C-tyypin USB:llä on monia etuja vanhempiin liitäntöihin verrattuna. Sitä e voi liittää väärinpäin, se on paljon vakaampi, siirtää dataa nopeammin ja tuo suuremman tehon lataukseen. Suunnittelijoiden on aika siirtyä tulevaisuuden liittimeen.

Aikaisemmin käyttöön tulleet USB-liitännät, kuten USB-A/B, mini tai micro, ovat hitaasti mutta varmasti häviämässä. Tähän vaikuttaa myös myönteinen hintakehitys, joka on seurausta panostuksesta USB-C:n tuotekehityksen ja tarjonnan lisäämisestä sekä kysynnän kasvusta.

Toisaalta edellä mainitusta seuraa, että ennemmin tai myöhemmin valmistajat alkavat luopua aikaisempien USB-komponenttien tarjonnasta. Tämän takia Rutronikin Marko Milosevic suositteleekin asiakkaitaan siirtymään uusimman sukupolven komponentteihin jo mahdollisimman aikaisessa vaiheessa tulevaa kilpailukykyä silmällä pitäen. Mutta mitä suunnittelijoiden pitää ottaa huomioon siirtymävaiheessa?

Kun USB-C:n tuotekehitys aloitettiin, useiden liitinvalmistajien tavoitteena oli 24-nastainen liitin. USB Implementers Forumin eli USB-IF määritteli kontaktimäärän näin suureksi, jotta tulevalla liittimellä oli mahdollista vastata vaadittuihin datansiirron ja latausnopeuden vaatimukset.

Kohti USB-C:tä

Uuden tuotteen valmistamiselle näin suuren kontaktimäärän toteuttaminen vaati suurta paneutumista asiaan. Ennen kaikkea piti ratkaista, miten aikaisempien neljän tai viiden liitinnastan integroimisen sijaan nyt integroitaisiin 24 nastaa. Käytännössä se tarkoitti vaatimusta juottaa kaksi riviä liitinnastoja. Seurauksena on valmistusprosessin monimutkaistuminen, sillä toisen rivin juotosten tarkistaminen ei ole helppo tehtävä. Yksi ratkaisu voisi olla, että vain yksi ulompi rivi juotettaisiin.

Niinpä tuotekehittäjät kysyivät aivan aiheesta, onko ylipäänsä ja missä laajuudessa lainkaan järkevää siirtyä esimerkiksi micro-USB:stä paljon vaikeammin valmistettavaan 24-nastaiseen USB-C-liittimeen. Micro-USB:n kytkentämekanismista oli tullut suosittu ja se oli saanut paljon luottamusta markkinoilla, etenkin kun USB-C tulisi olemaan kustannuksiltaan sitä paljon kalliimpi.

Valmistajat ja USB-IF ovat reagoineet markkinoiden tarpeisiin kehittämällä esimerkiksi kevytversioina 16-, 14- tai jopa 6-liitinnastaisia USB-C-liittimiä sovelluksiin, joissa ei tarvita kaikkein suurimpia nopeuksia. Näiden versioiden etuina ovat yksinkertaisempi valmistusprosessi ja ennen kaikkea edullisempi hinta. Tämä mahdollistaa taloudellisesti järkevän siirtymisen USB-C-komponentteihin. Edelläkävijöitä siirtymisessä USB-C:n käyttäjiksi ovat olleet teholähteiden valmistajat sekä tietenkin PC-laitteiden ja kannettavien tietokoneiden valmistajat. Myös ajoneuvojen valmistajat ovat kiinnostuneita integroimaan USB-C-komponentteja viihdejärjestelmiinsä.

Sen lisäksi, että tarjolla on eri nastamäärillä varustettuja USB-C-komponentteja, valmistajat ovat nyt monipuolistaneet USB-C-valikoimaansa tarjoamalla esimerkiksi vaaka- tai pystyasentoon asennettavia, keskeltä asennettavia ja vedenpitäviä komponentteja.

Tehonsyöttö, datansiirto vai molemmat?

Kytkennältä edellytettävät vaatimukset ovat kaiken a ja o. Seuraavassa esitettävät kysymykset auttavat tuotesuunnittelijoita valitsemaan sopivimman USB-C-liittimen.

Mitä signaalia ja mitä siirtonopeutta kyseinen sovellus edellyttää: riittääkö USB 2.0 vai tarvitaanko nopeampaa?

Tässä vaiheessa on selvitettävä, kuinka monella liitinnastalla sovelluksessa tullaan toimeen. Jos sovelluksessa on käytössä USB 3.0:n siirtonopeuksia, 6- tai 16-nastaisia komponentteja ei voida käyttää. Näin on esimerkiksi silloin, kun ulkoista monitoria käytetään kannettavan tietokoneen telakointiasemana. Kun halutaan hoitaa datansiirto ja tehonsyöttö samalla kaapelilla, suositeltavaa on käyttää 24-nastaisia versioita, joista esimerkkeinä voidaan mainita Molexin ja JAE:n valikoimissa olevat erilaiset versiot.

Kumpi vaihtoehto sopii paremmin suunnitteluun: ylhäältä vai keskeltä asennettava? Pysty- vai vaakasuoraan asennettava? Mikä on keskikorkeus?

