Huby i stacje dokujące USB: zasilane i bez zasilania

Hub rozdziela jeden port USB na kilka; stacja dokująca robi to samo i dodaje wyjścia obrazu, Ethernet oraz ładowanie przez jeden kabel. Różnica, która decyduje o tym, czy urządzenia działają, to zasilanie: hub bez zasilania (zasilany z portu) pobiera wszystko, czego potrzebuje, z portu hosta, natomiast hub z zasilaczem ma własny adapter i może właściwie zasilić każde urządzenie. Stacja dokująca to zwykle hub z zasilaczem z wbudowanymi dodatkowymi funkcjami, zazwyczaj przez USB-C lub Thunderbolt.

Huby zasilane z portu i z zasilaczem

Hub zasilany z portu pobiera prąd z portu hosta. Port ten dostarcza 500 mA przy 5 V (2,5 W) w USB 2.0 lub 900 mA (4,5 W) w USB 3.x. Każde urządzenie podłączone do huba dzieli ten budżet, więc klawiatura i mysz są w porządku, a dysk przenośny plus ładujący się telefon już nie. Gdy suma przekracza to, co może dać port, hub albo odmawia obsługi urządzenia, albo urządzenie rozłącza się w trakcie transferu.

Hub z zasilaczem ma własny adapter i nie pobiera swojego prądu roboczego z hosta. Każdy port podrzędny może wtedy dostarczyć prąd o swojej znamionowej wartości, a hub działa dalej, gdy port hosta jest blisko swojego limitu. To jedna zmiana, która naprawia większość przypadków „hub USB nie działa”: od huba wymagano obsługi urządzeń, na które nie miał mocy.

Co stacja dokująca dodaje względem huba

Stacja dokująca dodaje wyjścia obrazu, Ethernet i ładowanie przez jeden kabel, zwykle przez USB-C lub Thunderbolt. Strona obrazu nie jest funkcją danych USB w zwykłym sensie: to DisplayPort Alt Mode przenoszony przez złącze USB-C albo łącze Thunderbolt przenoszące DisplayPort obok PCIe i USB. Zwykły hub USB nie może wytworzyć wyjścia obrazu, którego host sam nie zapewnia.

Thunderbolt 4 daje 40 Gbps, PCIe przy 32 Gbps, dwa wyświetlacze 4K lub jeden 8K i ładowanie laptopa do 100 W na co najmniej jednym porcie. Thunderbolt 5 daje 80 Gbps w obie strony, do 120 Gbps w jednym kierunku dla wyświetlaczy, PCIe przy 64 Gbps i ładowanie do 240 W. USB4 działa z prędkością 20 Gbps lub 40 Gbps, a USB4 Version 2.0 z 80 Gbps, czyli 120 Gbps w jednym kierunku. USB4 jest zbudowane na protokole Thunderbolt 3, który Intel przekazał organizacji USB-IF w 2019 roku, a kable Thunderbolt 4 i 5 działają też jako kable USB-C do danych i ładowania. Różnice między tymi dwiema rodzinami opisano w Thunderbolt 3, 4 i 5 vs USB4.

Ładowanie to obszar, w którym stacje dokujące i huby są najczęściej mylone. Każdy kabel USB-C do USB-C musi przenosić 3 A, czyli 60 W przy 20 V. Prądy powyżej 3 A wymagają kabla 5 A z chipem e-marker: kabli 100 W i kabli 240 W Extended Power Range. USB Power Delivery Standard Power Range sięga 100 W (20 V przy 5 A) przy stałych napięciach 5 V, 9 V, 15 V i 20 V; PD 3.1 (2021) Extended Power Range sięga 240 W (48 V przy 5 A), dodając 28 V, 36 V i 48 V. Stacja dokująca reklamująca ładowanie laptopa potrzebuje kabla i portu hosta obsługujących tę moc, a nie tylko samej deklaracji na obudowie.

Współdzielone pasmo jednego łącza hosta

Hub dzieli jedno łącze nadrzędne między wszystkie swoje urządzenia. Prędkość łącza ustala port hosta i hub, a nie liczba portów w hubie. USB 2.0 to 480 Mbps; USB 3.0, nazywane też USB 3.1 Gen 1, USB 3.2 Gen 1 lub USB 5Gbps, to 5 Gbps; USB 3.1 Gen 2, nazywane też USB 3.2 Gen 2 lub USB 10Gbps, to 10 Gbps; USB 3.2 Gen 2x2 to 20 Gbps i działa tylko przez USB-C.

W praktyce oznacza to, że szybki SSD i adapter Gigabit Ethernet w tym samym hubie konkurują o to samo pasmo nadrzędne. Pojedyncze łącze 5 Gbps znacznie przewyższa potrzeby adaptera gigabitowego, ale dwa dyski kopiujące naraz dostaną każde mniej niż pełną przepustowość łącza. Stacja dokująca z własnym łączem Thunderbolt lub USB4 ma znacznie większy zapas, dlatego do obrazu i pamięci masowej razem używa się stacji dokujących, a nie hubów.

