную 1,5 Мбайт/с (12 Мбит/с), в то узкое место, которое будет сдерживать общую производительность системы. Что же, обратитесь в таком случае к порту USB 2.0, иначе называемому Hi-Speed USB (высокоскоростной USB-порт). По заявлению разработчиков, в нем сочетаются универсальность предшественника, совместимость с нынешними USB-продуктами и скорость обмена данными, достигающая 60 Мбайт/с (480 Мбит/с). Это в 40 раз быстрее, чем позволяли аппараты с USB 1.1.

Для того чтобы выяснить, соответствуют ли реальные свойства USB 2.0 рекламным обещаниям, мы провели серию тестов. Первыми были дисководы CD-RW, которые в полной мере реализовать скоростные преимущества USB 2.0 не смогли.

Но с началом массового выпуска плат расширения и периферийных аппаратов стандарта USB 2.0 мы решили исследовать их более детально.

Хорошая новость: хотя некоторые из производителей периферийных устройств рекомендуют для каждого из своих продуктов конкретный адаптер USB 2.0, испытания, проведенные в Тестовом центре журнала PC World, продемонстрировали значительную степень совместимости между продуктами с портами Hi-Speed USB. Быстродействие, однако, не соответствует широко разрекламированным обещаниям. Максимальное ускорение переноса данных, достигнутое при обмене информацией между ПК и внешним жестким диском, свелось к увеличению в 12,6 раза. При тестировании других устройств с USB 2.0, дисковода CD-RW и сканера прирост производительности оказался существенно меньшим по причине более низкой пиковой производительности самих этих аппаратов.

И все же Hi-Speed USB — это отнюдь не пустышка. По сравнению с любыми другими модернизациями, кроме разве что установки интерфейса IEEE 1394, — это самый эффективный способ вложения денег. Пользователь получает реальный шанс реализовать дополнительные преимущества современных внешних устройств. Прогресс тем более впечатляет, если учесть, что ожидаемая стоимость платы PCI USB 2.0 вместе с соответствующим кабелем — менее 100 долл. (Здесь и далее даны цены в США. — Прим. ред.)

Тесты и их результаты

Все пять перечисленных USB 2.0 PCI-плат тестировались со следующими устройствами: 200-долл. внешним жестким диском Personal Storage 3000LE фирмы Maxtor емкостью 40 Гбайт и скоростью вращения 5400 об/мин, 400-долл. планшетным фотосканером Perfection 2450 компании Epson и 200-долл. внешним 24X/10X/40X-дисководом CD-RW 241040UE VeloCD производства TDK.

Тест проводился на ПК IBM NetVista в следующей конфигурации: процессор Intel Pentium 4 с тактовой частотой 1,4 ГГц, оперативная память объемом 256 Мбайт, внутренний жесткий диск на 60 Гбайт и операционная система Windows XP Professional. Мы поочередно устанавливали платы на этот компьютер и тестировали их со всеми тремя периферийными устройствами перед тем, как переходить к испытанию следующей платы. Чтобы результаты были сопоставимы, тесты для USB 1.1 проводились с использованием интегрированных портов USB 1.1 того же самого ПК (см. табл. «USB 2.0 против 1.1…»)

Начнем с главного: каждая из комбинаций платы и периферийного устройства работала. Это, конечно, закономерно для продуктов, соответствующих какому бы то ни было единому стандарту. Тем не менее оказалось приятной неожиданностью, так как некоторые из производителей, рекомендуя для каждого из своих устройств с USB 2.0 совершенно конкретную плату PCI, заставляли сомневаться в совместимости различных комбинаций плат и периферии. Например, когда компания Sony прошлой осенью выпустила изящный комбинированный дисковод CD-RW/DVD-ROM (модель CRX85U/A2), то она, ссылаясь на результаты «многочисленных тестов на совместимость», советовала использовать плату производства компании Adaptec. В настоящее время, оставляя в силе прежние рекомендации, представитель Sony отмечает, однако, что их дисковод должен работать с любой платой, несущей на себе логотип Hi-Speed USB.

На упаковках всех протестированных нами PCI-адаптеров этот логотип имелся. Его наличие означает, что продукт прошел тест на совместимость, введенный поддерживающей соответствующий стандарт организацией USB Implementers Forum (USB-IF).

