Как устроен кабель Lightning от Apple. Какие компоненты входят в его состав. Как происходит взаимодействие между кабелем и устройством. Почему Apple разработала собственный интерфейс вместо использования USB.
Архитектура и компоненты кабеля Lightning
Кабель Lightning от Apple — это не просто проводник для передачи электричества и данных. Внутри него скрывается целая электронная система, обеспечивающая «умное» взаимодействие с устройствами Apple. Давайте разберемся, из чего состоит этот кабель и как он работает.
Основные компоненты кабеля Lightning
В результате исследования кабеля Lightning были обнаружены следующие ключевые компоненты:
- Микросхема NXP SP3D2
- Микросхема STMicroelectronics USB2A
- Микросхема Texas Instruments BQ2025
- Неизвестная микросхема с маркировкой 4S
Наличие нескольких микросхем в кабеле говорит о том, что это не просто пассивный проводник, а активное устройство с собственной логикой работы.
Функции основных компонентов
Какие функции выполняют обнаруженные микросхемы в кабеле Lightning?
- NXP SP3D2 — вероятно, отвечает за коммутацию сигналов и динамическое назначение контактов разъема
- STMicroelectronics USB2A — обеспечивает совместимость с интерфейсом USB
- Texas Instruments BQ2025 — ключевой компонент, обеспечивающий коммуникацию с устройством Apple
- Неизвестная микросхема 4S — предположительно вспомогательный контроллер
Таким образом, кабель Lightning представляет собой сложную систему, способную адаптироваться под различные режимы работы и типы подключаемых устройств.
Принцип работы интерфейса Lightning
Как же работает кабель Lightning при подключении к устройству Apple? Давайте разберем основные этапы взаимодействия.
Этапы установления соединения
- При подключении кабеля устройство Apple обнаруживает его присутствие
- Микросхема TI BQ2025 в кабеле инициирует обмен данными с устройством
- Происходит аутентификация кабеля и проверка его совместимости
- Динамически назначаются функции контактов разъема
- Устанавливается режим работы (зарядка, передача данных и т.д.)
Этот процесс позволяет кабелю Lightning адаптироваться под конкретное устройство и требуемый режим работы.
Преимущества адаптивного интерфейса
Почему Apple разработала Lightning вместо использования стандартного USB? Адаптивный интерфейс дает ряд преимуществ:
- Возможность использования одного разъема для разных задач (питание, данные, видео)
- Повышенная надежность благодаря отсутствию механического ключа в разъеме
- Потенциал для внедрения новых функций без изменения разъема
- Контроль качества аксессуаров через механизм аутентификации
Таким образом, Lightning — это не просто альтернатива USB, а принципиально новый подход к организации интерфейса мобильных устройств.
Технические особенности разъема Lightning
Рассмотрим некоторые интересные технические аспекты работы разъема Lightning.
Динамическое назначение контактов
Как происходит динамическое назначение функций контактов в Lightning? Этот процесс включает следующие этапы:
- Определение ориентации вставленного разъема
- Выбор активных контактов в зависимости от ориентации
- Назначение функций контактам (питание, данные, управление)
- Активация соответствующих цепей в кабеле и устройстве
Благодаря этому механизму разъем Lightning можно вставлять любой стороной, что повышает удобство использования.
Поддержка различных режимов работы
Какие режимы работы поддерживает интерфейс Lightning? Основные варианты включают:
- Зарядка устройства (с возможностью быстрой зарядки)
- Синхронизация данных по USB 2.0
- Вывод видео (через специальные адаптеры)
- Передача аудио (для аксессуаров вроде док-станций)
Это позволяет использовать один универсальный разъем вместо нескольких специализированных портов.
Перспективы развития интерфейса Lightning
Каковы перспективы дальнейшего развития интерфейса Lightning от Apple?
Возможные направления эволюции
Можно предположить следующие варианты развития технологии Lightning:
- Увеличение скорости передачи данных (поддержка USB 3.0 и выше)
- Расширение возможностей вывода видео (поддержка 4K и 8K)
- Внедрение новых протоколов (например, Thunderbolt)
- Увеличение мощности для быстрой зарядки устройств
При этом физический разъем может остаться неизменным, что обеспечит обратную совместимость.
Альтернативы Lightning
Существуют ли достойные альтернативы Lightning? Рассмотрим некоторые варианты:
- USB Type-C — универсальный разъем с похожей концепцией
- Wireless charging — беспроводная зарядка как замена проводному подключению
- Smart Connector — магнитный разъем для аксессуаров iPad
Однако пока Lightning остается основным интерфейсом для мобильных устройств Apple, обеспечивая оптимальный баланс функциональности и совместимости.
Выводы: значение Lightning для экосистемы Apple
Подведем итоги нашего анализа интерфейса Lightning от Apple.
Ключевые преимущества Lightning
Какие основные преимущества дает использование Lightning?
- Универсальность — один разъем для разных задач
- Надежность — прочная конструкция без механического ключа
- Адаптивность — возможность внедрения новых функций
- Контроль экосистемы — защита от некачественных аксессуаров
Эти факторы делают Lightning важным элементом экосистемы устройств Apple.
