USB-keskukset ja telakat: virralliset vs virrattomat

Keskitin jakaa yhden USB-portin useaksi; telakka tekee saman ja lisää kuvalähdöt, Ethernetin ja latauksen yhden kaapelin kautta. Ero, joka ratkaisee, toimivatko laitteesi, on virta: virraton (isäntävirralla toimiva) keskitin ottaa kaiken tarvitsemansa isäntäportista, kun taas virrallisella keskuksella on oma virtalähde ja se voi syöttää virtaa kunnolla jokaiselle laitteelle. Telakka on yleensä virrallinen keskitin, johon on sisäänrakennettu lisätoimintoja, yleensä USB-C:n tai Thunderboltin kautta.

Isäntävirralla toimivat ja virralliset keskukset

Isäntävirralla toimiva keskitin ottaa virtansa isäntäportista. Tämä portti syöttää 500 mA 5 V:lla (2,5 W) USB 2.0:ssa tai 900 mA (4,5 W) USB 3.x:ssä. Jokainen keskuksessa oleva laite jakaa tämän budjetin, joten näppäimistö ja hiiri toimivat hyvin, mutta kannettava asema ja latautuva puhelin eivät. Kun kokonaiskulutus ylittää sen, mitä portti voi antaa, keskitin joko kieltäytyy laitteesta tai laite putoaa kesken siirron.

Virrallisella keskuksella on oma virtalähde, eikä se ota käyttövirtaansa isännästä. Jokainen alavirran portti voi tällöin syöttää nimellisvirtansa, ja keskitin jatkaa toimintaansa, kun isäntäportti on lähellä rajaansa. Tämä on ainoa muutos, joka korjaa useimmat “usb-keskitin ei toimi” -tapaukset: keskukselta pyydettiin laitteita, joihin sillä ei ollut virtaa.

Mitä telakka lisää keskittimeen verrattuna

Telakka lisää kuvalähdöt, Ethernetin ja latauksen yhden kaapelin kautta, yleensä USB-C:n tai Thunderboltin kautta. Kuvapuoli ei ole tavallisessa mielessä USB-datatoiminto: se on DisplayPort Alt Mode, jota kuljetetaan USB-C-liittimen kautta, tai Thunderbolt-linkki, joka kuljettaa DisplayPortia PCIe:n ja USB:n rinnalla. Tavallinen USB-keskitin ei voi luoda kuvalähtöä, jota isäntä ei jo tarjoa.

Thunderbolt 4 antaa 40 Gbps, PCIe 32 Gbps:nä, kaksi 4K-näyttöä tai yhden 8K:n, ja kannettavan latauksen jopa 100 W vähintään yhdessä portissa. Thunderbolt 5 antaa 80 Gbps molempiin suuntiin, jopa 120 Gbps yhteen suuntaan näytöille, PCIe 64 Gbps:nä ja latauksen jopa 240 W. USB4 toimii 20 Gbps tai 40 Gbps, ja USB4 Version 2.0 80 Gbps, tai 120 Gbps yhteen suuntaan. USB4 perustuu Thunderbolt 3 -protokollaan, jonka Intel lahjoitti USB-IF:lle vuonna 2019, ja Thunderbolt 4- ja 5 -kaapelit toimivat myös USB-C-kaapeleina datalle ja lataukselle. Näiden kahden perheen erot on esitetty artikkelissa Thunderbolt 3, 4 ja 5 vs USB4.

Lataus on kohta, jossa telakat ja keskukset ymmärretään useimmin väärin. Jokaisen USB-C–USB-C-kaapelin on kuljetettava 3 A, eli 60 W 20 V:lla. Yli 3 A:n virrat vaativat 5 A:n kaapelin, jossa on e-marker-siru: 100 W:n kaapelit ja 240 W:n Extended Power Range -kaapelit. USB Power Delivery Standard Power Range yltää 100 W:iin (20 V 5 A:lla) kiinteillä jännitteillä 5 V, 9 V, 15 V ja 20 V; PD 3.1 (2021) Extended Power Range yltää 240 W:iin (48 V 5 A:lla) lisäten 28 V, 36 V ja 48 V. Telakka, joka mainostaa kannettavan latausta, tarvitsee kaapelin ja isäntäportin, jotka tukevat kyseistä tehoa, ei pelkästään telakkaa, joka luettelee sen.