Второе наше наблюдение — это поразительное сходство в быстродействии плат: различие по этому параметру в большинстве тестов составило 1% или менее того. Мы приписываем этот результат в основном тому обстоятельству, что во всех платах использован один и тот же контроллер фирмы NEC.

Уже после того, как мы завершили тестирование, о котором здесь рассказано, компания Microsoft выпустила окончательную версию драйвера USB 2.0 для операционной системы Windows XP. По заявлению ее представителей, вскоре появятся драйверы для Windows 2000. А вот аналогичных планов в отношении операционных систем Windows Me и Windows 98 у нее, к сожалению, нет.

Довольно-таки шустро

Из трех периферийных устройств, которые мы протестировали, наибольший прирост скорости передачи данных показал внешний жесткий диск компании Maxtor. Среднее время, потребовавшееся пяти платам на завершение копирования файлов на этот диск, составило 58 с — в 12,6 раза быстрее, чем 12 мин 13 с, затраченные при использовании порта USB 1.1. Средний показатель для пяти адаптеров в тесте на работу с Photoshop составил 4 мин 24 с — в 8,5 раза быстрее, чем 37 мин 19 с для порта USB 1.1. Но при всем этом простенький анализ показал, что внутренний жесткий диск со скоростью вращения 5400 об/мин и стандартной шиной UDMA/100 работает значительно быстрее протестированного внешнего с портом USB 2.0.

Однако обвинять диск компании Maxtor не стоит: он-то как раз способен на устойчивую передачу данных со скоростью до 46,7 Мбайт/с (около 374 Мбит/с). Это медленнее, чем теоретический максимум, достижимый Hi-Speed USB, но все же много быстрее, чем фактически показанная им скорость в 11,2 Мбайт/с (90 Мбит/с). Чтобы выяснить причину замедления, мы обратились к Джейсону Зиллеру, президенту USB-IF и менеджеру по техническим инициативам компании Intel. По его словам, по меньшей мере от 10 до 15% всей заявленной скорости в 60 Мбайт/с (480 Мбит/с) уходит на протокольные (служебные) данные, т. е. на поддержание коммуникационного протокола между платой и периферийным устройством. Кроме того, считает Д. Зиллер, за более низкие, чем ожидалось, показатели, несут ответственность ОС и контроллер, пока еще не вполне оптимизированные для обеспечения максимального быстродействия. По мере того как производители соответствующих микросхем и создатели драйверов будут отлаживать свою продукцию, реальная производительность USB 2.0 возрастет.

Сканеры и дисководы CD-RW

Наши тесты с использованием внешнего дисковода CD-RW компании TDK также выявили значительное приращение быстродействия, обеспечиваемое Hi-Speed USB, хотя ограничения, присущие даже очень быстрому накопителю CD-RW, не позволяют получить прирост производительности, подобный тому, который показал жесткий диск. В тесте на извлечение цифровых аудиоданных наши пять плат Hi-Speed USB завершили задачу со средним результатом в 98 с, что означало четырехкратное ускорение по сравнению с 6 мин 32 с для порта USB 1.1. В тесте с записью на CD-R интерфейс Hi-Speed USB дал пятикратное приращение быстродействия: скорость передачи составила около 2,7 Мбайт/с (21 Мбит/с). Заявленная для дисковода производительность, 24X, теоретически должна быть в состоянии обеспечить максимальную скорость передачи данных, равную 3,6 Мбайт/с (28,8 Мбит/с), а для чтения — 40X, т. е. 6 Мбайт/с (48 Мбит/с).

Результаты, полученные при тестировании CD-RW, оказались сопоставимы с показателями внутренних дисководов, исследованных нами ранее. Это означает, что с портом USB 2.0 пользователю уже не приходится приносить быстродействие в жертву удобству применения внешнего аппарата.

В случае сканера ограничения на скорость передачи данных еще более заметны. Сканер фирмы Epson в нашем тесте на передачу изображения с разрешением 300 т/д работал с портом USB 2.0 в 1,7 раза быстрее, чем с портом USB 1.1, а при разрешении 1600 т/д приращение скорости было двукратным. По словам инженеров фирмы Epson, это соответствует их ожиданиям, поскольку буферы памяти большинства сканеров попросту слишком малы для того, чтобы в полной мере реализовать преимущества Hi-Speed USB. Но даже с учетом этого сканирование изображения высокого разрешения было завершено через Hi-Speed USB всего лишь за 6 мин 44 с — почти на 7 мин быстрее, чем при использовании USB 1.1. Эта разница может оказаться действительно существенной, если приходится часто и много сканировать.