Критика и ограничения Lightning
Какие недостатки есть у интерфейса Lightning?
- Проприетарность — несовместимость с устройствами других производителей
- Стоимость аксессуаров — из-за необходимости лицензирования
- Ограниченная скорость — пока нет поддержки USB 3.0 и выше
Однако для большинства пользователей преимущества Lightning перевешивают эти недостатки.
Таким образом, интерфейс Lightning остается важной технологией в экосистеме Apple, обеспечивая оптимальный баланс функциональности, надежности и контроля качества аксессуаров. Несмотря на критику, Lightning продолжает развиваться и адаптироваться под новые потребности пользователей мобильных устройств.
Почему оригинал Lightning — это хорошо, что внутри, и как он работает —
Назад
Почему оригинал Lightning — это хорошо, что внутри, и как он работает
Каждый владелец iPhone или iPad сталкивается с задачей замены кабеля зарядки. Выбор на рынке очень большой, цены разные, какой же выбрать? Давайте разберемся что внутри оригинального кабеля.
Что внутри Lightning, и почему оригинал — это дорого?
Понять, почему Apple остается компанией, стоимость аксессуаров которой иногда кажется неоправданно высокой, можно лишь после технической процедуры вскрытия.
Перед нами два оригинальных кабеля к смартфонам. Стоимость кабеля micro USB — 105 грн на сайте comfy.ua. Оригинальный Lightning-кабель обойдется в 779 грн (сайт istore.ua), в 7 раз дороже!
Достанем нож и попробуем разобраться, в чём причина такой огромной разницы в цене. Сразу скажу, что пластик micro-USB режется очень легко. А штекер в Lightning разрезать не так просто – предусмотрена качественная защита от проникновения.
Добираемся до внутренностей. Лучший вариант платы, который вы можете увидеть в micro-USB, выглядит так:
В худшем случае, в таком же оригинальном кабеле, вы не увидите даже выпрямителя напряжения. Просто четыре разноцветных провода с экранированием-оплеткой (на которой тоже нередко экономят).
После длительного вскрытия оригинального Lightning-кабеля нам открывается вот такая картина:
Внутри кабеля Lightning спрятан полноценный микрокомпьютер, который не только сканирует весь процесс зарядки устройства, но и облегчает использование аксессуара юзером.
Теперь вы знаете, что сверхвысокая цена обусловлена качеством и внутренностями Lightning-кабеля.
Идем дальше.
Как работает Lightning и что происходит внутри него
На плате установлены четыре микросхемы и несколько вспомогательных вычислительных узлов, отвечающих за обмен данными с компьютером. После подключения айфона к зарядному устройству, внутри этой микросхемы начинают работать любопытные процессы.
Два из представленных выше чипа довольно просты по своей конструкции и состоят всего из нескольких транзисторов, которые преобразовывают поступающий сигнал тока в состояние, максимально адаптированное для установленной в iPhone батареи.
Еще одна микросхема NXP-NX20P3 обеспечивает контроль над уровнем текущего состояния аккумулятора, вычисляя накопленный объем заряда.
Также находящийся в кабеле микропроцессор определяет и то, какой стороной вы вставляете его в разъем устройства.
Стандартная схема распайки Lightning выглядит следующим образом:
И вот именно тут срабатывает магия Apple. Вам не нужно думать, каким концом вставлять штекер. Спасибо за это вышеуказанному микропроцессору, и асимметричному размещению контактов.
То есть пока вы вставляете провод, внутренности автоматически определяют на какие контакты подавать напряжение.
На эти технологии существуют десятки патентов, которые принадлежат Apple. Но китайским изобретателям до них нет дела, кабели копируются с разной точностью и уровнем качества.
В ответ на массовые подделки, компания Apple предусмотрела защиту своих аксессуаров и разработали собственный стандарт сертификации MFI, а ограничить подключение некачественных кабелей решили дополнительным четвертым чипом, установленном на той же плате оригинального Lightning-шнура.
Американский Firewall против подделок Lightning-кабелей
Ненавистная всеми другими производителями аксессуаров микросхема под названием BQ2025. Ее смело можно назвать «пропуском» к недрам гнезда Lightning.
Если на неоригинальном Lightning-кабеле такой микросхемы нет, iOS-устройство показывает сообщение «Данный кабель не сертифицирован»:
После чего подделку шнурка можно фактически выбрасывать: он либо не будет адекватно заряжать гаджет, либо не будет его заряжать вообще, либо не позволит синхронизировать данные.
Но почему появляется это сообщение?
На микросхема BQ2025 есть специальный выделенный цифровой блок постоянной памяти, для изготовления которого используются полупроводники. Его название — EEPROM. Его задача заключается в возможности многократной перезаписи информации (до миллиона раз).
Объем памяти данного блока EPROM составляет 64 – 128 бит, и этого достаточно, чтобы сохранить уникальный ключ каждого существующего в мире аксессуара Apple.
В этот блок чипа записывается ключ, позволяющий распознать «оригинальность» – соответствие стандартам Apple и подтверждение наличия официальной сертификации MFI. При подключении ключ аксессуара сравнивается с базой значений на iOS-устройстве. Если такой отсутствует, выскакивает сообщение с уведомлением об ошибке и невозможности работы.