Jaettu kaistanleveys yhdellä isäntälinkillä

Keskitin jakaa yhden ylävirran linkin kaikkien laitteidensa kesken. Linkin nopeuden määräävät isäntäportti ja keskitin, ei keskuksen porttien määrä. USB 2.0 on 480 Mbps; USB 3.0, jota kutsutaan myös nimillä USB 3.1 Gen 1, USB 3.2 Gen 1 tai USB 5Gbps, on 5 Gbps; USB 3.1 Gen 2, jota kutsutaan myös nimillä USB 3.2 Gen 2 tai USB 10Gbps, on 10 Gbps; USB 3.2 Gen 2x2 on 20 Gbps ja vain USB-C.

Käytännössä tämä tarkoittaa, että nopea SSD-asema ja gigabitin Ethernet-sovitin samassa keskuksessa kilpailevat samasta ylävirran kaistanleveydestä. Yksi 5 Gbps:n linkki on selvästi enemmän kuin gigabitin sovitin tarvitsee, mutta kaksi asemaa, jotka kopioivat yhtä aikaa, saavat kumpikin vähemmän kuin linkin täyden nopeuden. Telakalla, jossa on oma Thunderbolt- tai USB4-linkki, on paljon enemmän pelivaraa, minkä vuoksi telakoita eikä keskuksia käytetään kuvan ja tallennuksen yhdistämiseen.

Kaapelin pituusrajat, jotka koskevat keskuksia ja telakoita

Spesifikaatio asettaa USB Type-C -kaapeleiden pituudet nopeuden mukaan: USB 2.0 jopa 4 m (13 ft); USB 5Gbps jopa 2 m (6,6 ft); USB 10Gbps jopa 1 m (3,3 ft); passiivinen USB4 40Gbps jopa 0,8 m (2,6 ft). USB 2.0 -kaapelit toimivat jopa 5 m (16 ft) segmenttiä kohden, ja jopa 5 keskitintä ketjussa antaa yhteensä jopa 30 m (98 ft). USB 3.x -passiivikaapeleita Type-A- tai Type-B-liittimillä myydään yleisesti jopa 3 m (10 ft); aktiiviset ja optiset jatkokaapelit yltävät pidemmälle. Täydellinen luettelo rajoista on artikkelissa USB-kaapelin enimmäispituus.

Keskitin lisää segmentin, ei ilmaista jatkoa. Keskuksien ketjuttaminen pidemmälle yltämiseksi toimii segmentti- ja keskusmäärärajojen puitteissa, mutta jokainen hyppy lisää kohdan, jossa virta ja signaali voivat jäädä vajaiksi. Pitkälle vedolle yhteen laitteeseen aktiivinen tai optinen jatkokaapeli on siistimpi ratkaisu kuin keskusketju.

Miksi laite putoaa keskuksesta

Tavalliset syyt siinä järjestyksessä kuin ne kannattaa tarkistaa:

• Virta. Laite tarvitsee enemmän virtaa kuin portti tai isäntävirralla toimiva keskitin voi syöttää. Virrallinen keskitin tai isännän portti korjaa tilanteen.
• Väärä kaapeli. USB-C-kaapeli voi olla USB 2.0 -kaapeli (480 Mbps) tai kuljettaa 10, 20, 40 tai 80 Gbps. Vain lataukseen tarkoitetussa kaapelissa ei ole datapareja lainkaan. Vaihtaminen kaapeliin, joka on mitoitettu käytössä olevalle nopeudelle ja teholle, on usein koko korjaus.
• Keskitin, jossa ei ole virtaa, kun laite odottaa virtaa. Isäntävirralla toimivat keskukset eivät voi ladata puhelinta täydellä nopeudella tai pyörittää asemaa luotettavasti.
• Odotukset kuvan suhteen. Telakan kuvalähtö riippuu siitä, että isäntäportti tukee DisplayPort Alt Modea tai Thunderbolttia. Portti ilman sitä tarvitsee aktiivisen sovittimen, eikä keskitin voi lisätä sitä.
• Ajuri- ja laiteohjelmistokäyttäytyminen. USB-sarjasovittimissa on muunninsiru, joka tarvitsee oikean ajurin, ja alkuperäisvalmistajan ajurit voivat estää väärennetyt sirut. Sama koskee joitakin telakoiden Ethernet-siruja.