Вполне может статься, что скоро каждый ПК будет укомплектован Hi-Speed USB. В январе 2002 г. фирма Gateway стала первым крупным поставщиком ПК, предлагающим системы с Hi-Speed USB на системной плате. Джейсон Зиллер из USB-IF ожидает, что другие производители компьютерных систем последуют этому примеру уже в ближайшие месяцы.

Готовьтесь к повсеместному распространению

Но настоящий прирост производительности пользователи ощутят только тогда, когда добавлять в свои продукты оборудование для USB 2.0 станут производители наборов микросхем. Зиллер говорит, что компания Intel запустит в производство новый набор микросхем со встроенным Hi-Speed USB предстоящим летом, а фирмы Silicon Integrated Systems и Via Technologies намерены добавить Hi-Speed USB к линейкам своей продукции в течение ближайших месяцев.

А пока что, если вы намереваетесь приобретать новый сканер, внешний дисковод CD-RW, внешний жесткий диск или любое другое периферийное устройство, которое способно хотя бы частично использовать более высокую скорость передачи данных, обеспечиваемую USB 2.0, мы рекомендуем оснастить компьютер платой расширения. В конце концов, любая модернизация, которая позволяет безболезненно увеличить быстродействие ПК в два—пять раз (или даже больше) и обходится при этом менее чем в 100 долл., заслуживает внимания.

04.09.2019, Ср, 12:32, Мск , Текст: Эльяс Касми

USB4 станет новым стандартом универсального интерфейса USB. Основанный на Intel Thunderbolt 3, он обеспечивает в восемь раз более высокую пропускную способность в сравнении с USB 3.0 – 40 Гбит/с против 5 Гбит/с. Первые устройства с новым интерфейсом будут готовы к концу 2020 г.

Суперскоростной USB

Опубликованы итоговые спецификации нового стандарта USB4, который заменит собой USB 3.0 и все его модификации. Впервые его анонсировали в марте 2019 г., и в сравнении с актуальными интерфейсами он получил не только новую стилизацию названия (исчез пробел между аббревиатурой и цифрой), но и существенно более высокую пропускную способность. Поначалу финальные спецификации USB4 должны были быть готовы к лету 2019 г. – причиной задержки стала нехватка у индустриальной группы USB IF, разработавшей этот стандарт, времени на подготовку необходимых документов и нормативов.

По данным USB IF, интерфейсUSB4 выдает скорость до 40 Гбит/с при использовании сертифицированных кабелей. Для сравнения, это ровно в восемь раз выше, чем у распространенного USB 3.0, вышедшего в ноябре 2008 г. и рассчитанного на 5 Гбит/с. USB 2.0, стандарт, недавно отметивший свое 19-летие (его выпустили в апреле 2000 г.) и вовсе в 83 раза медленнее – его пропускная способность не превышает 0,48 Гбит/с.

USB4 ускорит распространение интерейса USB-C

USB4 основан на интерфейсе Thunderbolt 3, разработанном компанией Intel и в марте 2019 г. ставшим открытым стандартом. USB4 во многом заимствует особенности Thunderbolt, в том числе и пиковые показатели скорости.

Сравнение стандартов USB

Стандарт	Техническое название	Маркетинговое название	Пропускная способность
USB4	USB 4.0	–	40 Гбит/с
USB 3.2	USB 3.2 Gen 2×2	SuperSpeed USB 20Gbps	20 Гбит/с
USB 3.1	USB 3.2 Gen 2	SuperSpeed USB 10Gbps	10 Гбит/с
USB 3.0	USB 3.2 Gen 1	SuperSpeed USB	5 Гбит/с
USB 2.0	USB 2.0	–	0,48 Гбит/с

Изменения в названии стали следствием стремления разработчиков максимально упростить нейминговую схему, используемую в текущих спецификациях USB. Как отметил председатель USB IF Брэд Сондерс (Brad Saunders), планов по использованию наименований USB 4.0, 4.1, 4.2 и т. д. а также приставок Gen 1 и Gen 2, как было в случае с USB 3.0, у группы нет.

Наследие Thunderbolt 3

Интеграция и поддержка протоколов Intel Thunderbolt 3 позволили обеспечить новому USB4 одновременный обмен данных и протоколов передачи видео. С практической точки зрения это означает возможность подключения к компьютеру цепочки 4K-мониторов и других устройств Thunderbolt 3, а также внешних накопителей и графических ускорителей единым кабелем.