Некоторые производители поддельных кабелей все же смогли обойти защиту. Так как поставки микросхем EEPROM строго контролирует компания Apple, подпольные фабрики используют эмулятор, в основе которого лежит чип 8051. Он эффективно обходит защиту Apple, но не является долговечным, отчего кабель в неожиданный момент перестаёт работать с iOS.
Один из вариантов кабелей — подделок:
Очень часто, именно после перепрошивки, китайский кабель отказывается работать. Это происходит из-за перезаписывания памяти EEPROM во время очередного обновления IOS.
Прибавьте к этому DRM-защиту мультимедиа файлов, которую так поддерживает компания, и можете забыть о совместимости несертифицированных аксессуаров для вывода изображения и ретрансляции музыки через порт Lightning.
Еще одна серьезная помеха, которая мешает начать производство поддельных аксессуаров любому желающему — недоступность и дороговизна схем. Помните описанную выше микросхему NXP NX20P3? Цена ее схемы на черном рынке составляет 2500 долларов!
И одной схемы для старта производства будет явно недостаточно.
Вывод
Перед покупкой дешевого кабеля на непонятном сайте подумайте о последствиях. Использование неоригинального шнурка может вызвать ряд проблем:
- Он быстро приходит в негодность. Появляется люфт штекера, трескается оплетка.
- Потеря совместимости после обновления, описанная выше. В следствие чего кабель можно выкидывать.
- Перегрев устройства. Бывали случаи возгорания и взрывов iPhone.
- Срок службы оригинального кабеля в разы дольше копии.
Что сказать, оригинал того стоит. Но даже если обычный Lightning-кабель конкретно от Apple брать не хочется, всегда можно найти качественный сертифицированный MFI шнур. Часто даже с интересной «фишкой».
Срыв покровов с интерфейса Lightning / Offсянка
Apple никогда не стеснялась вводить проприетарные стандарты для чего бы то ни было — как в «софте», так и в «харде». Общепринятые решения не подходят? О’кей, придумаем свое. Наиболее ярко это всегда проявлялось в выборе интерфейса для стыковки компьютера с периферийными устройствами.
Некоторые интерфейсы, порожденные Apple, никогда не выходили за пределы уютной «яблочной» экосистемы и там же умирали, в конце концов уступив открытым стандартам. Например, однажды возникла потребность пропустить к монитору видеосигнал, электропитание и шину USB по одному кабелю, и родился стандарт ADC (Apple Display Connector), объединяющий все перечисленное. Но со временем его все равно пришлось заменить DVI. В других случаях Apple объединялась со сторонними производителями и всячески продвигала новый стандарт в массы. Давний пример такой экспансии в сфере железа — шина FireWire. Fire Wire, будучи более изощренным технологически и более быстрым интерфейсом по сравнению с USB, не угнался за последним по распространению (по причине дороговизны компонентов), но нашел и своего пользователя, и специфическую рыночную нишу.
Из более свежего — созданный Apple разъем Mini DisplayPort (хотя автором интерфейса как такового Apple не является), который уже подхватили производители ноутбуков и видеокарт. Потом Mini-DP дополнительно использовали для шины Thunderbolt от Intel, в разработке которой Apple принимала непосредственное участие. Ее прелесть стала понятной, как только разработчики определились с позиционированием и Thunderbolt в массах перестали противопоставлять USB 3. 0. Вот сколько было и исчезло экзотических решений для того, чтобы подключать к ПК высокосортную периферию, а Intel вместе с Apple взяли и сделали единый удобный стандарт.
Для ненавистников Apple все это выглядит как какая-то блажь, стремление отгородиться от конкурентов и попросту любой ценой отличаться от других. А зазнаек, воображающих о себе не весть что, как известно еще со школы, сильно не любят. Особо раздражает публику упрямое нежелание Apple присоединиться к общему интерфейсу синхронизации и зарядки мобильных гаджетов, USB. В то время как все поголовно смартфоны и даже часть «тупофонов» приняли стандарт Micro USB, Apple до последнего держалась за свой 30-контактный разъем, который дебютировал еще в 2003 году вместе с третьим поколением iPod, а теперь уже выглядит совершеннейшим, чудовищно неуклюжим анахронизмом. Пятый iPhone отправил 30-пиновый коннектор в отставку, но, вопреки ожиданиям, на смену ему пришел не общепринятый Micro USB, а очередной проприетарный стандарт — Lightning. Естественно, со всех сторон посыпалось: «И вот опять Apple сделала все не как у людей!» Хуже того, говорят, что в кабель Lightning встроены зловещие аутентификационные чипы для того, чтобы Apple якобы могла брать с «этих глупых фанбоев» по $19 за фирменные аксессуары и выбивать деньги за лицензию из производителей периферии. Ну как тут не возмутиться?
Возмущаются и давние пользователи i-устройств, собравшие коллекцию i-периферии: всевозможных кабелей, док-станций, акустических систем и подчас гораздо более экзотического оборудования с 30-контактным разъемом. Даже российские чиновники, этим летом разместившие на сайте госзакупок аукцион на Toyota Land Cruiser 200 в комплектации «люкс», в техническом задании особо указали «USB/AUX-разъем (с возможностью подключения iPod)». Правда, аукцион отменили до того, как Apple поменяла интерфейс. Кого за это благодарить — вы знаете и без нас.