Limity długości kabli dotyczące hubów i stacji dokujących

Specyfikacja określa długości kabli USB Type-C według prędkości: USB 2.0 do 4 m (13 ft); USB 5Gbps do 2 m (6.6 ft); USB 10Gbps do 1 m (3.3 ft); pasywne USB4 40Gbps do 0,8 m (2.6 ft). Kable USB 2.0 działają do 5 m (16 ft) na segment, a przy maksymalnie 5 hubach w łańcuchu do 30 m (98 ft) łącznie. Pasywne kable USB 3.x ze złączami Type-A lub Type-B są powszechnie sprzedawane do 3 m (10 ft); aktywne i optyczne kable przedłużające sięgają dalej. Pełny zestaw limitów znajduje się w maksymalna długość kabla USB.

Hub dodaje segment, a nie darmowe przedłużenie. Łączenie hubów w łańcuch, by sięgnąć dalej, działa w granicach limitów segmentów i liczby hubów, ale każdy przeskok to kolejne miejsce, gdzie może zabraknąć mocy i sygnału. Do długiego połączenia z jednym urządzeniem aktywny lub optyczny kabel przedłużający jest czystszym rozwiązaniem niż łańcuch hubów.

Dlaczego urządzenie rozłącza się na hubie

Typowe przyczyny, w kolejności, w jakiej warto je sprawdzać:

• Zasilanie. Urządzenie potrzebuje więcej prądu, niż może dostarczyć port lub hub zasilany z portu. Hub z zasilaczem albo port w hoście rozwiązuje problem.
• Zły kabel. Kabel USB-C może być kablem USB 2.0 (480 Mbps) albo przenosić 10, 20, 40 lub 80 Gbps. Kabel tylko do ładowania nie ma w ogóle par danych. Przejście na kabel o klasie odpowiedniej do używanej prędkości i mocy często załatwia sprawę.
• Hub bez zasilania, gdy urządzenie oczekuje mocy. Huby zasilane z portu nie naładują telefonu z pełną mocą ani nie rozkręcą dysku w sposób niezawodny.
• Oczekiwania co do obrazu. Wyjście obrazu stacji dokującej zależy od tego, czy port hosta obsługuje DisplayPort Alt Mode lub Thunderbolt. Port bez tego wymaga aktywnego adaptera, a hub nie może go dodać.
• Zachowanie sterowników i firmware’u. Adaptery USB-szeregowe zawierają chip konwertera, który wymaga właściwego sterownika, a podrabiane chipy mogą być blokowane przez sterowniki oryginalnego producenta. To samo dotyczy niektórych chipów Ethernet w stacjach dokujących.

Huby, stacje dokujące i przełączniki KVM razem

Przełącznik KVM współdzieli jedną klawiaturę, monitor i mysz między komputerami, a emulacja EDID sprawia, że każdy komputer widzi monitor, nawet gdy jest przełączony na inny, więc okna się nie przestawiają. Wiele przełączników KVM obsługuje teraz USB-C lub Thunderbolt, co oznacza, że stacja dokująca może stać po stronie urządzeń przełącznika KVM, a nie bezpośrednio przy komputerze. Okablowanie i zachowanie EDID w takim układzie opisano w przełączniki KVM: kable, EDID i USB.

Wybór między hubem a stacją dokującą

Wybierz hub zasilany z portu, gdy urządzenia pobierają mało prądu: klawiatura, mysz, pendrive, drukarka z własnym zasilaniem. Jest mały, nie potrzebuje adaptera i sprawdza się w torbie na laptopa.

Wybierz hub z zasilaczem, gdy kilka urządzeń działa naraz, gdy któreś z nich to dysk lub ładujący się telefon, albo gdy port hosta jest już blisko swojego limitu. Zasilacz jest sednem tego produktu.

Wybierz stację dokującą, gdy jeden kabel ma przenosić obraz, Ethernet, urządzenia USB i ładowanie laptopa. Przed zakupem sprawdź trzy rzeczy: możliwości portu hosta (USB-C z DisplayPort Alt Mode, Thunderbolt 4, Thunderbolt 5 lub USB4), moc ładowania, jaką mogą przekazać stacja dokująca i kabel, oraz rozdzielczość i częstotliwość odświeżania wyświetlacza obsługiwane przez hosta. Stacja dokująca nie może przekroczyć tego, co zapewnia port hosta.

Co nie zadziała

• Hub zasilany z portu obsługujący jednocześnie dysk przenośny i ładujący się telefon. Budżet prądowy portu jest dzielony, a suma go przekracza.
• Kabel USB-C tylko do ładowania przenoszący dane albo kabel USB 2.0 przenoszący urządzenie 10 Gbps z pełną prędkością.
• Pasywny adapter USB-C wyprowadzający HDMI z portu bez DP++ lub DisplayPort Alt Mode. Potrzebny jest aktywny adapter.
• Ładowanie 100 W lub 240 W kablem bez chipa e-marker. Powyżej 3 A kabel musi być do tego przystosowany i oznaczony.
• Pasywny kabel USB4 40Gbps dłuższy niż 0,8 m (2.6 ft) przy pełnej prędkości.
• Działanie Ethernetu lub obrazu ze stacji dokującej, gdy port hosta to zwykły port danych USB bez trybu alternatywnego.
• Adapter USB-równoległy obsługujący programator lub klucz sprzętowy. Takie adaptery działają z drukarkami, gdzie pojawiają się jako drukarka USB, ale nie z innymi urządzeniami z portem równoległym.
• Adapter USB-TTL traktowany jak RS-232. Szeregowy TTL/CMOS przy 3,3 V lub 5 V to nie RS-232, a bezpośrednie połączenie obu może uszkodzić stronę niskonapięciową.