Во многом это стало возможным за счет способности USB4 оптимизировать пропускную способность при одновременной передаче информации и видеосигнала. Интерфейс может, к примеру, выделить 25% канала на передачу видео, если этого будет достаточно, а оставшиеся 75% отдать под передачу данных.

Стандарт USB4 поддерживает до восьми линий DisplayPort 1.2 и обеспечивает обмен данными по четырем линиям PCIe 3.0. Спецификации также предусматривают возможность питания через единый кабель с потребляемой мощностью до 100 Вт для зарядных устройств и до 15 Вт для подключения питания периферии.

Совместимость с другими стандартами

Ввиду близкого родства с Intel Thunderbolt 3 USB4 полностью совместим с этим интерфейсом. Также разработчики заявили о полноценной обратной совместимости со всеми предыдущими версиями USB, включая USB 3.0, 2.0 и 1.1.

Это означает, что все устройства с поддержкой USB4 можно будет использовать на всех компьютерах и ноутбуках, включая те, где USB4 не предусмотрен, но есть более ранние версии стандарта. Скорость передачи данных будет ограничена возможностями имеющегося в наличии интерфейса.

Дальнейшее развитие

USB IF раскрыла не все подробности о USB4 – в частности, ее представители умолчали о новых спецификациях разъема USB-C, который станет основным для этого интерфейса. Форм-факторы разъема и коннектора при этом останутся прежними – они разрабатывались специально для отказа от несимметричных интерфейсов. Подключение к USB-A в этом случае будет возможно при помощи адаптеров. Помимо этого, маркетинговое название USB4, которое будут использовать производители компьютеров и периферии, тоже не было раскрыто.

USB-C 4 будет полностью совместим с текущими разъемами USB-C

Все эти детали USB IF прояснит в рамках двух конференций USB Developer Days – первая состоится с 17 по 19 сентября 2019 г. в Сиэтле (США), а вторая пройдет в Тайбэе (Тайвань) в период с 19 по 20 ноября 2019 г. На этих мероприятиях также будут раскрыты подробности о развитии стандарта быстрой зарядки USB Power Delivery.

Обе конференции включают и технические тренинги для специалистов по новому стандарту, включая особенности разработки кабелей USB Type-С. Появление первых устройств с поддержкой USB4, по оценке USB IF, состоится в конце 2020 г. или первой четверти 2021 г.

USB 1.0

USB это последовательный интерфейс передачи данных для периферийных устройств в вычислительной технике

Стандарт USB 1.0, получивший широкое распространение, был представлен в ноябре 1996 года. Версия v1.1 практически почти не используется по причине слишком низкой скорости передачи данных (12 Мбит/сек), поэтому применяется только для совместимости.

Стандарт USB 2.0, получивший широкое распространение, был представлен в ноябре 1996 года.

Как и в случае спецификаций USB 1.0 и USB 1.1, в спецификации USB 2.0 для подключения периферийных устройств используется кабель, состоящий из двух пар проводов: одна витая пара проводов для приема и передачи данных, а другая — для питания периферийного устройства.

Напряжение питания по шине USB равно 5 В при силе тока до 500 мА. Этого, конечно, недостаточно для периферийных устройств со высоким энергопотреблением, например таких как принтеры. Поэтому они комплектуются собственными блоками питания, которые подключаются непосредственно к электрической розетке. Кабели USB ориентированы, то есть имеют физически разные наконечники «к устройству» (Тип B) и «к хосту» (Тип A). Возможна реализация USB устройства без кабеля, со встроенным в корпус наконечником «к хосту».

Компьютеры и ноутбуки, выпущенные после 2003 года, как правило, оснащены портами USB 2.0.

Устройств USB 2.0 поддерживают три режима работы:

Интерфейс USB 3.0 – стандарт SuperSpeed USB

Спецификация USB 3.0 появилась в 2008 году.

В спецификации USB 3.0 разъёмы и кабели совместимы с USB 2.0, причём для однозначной идентификации разъёмы USB 3.0 изготавливают из пластика синего или (у некоторых производителей) красного цвета.

Спецификация USB 3.0 повышает максимальную скорость передачи информации до 5 Гбит/с — что выше скорости передачи данных устройств USB 2.0. (максимально 480 Мбит/с.)