Если серьезно, то на первый взгляд действительно непонятно, зачем Apple понадобился новый проприетарный интерфейс, в то время как есть общедоступный USB. Спецификации Lightning пока не опубликованы, и о том, как он работает, чем отличается от USB и отличается ли вообще чем-либо, кроме разъема, можно только догадываться. Но кое-что уже стало известно. Похоже, что Lightning — непростая и интересная штуковина, назначение которой не сводится к тому, чтобы дать Apple возможность поживиться на торговле лицензиями. Попробуем свести в единую картину фрагменты информации по этой теме, найденные в Сети.
⇡#Цифровой, адаптивный, прочный, реверсивный
Apple мало распространяется о принципах работы Lightning, ограничиваясь указанием главных достоинств интерфейса: он полностью цифровой, адаптивный, прочный и реверсивный.
Прочность — самый легкий пункт, не требующий долгих объяснений. Даже простое сокращение числа контактов с 30 до 8 повышает прочность как «папы», так и «мамы» разъема. Кроме того, устройство разъема стало проще, соединение более плотное, штекер не болтается вперед-назад, как это было с 30-контактным разъемом.
Разъем Lightning в iPhone 5 прочно закреплен на корпусе (фото iFixIt)
По размерам разъем Lightning примерно такой же, как Micro USB 2. 0, но опять-таки устроен проще. Разъем Micro USB 3.0 уже в два раза крупнее, а необходимость обратной совместимости с кабелями версии 2.0 сделала его еще более сложным, а значит — менее надежным. Кроме того, в iPhone 5 гнездо Lightning не распаяно на материнской плате, а прикручено непосредственно к металлическому корпусу. Большинство производителей смартфонов с Micro USB так не делают и паяют коннектор на плату. Для бережного пользователя все это не актуально, но нельзя не признать, что разъем Lightning гораздо лучше подготовлен к не столь бережному отношению по сравнению как с 30-пиновым разъемом, так и с Micro USB.
По размеру коннекторы Lightning и Micro USB примерно одинаковы, но Lightning выглядит прочнее (фото The Gadgeteer)
Реверсивность интерфейса отчасти связана с темой прочности. На практике этот термин означает, что штекер можно вставлять в любой ориентации. В разъеме нет механического ключа, а значит, его невозможно сломать, пытаясь с силой вставить не той стороной. Но с реверсивности как раз начинается самое интересное о Lightning. Казалось бы, задача решается просто: электрически соединить контакты на двух сторонах штекера крест-накрест, но…
Специалист из Double Helix Cables (собственно, производитель кабелей) прозвонил коннектор Lightning и набросал от руки уже неоднократно переопубликованную схему. То, что нас интересует, нарисовано в левом нижнем углу бумажки. Контакты на верхней и нижней частях штекера пронумерованы от 1 до 8. Контакты 1 и 5 на верхней части действительно соединены по диагонали с нижними контактами 8 и 4 соответственно. Из этой же заметки известно, что на контакт 1/8 подведен V- («минус» питания) шины USB. Он же соединен с металлической оболочкой штекера. А вот остальные верхние контакты не имеют пары на нижней части, чтобы штекер можно было перевернуть, не поменяв схемы подключения. Этот парадокс объясняется только одним способом: интерфейс динамически назначает контакты в зависимости от того, в какой ориентации замкнут разъем.
Схема контактов штекера Lightning (фото Appleinsider)
Кстати, обратите внимание, что на схеме не указан контакт, соответствующий V+ в шине USB. Непонятно, каким образом автор заметки прозванивал кабель Lightning. Наиболее вероятно, что он при этом не был подключен к телефону. В таком случае отсутствие V+ объясняется следующей гипотезой: назначение контактов происходит внутри кабеля и, пока телефон не подключен, кабель просто не включает питание. Вот вам и главная функция загадочного «аутентификационного» чипа.
Сам чип в штекере Lightning действительно был обнаружен и подробно исследован Chipworks, лабораторией по реверс-инжинирингу. На миниатюрной плате распаяно несколько микросхем, но более-менее сложную логику содержит только чип с маркировкой BQ2025, произведенный, судя по всему, Texas Instruments. На сайте TI информации о нем нет, но по снимкам кристалла удалось выяснить, что чип совместим с проприетарным интерфейсом TI — SDQ. В свою очередь поддержка SDQ означает наличие генератора CRC. Сами Chipworks делают вывод, что CRC в Lightning как раз таки используется для аутентификации устройства. Но в принципе, любой последовательный интерфейс не обходится без CRC для контроля целостности пакетов, поэтому можно сказать, что вскрытие кабеля не позволило опровергнуть гипотезу об аутентификации, но и убедительного подтверждения она пока не получила. Кстати, SDQ использует для сигнала всего одну жилу. Возможно, это и есть «непереходящий» контакт 5 в разъеме Lightning, через который чип сообщает iPhone, что именно к нему только что подключили. В блоге на Asia.CNET пишут, что телефон включается, обнаружив кабель Lightning, даже если обратный конец не соединен с USB. Это вписывается в гипотезу о том, что устройство как-то взаимодействует с чипом внутри.