Eniten käytetään vaakasuoraan ylhäältä asennettavaa USB-C-versiota. Valmistajista erityisesti JAE toi jo varhain suuren valikoiman, jossa tarjolla paljon erilaisia komponentteja. Sen suosituimmat tuotteet ovat 16-nastaiset versiot DX07S016JA1R1500 ja DX07 S016JA3R1500, jotka eroavat toisistaan ainoastaan DIP-leveyden osalta. Sen 24-nastainen versio DX07S024JJ2R1300 on varustettu komponentin takaosassa olevalla lisäsuojauksella. Myös Molex tarjoaa kaiken aikaa laajenevaa valikoimaa, johon kuuluu yksinkertainen 6-napainen liitin 2171570001. Sekä JAE:n että Molexin komponenttivalikoimissa on eri liitinnapamäärillä (6, 14, 16 ja 24 napaa) varustettuja komponentteja.

Erityisesti mobiililaitteiden yhteydessä komponentin keskikorkeus on tärkeässä osassa: sitä käytetään määritettäessä painetun piirilevyn korkeus oikeaksi lähtöä ajatellen. Mobiililaitteiden kuten älypuhelimien tai lukulaitteiden valmistajat asentavat piirilevyn hieman eri korkeudelle koteloon nähden. Esimerkiksi jos piirilevy asettuu hyvin alas verrattain korkean ”keskikorkeuden” omaava liitin tai korkeudeltaan riittävä liitinkomponentti tarvitaan, jotta saavutetaan haluttu asennustaso, mikä on USB-C-kytkennän kannalta paras. Jos asennettu piirilevy on samalla tasolla kuin liitin, valitaan keskikorkeudeksi lähellä 0 mm oleva arvo, koska mitä todennäköisimmin piirilevylle muodostuu painanne. Tässä tapauksessa suositeltavinta on käyttää keskeltä asennettavaa versiota. Näin ollen valittaessa USB-C-komponenttia sen korkeus on varsin ratkaisevassa asemassa. Kun piirilevyn ja kotelon suunnittelua sovitetaan yhteen korkeuden pitää olla juuri oikea. JAE:n ja Molexin valmistamien liittimien korkeudet vaihtelevat yleensä -0,52 mm:n (keskeltä asennettava) ja 5,9 mm:n (päältä asennettava) välillä.

Paljon käytettyjä ovat vaakasuuntaan asennettavat liittimet, joita asennetaan älypuhelimiin ja kannettaviin tietokoneisiin. On kuitenkin tiettyjä tapauksia, joissa komponentti joudutaan asentamaan pystysuoraan piirilevylle. Näin on silloin, kun USB-C-liitännän välttämättä halutaan ulottuvan kotelosta ylöspäin. Piirilevyn ja liitinlähdön välinen vaikutus toisiinsa on olennainen asia.

Onko sillä väliä, onko liitin vedenpitävä?

Suunnittelun alla oleva sovelluksesta riippuu, onko se alttiina ulkoisille häiriötekijöille. Onko kyseessä veteen upotettava laite tai ovatko siinä olevat avoimet aukot alttiina roiskeille? Tällöin tietysti ainoa suositeltava liitin on vedenpitävä. Jos kyseessä on liikkuva laite, kuten polkupyörän valaisin, jota ladataan USB-C-liitäntää käyttäen mutta signaalin siirtoa ei tarvita, Molexin vedenpitävä 6-napainen liitin 2171760001 on riittävä valinta. Jos sen sijaan tarvitaan lisäksi USB 2.0 -standardin mukaista signaalinsiirtoa, esimerkiksi Molexin 16-napainen liitin 2130830005 on hyvä valinta.

Jos suunnittelija haluaa kattaa kaikki vaihtoehdot ja saavuttaa sekä nopean lataus- ja datansiirtomahdollisuuden, tarvitaan 24-napainen USB-C-liitin. Esimerkiksi JAE:n DX07WH24JA3R1200 on liitin, joka on suunniteltu tarjoamaan yhä kasvavia siirtonopeuksia, jolloin sitä voidaan käyttää myös siirtonopeuksien kasvaessa tulevaisuudessa eikä komponenttia tarvitse vaihtaa sen takia.

Tukea valintaoppaasta

USB-C-liitännän käyttöönotto on ratkaiseva askel sovelluksia optimoitaessa. Tällöin loppukäyttäjän kannalta käytännöllisyyttä ja tehokkuutta saadaan parannettua. Valmistaja puolestaan voi kehittää tuotteitaan vastaamaan tulevaisuuden vaatimuksia, edesauttaa suunnittelun turvallisuusnäkökohtia ja optimoida pitkällä tähtäimellä materiaalien käyttöä. Rutronik edustaa laajaa tuoteportfoliota ja antaa asiantuntemuksensa käyttöön valittaessa parhaiten sovelluksiin sopivia USB-C-komponentteja. Rutronik24:ssa asiakkaat voivat tutustua valikoimaan ja siellä on myös ilmainen asiantuntijoiden kokoama USB-C -valintaopas.

Selector Guide löytyy täältä.