31 июля 2013 года USB 3.0 Promoter Group объявила о принятии спецификации следующего интерфейса, USB 3.1, скорость передачи которого может достигать 10 Гбит/с. Разъём USB 3.1 Type-C является симметричным.

Типы возможных разъемов и кабелей

Количество возможных разъемов USB 3.0 стало больше. Самый популярный разъём, которым все пользовались — USB Type-A классического размера: он расположен на флешках, USB-модемах, на концах проводов мышей и клавиатур. Чуть реже встречаются полноразмерные USB Type-B: обычно таким кабелем подключаются принтеры и сканеры. Мини-версия USB Type-B до сих пор часто используется в кардридерах, цифровых камерах, USB-хабах. Микро-версия Type-B стала самым популярным разъёмом в мире: все актуальные мобильники, смартфоны и планшеты (кроме продукции одной фруктовой компании) выпускаются именно с разъёмом USB Type-B Micro.

• Что такое usb 3.0, 3.1 и 3.2?
• Гид по цифровым видео разъемам (HDMI®, DVI™, DisplayPort™)
• Как правильно выбрать внешний usb hub
• Лучшие хабы USB 3.0 2019 г.
• Как из одного компа два сделать

Как известно, с появлением спецификации USB 3.1 было решено переименовать интерфейс USB 3.0 в USB 3.1 Gen 1, а новый, более скоростной вариант, называть USB 3.1 Gen 2. В ходе мероприятия MWC 2019 организация USB-IF, занимающаяся развитием и продвижением USB, объявила о новом переименовании.

Теперь USB 3.0 и USB 3.1 будут считаться поколениями спецификации USB 3.2. Напомним, спецификация USB 3.2 была готова еще в 2016 году и одобрена USB-IF в 2017 году. Хотя порты с пропускной способностью 20 Гбит/с в компьютерах пока так и не появились, одно важное новшество из последней спецификации уже используется очень широко — это разъем USB Type-C или USB-C (на всякий случай уточним, что официально стандартизованы оба варианта написания).

Что касается нового переименования, интерфейс USB 3.1 Gen 1, ранее известный как USB 3.0, который поддерживает скорость до 5 Гбит/с, переименован в USB 3.2 Gen 1, а USB 3.1 Gen 2, который поддерживает скорость до 10 Гбит/с, будет называться USB 3.2 Gen 2. Наконец, USB 3.2 с пропускной способностью 20 Гбит/с обозначен как USB 3.2 Gen 2×2. Торговое обозначение будет одинаковым для всех вариантов — SuperSpeed ​​USB, но в случае USB 3.2 Gen 2 и USB 3.2 Gen 2×2 после слов SuperSpeed ​​USB указывается соответствующее значение скорости из приведенных выше.

Появление оборудования USB 3.2 Gen 2×2 на рынке ожидается в этом году. Уточним, что скорость 20 Гбит/с будет возможна только при подключении по USB Type-C.

Новая версия спецификаций USB PD задает дополнительные требования к режимам тестирования опций управления питанием.

С момента своего появления в 1996 г. протокол Universal Serial Bus (USB) многократно пересматривался – его история насчитывает уже три поколения стандартов, и в конце этого года должен выйти стандарт USB 4.0. При этом организация USB Implementer’s Forum (USB-IF), в компетенции которой входит пересмотр стандартов USB, параллельно занимается развитием и внедрением технологий USB-интерфейсов и технологии подачи питания через USB-шину USB Power Delivery (USB PD).

Интерфейс USB Type-C появился в 2014 г. и подарил нам миниатюрный изящный разъем с симметричными коннекторами, исключающими подключение кабеля «не той стороной». Кроме того, порт USB Type-C обеспечивает более высокую скорость передачи данных и более высокие значения напряжения/тока для зарядки устройств. Вместе со стандартом USB 3.1 вышел и соответствующий стандарт USB PD 2.0. В настоящий момент спецификациям USB 3.2 соответствуют спецификации PD 3.0. Давайте посмотрим, какие основные изменения отличают текущую версию PD 3.0 от PD 2.0, и какие тесты входят в программы и методики испытаний устройств на соответствие стандарту PD.