Загадочный чип в штекере Lightning (фото Chipworks)
Именно динамическое назначение контактов и коммуникация кабеля с устройством дают нам то, что Apple называет адаптивным интерфейсом. В принципе, как только гаджет и коммутационный чип договорились о назначении контактов, по ним можно передавать что угодно. Существующий кабель Lightning to USB 2.0 просто пробрасывает к устройству сигнальные линии USB. С USB 3.0 это сделать не получится, так как он задействует девять контактов, в то время как в разъеме Lightning уже есть только восемь, из которых как минимум один используется для коммуникации с чипом. Но это совершенно не значит, что концепция Lightning исчерпывающе описывается словами «хитрый USB 2.0, (возможно) с аутентификацией». Ничто не мешает в будущем встраивать в кабели более сложную логику, например хост-контроллер USB 3.0 или другого интерфейса, который будет соединяться с SoC гаджета по какой-нибудь внутренней последовательной шине. Понятно, что такой кабель будет стоить еще дороже, но тем самым Apple обеспечила интерфейсу долголетие. Старый добрый 30-пиновый разъем протянул девять лет за счет того, что в него изначально интегрировали все что угодно, включая одновременную поддержку USB и FireWire, да еще и аналоговые выходы. Lightning, благодаря своей адаптивности, может прожить не меньше.
Первые плоды адаптивности могут появиться уже скоро. На сайте The Verge опубликована информация, что в ближайшие месяцы выпустят адаптеры для Lightning на VGA и DisplayPort. Для VGA требуется 15 контактов, а для DisplayPort — 20, так что хотя бы по этой причине в кабеле уже обязательно должен быть трансмиттер соответствующего интерфейса.
И еще один немаловажный момент. Логично предположить, что при подключении к простому заряднику для питания могут сразу использоваться несколько контактов Lightning, что потенциально позволит применять более мощные блоки для быстрой зарядки батареи, ибо чем выше ток зарядки, тем быстрее процесс. Для интерфейса USB 2.0 максимальная сила тока на одном порте составляет 500 мА, для USB 3.0 — 900 мА. А, к примеру, фирменное зарядное устройство третьего iPad имеет мощность 10 Вт, что уже дает теоретический ток 2 А при стандартном для USB напряжении 5 В, а вместе с четвертым iPad поставляется 12-ваттный «питальник». Отметим, что сейчас находится в разработке документ USB Battery Charging 1. 2 Compliance, который разрешает использовать выделенные порты USB для зарядки с максимальным током вплоть до 5 А за счет контактов D+ и D-, которые обычно служат для передачи данных. Но то в разработке, а пока все «высокоточные» реализации USB делаются производителями в порядке частной инициативы.
⇡#Где мой кабель за $1?
По слухам, Apple изменила условия программы MFi, регулирующей отношения с производителями аксессуаров для i-устройств. Теперь производить периферию будет позволено только на тех фабриках, которые одобрит Apple. А еще говорят, что Apple будет контролировать поставки разъемов Lightning с тем, чтобы их использовали только в устройствах, соответствующих определенным критериям. Anandtech выяснил, что коннекторы будут поставляться в четырех вариантах: USB Host, USB Device, только зарядка и еще коннектор для последовательного соединения (видимо, имеется в виду iPod Acessory Protocol). Каждый вариант существует в физическом исполнении для кабеля и для док-станции.
Между тем компании, не допущенные к кормушке, еще поборются за свой хлеб. Некая китайская компания iPhone5Mod объявила, что ей удалось создать подключение к iPhone 5 при помощи «взломанного» чипа, хотя прототип на видео, признался производитель, работает с оригинальным чипом, полученным от поставщика Apple.
Таким образом, единственный способ, с помощью которого производители аксессуаров смогут уменьшить их себестоимость, — это использование сторонних коммутационных чипов (если такие действительно существуют и действительно будут стоить дешевле). Поэтому о неоригинальных кабелях за $1 можно забыть. Такова цена прогресса.
Чую, чую, как поднимается волна народного возмущения. В качестве оправдания Apple можно сказать, что сиюминутная нажива — не единственный, а может, и не главный мотив строгой лицензионной политики. Просто Apple наверняка хочет исключить такие случаи, когда нелицензионный чудо-девайс перепутает контакты в разъеме и что-нибудь закоротит. Да и в целом на рынке станет меньше всяческого барахла с доком для iPhone.
⇡#Альтернативные решения
Теперь давайте подведем итог и посмотрим, какие из тех функций, что имеет Lightning, можно было бы реализовать, а какие — нет, если бы Apple «не выдумывала» и выбрала Micro USB.
Во-первых, питание. Вряд ли наличие у четвертого iPad разъема Lightning и 12-ваттного блока питания — это совпадение. USB как 2.0, так и 3.0 в существующей реализации не могут обеспечить ток питания, необходимый для быстрой зарядки планшетов со столь емкой батареей.
