Tout savoir sur l’USB… quel bordel !

L'USB, tout le monde connait. C’est un format universel utilisé pour des souris, des claviers, du stockage… Cette norme est capable d’assurer des échanges de données jusqu’à plusieurs dizaines de Gb/s et, dans le même temps, de la charge rapide jusqu’à 240 watts. La promesse est simple, universelle, mais la réalité est bien plus compliquée.

• Jusqu’à 240 watts sur un câble USB : on vous explique Power Delivery

Voyez ce premier papier comme l’introduction d’un long dossier concernant les câbles USB avec au moins un connecteur Type-C à une des extrémités. Nous allons ici exposer la théorie et les recommandations de l’USB-IF en charge de ce protocole. Il s’agit de détailler les bonnes pratiques que tous les fabricants sont censés mettre en œuvre.

Nous verrons par la suite que c’est loin d’être le cas puisqu’on trouve encore aujourd’hui dans le commerce des câbles USB non conformes et potentiellement dangereux. Comme avec les chargeurs USB, il y a aussi les fausses promesses, malheureusement impossibles à vérifier avant d’avoir le produit entre les mains et du matériel spécialisé pour le tester.

Les câbles USB ont également un ennemi invisible (leur résistance interne) que nous expliquerons et analyserons dans la suite de notre dossier. Enfin, nous avons retrouvé dans un tiroir un câble USB aux performances absolument catastrophiques. Il transforme le 5 volts en 3 volts et nous l’avons même fait chauffer à plus de 100 °C ! Prudence, vous pouvez aussi en avoir un du genre qui traine chez vous, sans pouvoir l’identifier facilement. Nous avons identifié le nôtre par hasard.

Débits et charge : 25 ans d’évolution de l’USB

La première version de l’USB va fêter ses 30 ans, mais il a vraiment pris son envol au début des années 2000 avec l’USB 2.0, encore aujourd’hui largement utilisé dans le monde. En l’espace de deux décennies, les débits ont explosé et ont été multipliés par plus de 160 et même 250 avec le mode asymétrique de l’USB4 v2.0, qui permet d’atteindre 120 Gb/s.

Voici un résumé de l’historique des débits (avec le nom commercial entre parenthèses) :

• USB 1.0 : 1.5 Mb/s (Low Speed)
• USB 1.1 : 12 Mb/s (Full Speed)
• USB 2.0 : 480 Mb/s (High Speed)
• USB 3.0 : 5 Gb/s (SuperSpeed)
• USB 3.1 : 10 Gb/s (SuperSpeed+)
• USB 3.2 Gen 2x2 : 20 Gb/s (SuperSpeed+)
• USB4 : 40 Gb/s
• USB4 v2.0 : 80 Gb/s

• Voici l’USB4 version 2.0 jusqu’à 80 Gb/s… et plus si affinité ?

Nous en avons déjà parlé plusieurs fois, mais l’USB permet aussi de charger des appareils et des batteries, avec une puissance qui a elle aussi fortement augmenté au fil des années. Entre l’USB 2.0 et la dernière version de la norme Power Delivery (PD), la puissance de charge a été multipliée par 100.

Arrivé il y a une dizaine d'années, Power Delivery (suite de Battery Charging alias BC) permet de transmettre plus de puissance électrique en USB. On passe de quelques watts en USB 2.0 et 3.0 à 100 watts via Power Delivery et jusqu’à 240 watts dans la dernière version. Adieu les 5 volts historiques, il est possible de monter jusqu’à 20 volts avec jusqu’à 48 volts à partir de PD 3.1. Dans tous les cas, le courant est limité à 5 ampères.

Voici le détail des puissances électriques :

• USB 2.0 : 2,5 W (5 V et 500 mA)
• USB 3.0 et 3.1 : 4,5 W (5 V et 900 mA)
• USB BC 1.2 : 7,5 W (5 V et 1.5 A)
• USB Type-C 1.2 : 15 W (5 V et 3 A)
• USB PD 2.0 et 3.0 : 100 W (20 V et 5 A)
• USB PD 3.1 : 240 W (48 V et 5 A)

Type-A, Type-B et Type-C : trois formats de connecteurs

Il existe aussi plusieurs connecteurs. Les Type-A et Type-B étaient les premiers arrivés, avec des déclinaisons mini et micro. Ces derniers sont plus petits que les connecteurs standards sans fonctionnalités supplémentaires, nous ne nous attarderons donc pas dessus.

Le Type-A sert généralement aux « hosts », c’est-à-dire les ordinateurs et les alimentations (chargeurs). Le Type-B sert aux « devices », à savoir les périphériques comme les imprimantes et les disques durs externes. Pour d’autres périphériques comme les claviers et souris, le câble USB est généralement attaché, avec un port Type-A pour le brancher à l'ordinateur. Le format micro USB Type-B (en forme de trapèze) a longtemps équipé les smartphones Android.

Tout ce petit monde est doucement mais surement remplacé par le connecteur Type-C, d’autant plus avec l’Europe qui l’impose un peu partout : ordinateurs portables, routeurs et bornes Wi-Fi, batteries externes, etc. Pour simplifier quasiment tout ce qui se recharge et qui ne nécessite pas plus de 240 watts (il y a des exceptions).

• Écoconception : l’Union européenne s’attaque aux chargeurs USB-C et sans fil

Le connecteur Type-C est réversible (contrairement au Type-A dont on retourne parfois plusieurs fois le connecteur avant de pouvoir l’insérer…) et s’utilise aussi bien pour les « hosts » que les « devices ». Alors que les Type-A et Type-B permettent d’éviter de se tromper par des formats physiques incompatibles, le Type-C utilise une détection et une protection électronique pour déterminer qui est le « host » (auparavant connecteur Type-A) et qui est le « device » (ancien Type-B).

Ugreen propose une petite photo de famille, tandis que SilverStone ajoute les versions de la norme USB supportées par les différents connecteurs :

Comment assurer 25 ans de rétrocompatibilité

Au fil des années et de la montée en débit, les connecteurs ont évolué. Laissons de côté l’USB 1.x, à la durée de vie trop courte, pour débuter avec l’USB 2.0 lancé en 2000. Peu importe le connecteur (Type-A ou Type-B), il y a quatre broches et autant de fils dans les câbles. Deux pour l’échange des données, D+ et D-, et deux autres pour le courant électrique, Vbus pour le + 5 V et GND pour la masse.

Avec l’USB 3.0 (annoncé en 2008), cinq nouvelles broches sont apparues. Deux paires pour le SuperSpeed (alias SS) et une dernière pour la masse. La rétrocompatibilité est de mise. Le format du connecteur Type-A reste le même avec des broches supplémentaires à l’intérieur du connecteur, tandis que le Type-B grossit un peu pour permettre d’ajouter les broches supplémentaires. Idem avec le micro-B en USB 3.0 qui a le trapèze d’origine et un petit bloc supplémentaire à côté.

On peut donc utiliser un câble USB 2.0 dans un connecteur USB 3.x, mais on se limite alors aux performances de l’USB 2.0. Même chose avec un câble USB 3.X dans un emplacement USB 2.0. Pour profiter du SuperSpeed, il faut à la fois un câble et des connecteurs compatibles.

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