Спецификации USB PD регламентируют передачу энергии через шину USB, в том числе для быстрой зарядки подключенных к порту USB устройств. Они обеспечивают согласование источника и приемника энергии, при котором определяется количество энергии, поступающее от источника к приемнику. Настраиваемый диапазон напряжений зарядки Power Delivery – от 5 до 20 В. Используя стандартный кабель USB-C, можно получить до 60 Вт, а кабель USB Type-C с полным оснащением (в соответствии со стандартом ECMA) позволяет довести мощность до 100 Вт.

Еще один интересный аспект Power Delivery – энергия по зарядному кабелю может передаваться в обоих направлениях: например, если вы соединили кабелем USB-C два смартфона с поддержкой Power Delivery, то как первый смартфон может заряжаться от второго, так и второй от первого.

Протокол PPS (Programmable Power Supply) требует, чтобы принимающее устройство с поддержкой PPS при согласовании напряжения зарядки с источником могло последовательно запрашивать выходное напряжение источника с шагом 20 мВ (начиная с меньших значений). Кроме того, приемник может аналогично запрашивать у источника максимальный выходной ток с шагом 50 мА. Как минимум каждые 10 секунд приемник должен обращаться к источнику с контрольным запросом по напряжению/ току зарядки. В зависимости от нагрузки, источник работает в режиме постоянного напряжения или в режиме ограничения по току; режим ограничения по току используется только в том случае, когда приемник пытается получить ток, превышающий согласованное значение.

Сравнение версий Power Delivery 3.0 и 2.0

Между спецификациями PD по версии 2.0 и по последней версии 3.0 есть ряд существенных отличий.

Профили подачи питания Power Delivery Profiles (PDP). Начиная со спецификаций PD 1.0, характер энергообеспечения по USB определяли профили USB PD Power Profiles.

Пример от USB-IF. Слева – зарядное устройство с гарантированной мощностью зарядки (Assured-Capacity Charger) общей мощностью 60 Вт с сертификатом USB Charger 30 Вт. Справа – зарядное устройство с распределенной мощностью зарядки (Shared-Capacity Charger) общей мощностью 60 Вт с сертификатом USB Charger 27 Вт.

Профили PDP – это модернизированные профили Power Profiles, которые теперь показывают пользователю энергию зарядки, выраженную в ваттах (Вт); большее значение соответствует большей мощности. PDP – это наибольшее номинальное напряжение, умноженное на номинальный ток; номинальные значения напряжения и тока указаны в Power Delivery Objects (PDO).

Мировой стандарт USB-зарядки. Уже несколько лет USB-IF ведет работу по унификации и стандартизации всего, что связано с зарядкой устройств через USB. Международная электротехническая комиссия (International Electro-Technical Commission, IEC) уже давно приняла стандарт USB, а позднее – и стандарты USB Type-C и PD.

Многопортовые зарядные устройства USB PD. Стандарт PD 3.0 распространил профили PDP на многопортовые зарядные устройства. Стандарт выделяет две категории зарядных портов – с гарантированной мощностью зарядки (Assured-Capacity Ports) и с распределенной мощностью зарядки (Shared-Capacity Ports). В первом случае каждый порт обеспечивает свою номинальную мощность зарядки независимо от загруженности остальных портов. Во втором случае каждый порт способен обеспечить свою номинальную мощность зарядки в зависимости от оставшейся доступной мощности, распределяемой между несколькими портами. На зарядном устройстве указывается суммарная доступная мощность и максимальная мощность, которую может обеспечить любой из портов зарядного устройства. Например, если один порт такого устройства может обеспечивать зарядную мощность 30 Вт, то весь набор портов может претендовать на PDP 30 Вт.

Таблица тестов на соответствие стандарту USB Type-C, разработанная в USB-IF, включает в себя большое количество тестов, обязательных для продукции, сертифицируемой по этому стандарту. По существу, всё, кроме кабелей, должно тестироваться на соответствие функционалу USB Type-C по полной программе. Если устройство «поддерживает PD”, оно также должно пройти весь набор тестов на соответствие стандарту PD. Кроме того, предусмотрен ряд тестов на способность устройства взаимодействовать с другими устройствами (USB-C IOP), а также специальный набор тестов для устройств, используемых в качестве источников питания.

Испытательный стенд Voyager M310P подходит для тестирования устройств как по программе для стандарта PD 2.0, так и по программе для стандарта PD 3.0. Он оснащен аутентичными портами USB Type-C и позволяет тестировать как зарядные, так и принимающие устройства.