Но допустим, что это может быть не так важно, и пока не приняли финальную версию USB Battery Charging 1.2 Compliance, можно и потерпеть медленную зарядку. Допустим, важнее было бы реализовать совместимость с USB 3.0, и мобильные устройства уже нуждаются в скоростном интерфейсе для синхронизации с ПК. Увы, такое решение потянуло бы за собой необходимость использовать более крупный разъем, а еще — либо найти на плате место для отдельной микросхемы хост-контроллера, либо интегрировать его в SoC, где он все равно займет некоторую площадь в дополнение к логике USB 2. 0 и увеличит общее энергопотребление. Кроме того, есть подозрение, что SoC Apple A6 все равно не потянет USB 3.0 с такой производительностью, чтобы вообще был смысл связываться с этими трудностями. Вопрос мощи SoC особенно актуален в контексте вывода видео средствами USB Video Device Class (в теории, пропускная способность USB 3.0 позволяет транслировать видеопоток в разрешении 1080p с фреймрейтом 120 FPS). Lightning же готов обеспечить поддержку USB 3.0 и любого другого интерфейса передачи данных, как только появится такая потребность, и соответствующие вычислительные возможности.
Lightning выигрывает и у ряда решений, предусматривающих вывод видеопотока средствами специализированных трансмиттеров HDMI и DisplayPort. Подход Apple позволяет разгрузить гаджет от чипов-трансмиттеров, встраивая их в кабели. В результате мы опять-таки получаем экономию места на плате и энергопотребления. А также снижение цены устройства для тех, кому видеовыход не нужен. Кроме того, Lightning избавляет от дополнительной головной боли по поводу того, через какой разъем выводить видеопоток. Вариант Mini HDMI не только расходится с минималистичным дизайном гаджетов Apple, но и — опять и снова — требует дополнительного места, притом что пригодится он абсолютному меньшинству.
Реализация MyDP от Analogix Semiconductor (схема Brockerhoff.net)
Более изящный вариант — ныне находящийся в разработке стандарт MyDP, который сокращает число линий DisplayPort с 20 до 5, что позволяет передавать сигнал через стандартный разъем Micro USB 2.0. Но это опять отдельный чип трансмиттера плюс схема, переключающая режим работы порта между USB и видеовыходом. Близкой заменой для Lightning в плане видеовыхода могла бы стать только архитектура MHL (Mobile High-Definition Link), которая построена на таком же принципе: данные передаются через разъем USB по специальному протоколу, а в кабеле перекодируются в HDMI с помощью (та-дам!) отдельного чипа, который также стоит денег. И для переключения режимов работы порта опять нужна отдельная схема. Альтернатива — сделать еще один нестандартный разъем.
⇡#Заключение
Вот то, что сейчас можно сказать об интерфейсе Lightning. Что-то из того, что здесь написано, — это твердые факты, что-то является лишь предположением. И все же информации уже достаточно, чтобы выбор в пользу очередного проприетарного интерфейса не казался чистой попыткой отъема денег у трудящихся. На самом деле это очень разумное и дальновидное решение, которое со временем может стать тенденцией: отделить механический форм-фактор разъема и коммутацию контактов от конкретной шины. Адаптивный интерфейс и «умные» кабели — лучший способ уменьшить объем компонентов и энергопотребление мобильного устройства, обеспечивая широкую функциональность и потенциал для развития на годы вперед.
Системный анализ кабеля Apple Lightning-USB
Опубликовано: 5 декабря 2012 г.
Системный анализ определяет, как устройства используются вместе, и может включать тестирование сигналов и программного обеспечения внутри или между чипами с использованием снифферов, зондирования, сбора данных или литературы. Системный анализ, включая обратный инжиниринг программного обеспечения, выполняется для выявления доказательств использования в поддержку лицензирования патентов и судебных разбирательств. Его также можно использовать для конкурентного сравнительного анализа в области электронных устройств. В качестве примера системного анализа мы рассмотрели, что происходит во время рукопожатия между Apple iPhone и одним из чипов внутри кабеля Apple Lightning to USB.
Первым шагом является снятие пластикового корпуса и декапсуляция кремния, чтобы лучше понять, что происходит, путем каталогизации чипов и пассивов. В качестве примечания: в мире электроники нам необходимо переопределить значение слова «кабель», поскольку словарное описание Вебстера «проволока или веревка, с помощью которых осуществляется усилие для управления или приведения в действие механизма» больше не актуально. При этом современный кабель Lightning to USB содержит ряд микросхем и устройств.
Внутри кабеля Apple Lightning
Всего в кабеле обнаружено четыре кристалла:
- NXP SP3D2
- STMicroelectronics USB2A
- Техасские инструменты BQ2025
- Неизвестный производитель с маркировкой 4S (функции известны)
TI BQ2025
TI BQ2025 имеет важный коммуникационный интерфейс. Итак, это исследование будет рассматривать один конкретный шаг, который происходит, когда вы подключаете кабель к телефону.
Принимая во внимание некоторые слухи в Интернете, мы изначально предполагали, что загадочный чип может содержать некоторую защиту, поэтому, чтобы проверить эту теорию, мы исследовали TI BQ2025, взглянув на начальное рукопожатие. Из этого мы не видим никаких признаков какой-либо формы безопасности на данном этапе общения. Чтобы лучше понять это устройство, мы на самом деле завершаем отчет TI об анализе цепей некоторых ключевых аналоговых блоков в этой крупносерийной части, но это анализ схем и, возможно, тема другого блога.