Keskukset, telakat ja KVM-kytkimet yhdessä

KVM-kytkin jakaa yhden näppäimistön, näytön ja hiiren tietokoneiden kesken, ja EDID-emulointi pitää jokaisen tietokoneen näkemänä näytön myös silloin, kun se on kytketty pois, joten ikkunat eivät järjestäydy uudelleen. Monet KVM-kytkimet tukevat nykyään USB-C:tä tai Thunderbolttia, mikä tarkoittaa, että telakka voi olla KVM-kytkimen laitepuolella eikä suoraan tietokoneessa. Tämän järjestelyn kaapelointi ja EDID-käyttäytyminen on käsitelty artikkelissa KVM-kytkimet: kaapelit, EDID ja USB.

Valinta keskuksen ja telakan välillä

Valitse isäntävirralla toimiva keskitin, kun laitteet ovat vähävirtaisia: näppäimistö, hiiri, USB-muistitikku, tulostin, jossa on oma virtalähde. Se on pieni, ei tarvitse virtalähdettä ja sopii kannettavan laukkuun.

Valitse virrallinen keskitin, kun useat laitteet toimivat yhtä aikaa, kun jokin niistä on asema tai latautuva puhelin, tai kun isäntäportti on jo lähellä rajaansa. Virtalähde on tuotteen ydin.

Valitse telakka, kun yhden kaapelin on kuljetettava kuvaa, Ethernetiä, USB-laitteita ja kannettavan latausta. Tarkista kolme asiaa ennen ostoa: isäntäportin ominaisuudet (USB-C, jossa DisplayPort Alt Mode, Thunderbolt 4, Thunderbolt 5 tai USB4), latausteho, jonka telakka ja kaapeli voivat välittää, sekä näytön resoluutio ja virkistystaajuus, joita isäntä tukee. Telakka ei voi ylittää sitä, mitä isäntäportti tarjoaa.

Mikä ei tule toimimaan

• Isäntävirralla toimiva keskitin, joka pyörittää kannettavaa asemaa ja lataa puhelinta samaan aikaan. Portin virtabudjetti on jaettu ja kokonaisuus ylittää sen.
• Vain lataukseen tarkoitettu USB-C-kaapeli, joka kuljettaa dataa, tai USB 2.0 -kaapeli, joka kuljettaa 10 Gbps:n laitetta täydellä nopeudella.
• Passiivinen USB-C-sovitin, joka ajaa HDMI:tä portista ilman DP++:aa tai DisplayPort Alt Modea. Se tarvitsee aktiivisen sovittimen.
• 100 W:n tai 240 W:n lataus kaapelilla, jossa ei ole e-marker-sirua. Yli 3 A:n virroissa kaapelin on oltava mitoitettu ja merkitty siihen.
• Passiivinen USB4 40Gbps -kaapeli, joka on pidempi kuin 0,8 m (2,6 ft) täydellä nopeudella.
• Telakan Ethernet tai kuva toimii, kun isäntäportti on tavallinen USB-dataportti ilman vaihtoehtoista tilaa.
• USB-rinnakkaissovitin, joka ajaa ohjelmointilaitetta tai donglea. Nämä sovittimet toimivat tulostimien kanssa, joissa ne näkyvät USB-tulostimena, mutta eivät muiden rinnakkaisporttien laitteiden kanssa.
• USB-TTL-sovitin, jota kohdellaan RS-232:na. TTL/CMOS-sarjaliikenne 3,3 V:lla tai 5 V:lla ei ole RS-232, ja näiden kahden yhdistäminen suoraan voi vahingoittaa matalajännitepuolta.