Протокол PPS. Еще одним результатом усилий USB-IF по созданию международного стандарта использования интерфейса USB Type-C стала концепция PPS, которая выделяет два типа энергообеспечения по USB: питание работающих устройств, подключенных к стационарному источнику, и зарядка батарей устройств для последующей автономной работы. В части питания от стационарного источника спецификации PPS соответствуют версии PD 2.0; модернизация PPS в PD 3.0 направлена на повышение эффективности зарядки батарей.

Для питания работающих устройств ключевое значение имеют характеристики стационарного источника напряжения, стабильный ток и способность шины USB работать с динамической нагрузкой. При зарядке батарей источник должен обеспечивать переменные напряжение и ток, а также учитывать скорость зарядки и температурную нагрузку. Большинство производителей батарей рекомендуют начинать с постоянного тока и постепенно возрастающего напряжения с последующим переходом на постоянное напряжение и постепенно убывающий ток.

Зарядное устройство с заданными параметрами PDO объявляет максимальные значения своих выходных параметров, из которых принимающее устройство выбирает наиболее подходящие. Зарядные устройства, работающие от стационарной электросети, обычно не в состоянии обеспечить быструю зарядку без существенного нагрева. Однако методология PPS подразумевает, что принимающее устройство может само осуществлять «микроуправление” режимом зарядки, периодически запрашивая источник о повышении напряжения с маленьким шагом. В результате зарядка осуществляется быстрее, причем с контролируемым нагревом, что способствует увеличению срока службы батарей. Как только источник доходит до определенного значения напряжения, приемник получает встречный запрос на переход в режим постоянного напряжения.

В PD 3.0 введены новые термины, касающиеся PPS. К зарядному устройству PD можно подключать самые разнообразные устройства, но стандарт PD нацелен на универсальность. Поэтому PPS-подход требует, чтобы принимающие устройства были более «умными», и рассчитывает на то, что принимающее устройство знает, сколько энергии ему нужно. В результате появился новый термин – APDO (Augmented PDO, PDO с приращением) – для обозначения зарядных устройств, предлагающих диапазон напряжений. И максимальное значение тока тоже должно быть определено. Принимающие устройства с поддержкой PPS теперь будут использовать так называемые RDO (Request Data Objects) для согласования параметров зарядки в реальном времени.

По словам USB-IF, к новым фишкам PD 3.0 для док-станций относится USB-хаб с функцией Fast Role Swap (FRS), которая позволяет источнику и приемнику питающего напряжения меняться ролями.

Технология Fast Role Swap (FRS). Эта новая фишка стандарта PD 3.0 разработана специально для USB-хабов и док-станций. Обычно пользователь подключает док-станцию к стенной розетке; таким образом, док-станция является источником питания для ноутбука или любого другого подключенного к ней устройства с поддержкой питания через USB-шину. Если внешнее напряжение пропадает, например, при случайном отключении док-станции от розетки, пользователь рискует потерять все несохраненные данные на USB-устройстве, подключенном в этот момент к док-станции.

На исчезновение напряжения сети переменного тока FRS-хаб отвечает быстрым переключением в режим «смены ролей”. Док-станция реагирует на потерю питающего напряжения, заземляя напряжение VCC в течение 60-120 мкс, что является сигналом для перехода в режим FRS. Док-станция имеет в своем составе удерживающие конденсаторы, которые способны поддерживать напряжение шины Vbus на уровне 5 В в течение как минимум 150 мкс после того, как Vbus фактически ушло в область значений ниже 5 В. Таким образом, после отключения внешнего напряжения док-станция некоторое время продолжает оставаться источником выходного напряжения Vbus, и за это время происходит переключение в режим Fast Role Swap.

После отключения питающего напряжения принимающее устройство, подключенное к док-станции, должно отслеживать VCC. Если VCC снижается в течение 30-60 мкс, оно формирует запрос на переход в режим Fast Role Swap, в котором принимающее устройство становится источником подаваемого на шину напряжения 5 В. Самое главное здесь – то, что функцию FRS поддерживают только порты DRP (Dual-Role Power), которые могут переключаться из режима подачи питания в режим приема и обратно.

Расширенный формат сообщений (Extended Messages). Стандарт PD 3.0 предлагает больший объем пакетов данных для передачи полезной информационной нагрузки – до 260 байт. Изначально размер пакетов был увеличен для обеспечения возможности передачи обновлений прошивки по каналу PD, но потом область их применения была расширена и теперь включает в себя передачу идентификационных данных, информации о батарее и др.