Во-первых, давайте посмотрим, как мы провели наш анализ.
Тестовый жгут
Тестовый жгут
На рисунке показаны наши тестовые провода, припаянные к контактам кабеля Lightning. Отсюда лиды идут к тестовому заголовку и, наконец, к логическому анализатору. Паять их особенно сложно, потому что белый пластик вокруг контактов имеет гораздо более низкую температуру плавления, чем припой. Он легко превращается в бурлящий беспорядок, если вы не будете работать быстро!
Электрические сигналы
Электрические сигналы
Один контакт данных BQ2025 подключен к двум контактам кабеля Lightning. Почему два? Напомним, что кабель Lightning предназначен для работы независимо от того, каким образом он вставлен в телефон (кому-нибудь через USB?). Некоторые могут назвать ленью не думать о подключении чего-либо, но мы считаем, что это тонкое улучшение удобства использования, которое показывает внимание к деталям.
На рисунке ниже показан кабель Lightning в двух ориентациях (на схеме есть маленький белый треугольник, чтобы помочь вам визуализировать вращение). Цветные линии обозначают электрически эквивалентные выводы. Из нашего анализа печатной платы мы знаем, что BQ2025 подключается к черному сигналу. Таким образом, BQ2025 подключается к двум контактам кабеля Lightning. Мы обозначили их A1 и B5.
Сам телефон контролирует только нижний ряд контактов. Если пользователь вставил кабель правой стороной вверх, телефон должен использовать контакт, пятый слева, для связи с BQ2025. Вот где черный сигнал. Кроме того, если пользователь вставил кабель вверх ногами (или правильно?), телефон должен использовать крайний левый контакт.
Обнаружение ориентации
Обнаружение ориентации
Таким образом, есть два варианта контактов для связи с кабелем. Как телефон определяет, какой контакт использовать? Проще говоря, он пытается оба. На рисунке ниже показан захват сигнала, полученный при подключении кабеля Lightning к iPhone 5. Сначала телефон пытается связаться с кабелем через контакт 5, но не получает ответа. Телефон пытается установить связь с кабелем на контакте 1. На этот раз он получает ответ. Теперь телефон знает, каким образом был вставлен кабель.
Разводка кроссового кабеля Apple в сочетании с программным обеспечением, работающим на телефоне, гарантирует, что сам USB-кабель Lightning не нуждается в каком-либо специальном оборудовании или других интеллектах, позволяющих вставлять его вверх ногами (или правой стороной вверх? ).
Протокол данных
Протокол данных
Похоже, что данные используют протокол однопроводной связи, аналогичный тому, который используется другими устройствами BQ202x, но он не соответствует точно в отношении кадрирования. На приведенных ниже временных диаграммах показаны закодированные значения битов 0 и 1 в том виде, в каком они появляются в строке данных. В обоих случаях для передачи бита требуется приблизительно 10,2 мкс. Однако каждый байт формируется с задержкой 12 мкс. С учетом этого максимальная скорость связи составляет примерно 85 килобит в секунду.
Мы обсудили только скорость связи между телефоном и BQ2025. Скорость передачи данных по USB, конечно, намного выше. Кстати, линии передачи данных USB подключены к красному и коричневому сигналам на рисунке 2.
Обмен данными
Здесь мы можем говорить конкретно о том, что мы видели. Выполнение действительно полного системного обзора любого конкретного аспекта кабеля не входит в бюджет блога, но мы можем сделать несколько интересных наблюдений.
Мы видели, как телефон и кабель могут установить разговор, но о чем они говорят? Мы расшифровали несколько коммуникационных транзакций и сделали несколько интересных открытий. Например, первый байт в транзакции выглядит как байт команды от телефона (если младший бит равен 0) или идентификатор ответа от кабеля (если младший бит равен 1). Последний байт в транзакции может быть CRC. Эта идея описана в документации TI для устройств семейства деталей BQ. Однако байты команд, которые использует Apple, недокументированы.
Когда мы сравнили захваты для двух разных (но одной и той же модели) USB-кабелей Lightning, мы заметили, что содержание последних трех обменов данными отличается (т. е. три самых правых черных пятна на рисунке выше). В первом из этих трех обменов кабель возвращает 8 байтов двоичных данных. Во втором и третьем обмене кабель возвращает несколько двоичных байтов и 16-символьную строку ASCII. Обмена ключами, установления сеанса или аутентификации не происходит. Кажется, даже нет последовательности вызов-ответ. Телефон отправляет по кабелю только несколько байтов. Кабель делает большую часть разговора.
Итак, у вас есть краткий обзор некоторых первоначальных системных работ, которые мы проводим с кабелем Apple Lightning-USB. Для тех, кто интересуется более подробной информацией об этой объемной части, мы готовим системный отчет о кабеле и анализ схемы BQ2025.
Вебинар: Сотовые технологии Wi-Fi 6 и 5G
На этом вебинаре, за которым последует прямая сессия вопросов и ответов, эксперт TechInsights по предметным вопросам для мобильных радиочастот и IoT Раду Трандафир рассмотрит отраслевые тенденции, влияющие на потенциальные сценарии для этих двух беспроводных технологий.
Вебинар: Подключенное телевидение в 2023 году и далее
На этом вебинаре будут рассмотрены насущные проблемы, на которых должны сосредоточиться все заинтересованные стороны в отрасли подключенного телевидения, поскольку они стремятся стимулировать рост в условиях слабой экономической среды. Во время этого вебинара вы получите эксклюзивную информацию об ожиданиях на 2023 год и основных инновациях в сфере Connected TV.
Вебинар: Samsung Galaxy S23 Ultra — внутри флагманского устройства
На этом эксклюзивном вебинаре наши эксперты проведут углубленный анализ компонентов этого устройства, расскажут, что изменилось по сравнению с предыдущими версиями, и спрогнозируют, как это может повлиять на других производителей смартфонов и комплектующих. Наши рыночные аналитики также поделятся своими прогнозами и отраслевой информацией о Samsung и других лидерах отрасли на постоянно конкурентном рынке смартфонов.
Может ли Samsung S23 Ultra возродить мир смартфонов?
В 2022 году на рынке смартфонов наблюдался рекордно низкий уровень поставок. Многие производители смартфонов стремятся оживить рынок в 2023 году и далее, и недавно выпущенные Samsung S23 Ultra обещают помочь в этом возрождении.
Чему вы можете научиться у лидеров рынка акустических волновых фильтров?
Конструкция радио характеризуется более плотной интеграцией модулей с увеличенным количеством фильтров, переключателей, антенных тюнеров и направленных ответвителей.
Эксклюзивный взгляд на Samsung S23 Ultra
Посмотрите эксклюзивный видеоролик, в котором наши эксперты разбирают последний флагманский смартфон Samsung — Samsung Galaxy S23 Ultra. Получите первоначальный предварительный просмотр технологических компонентов устройства, таких как впечатляющая 200-мегапиксельная камера, которая обеспечивает невероятное качество фотографий, редко встречающееся на рынке смартфонов.
Модуль разъема ACT v2: USB 3.1 Standard-A — Lightning USB2
Модуль разъема ACT v2: USB 3.1 Standard-A — Lightning USB2
400 долларов США
Номер детали: TP823010
Доступность: В наличии
14 Купите 10 штук по $350. 00 каждая и сэкономить 13%Обратите внимание, что этот модуль совместим с Advanced Cable Tester v2
Соединительный модуль Advanced Cable Tester v2: от USB 3. 1 Standard-A до Lightning USB2 позволяет тестировать кабели с USB 2.0 Standard-A на одном конце и Apple Lightning USB2 на другом конце кабеля с помощью Total Phase Advanced Cable Tester v2.
- Убедитесь, что штекер Lightning включен правильно
- Индивидуальное измерение сопротивления постоянному току VBUS и GND
- Убедитесь, что проводка выполнена правильно, нет закороченных или отсоединенных проводов
- Тестирование целостности сигнала пар USB 2.0 поддерживается на скорости около 518 Мбит/с
- Пройдено/не пройдено испытание тока покоя
- Сообщается о прохождении/непрохождении теста защиты от перенапряжения
- Сообщается о прохождении/непрохождении теста восстановления напряжения
- Это все, что вам нужно для тестирования кабелей USB Standard-A — Lightning USB2
Для проведения этих тестов требуется членство в Apple MFi. Справа: глазковая диаграмма отказа USB Type-C в Lightning USB2.
Доступны другие модули разъемов:
- USB Type-C на USB Type-C (спецификации USB 3.2 и более ранних версий). Поддерживаются полнофункциональные кабели и кабели USB 2.0 Type-C
- USB Type-C на USB Standard-A (спецификации USB 3.2 и более ранних версий)
- USB Type-C — USB Micro-B (спецификации USB 3.2 и более ранних версий)
- USB Type-C на USB Standard-B (спецификации USB 3.2 и более ранних версий)
- USB Standard-A — USB Micro-B (спецификации USB 3.2 и более ранних версий)
- USB Standard-A на USB Standard-B (спецификации USB 3.2 и более ранних версий)
- Lightning (USB 2.0) — USB Type-C
- HDMI-HDMI (спецификации HDMI 2.1 и более ранних версий)
- DisplayPort — DisplayPort (спецификации DisplayPort 1.4 и ранних версий)
Тест на совместимость
- Включение для штекера Lightning
- Проверка целостности сигнала USB 2.0 (DP/DM)
- Проверка сопротивления постоянного тока VBUS
- GND Проверка сопротивления постоянному току
- Суммарное значение сопротивления постоянному току VBUS и GND указано в соответствии со спецификацией
- Проверка тока покоя
- Проверка защиты от перенапряжения
- Проверка восстановления напряжения
Для выполнения этих тестов требуется членство в Apple MFi
Вставки
- Отслеживание числа вставок/тестов обеспечивает надежную работу
- Total Phase использует разъемы самого высокого качества, доступные в наших устройствах Advanced Cable Tester.