Friday 5 August 2016

Comment fonctionne un port USB pour charger - USB charging explained

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Comment fonctionne un port USB pour charger

            Charger avec un port USB est devenu routinier pour tous les gadgets.  Il y a dix ans, vous auriez vérifié si le branchement sur votre gadget fonctionnait avec votre chargeur avant de l'acheter.  Aujourd'hui, la plupart utilisent le micro-USB, sauf pour Apple qui utilise le connecteur Lightning.  Et maintenant on commence a voir de plus en plus de connecteurs USB-C pour charger les portables. 

            Aujourd'hui vous pouvez charger votre liseuse avec votre ordinateur, charger votre téléphone chez votre ami et brancher votre caméra a votre télé le tout grâce a la standardisation des connecteurs.  Le problème aujourd'hui est le chargement par USB.  Les chargeurs, connections et câbles ne sont pas tous pareils.  Vous avez probablement remarqué que certains chargeurs muraux sont plus puissants que d'autres.  Certains ports USB de portables semblent plus puissants.  Et sur certains ordinateurs de bureau, certains ports peuvent charger un appareil même si l'ordinateur est éteint.  Il y a une raison pour ça.  Mais avant, regardons comment la charge par USB fonctionne.    

            Il y a 4 spécifications USB: 1.0, 2.0, 3.0 et 3.1 avec l'addition du connecteur USB-C.  Ils diffèrent significativement., nous allons nous concentrer sur le USB 3.0 parce que c'est le plus commun.  Avec une connexion USB, il y a un hôte et un appareil.  Dans la plupart des cas, le PC est l'hôte et votre tablette, téléphone intelligent ou caméra est l'appareil.  Le courant se dirige de l'hôte vers l'appareil, mais les données peuvent se diriger dans les deux directions, par exemple, lorsque vous transférez des données de votre téléphone intelligent vers votre PC.  



            Un port USB 1.0 ou 2.0 a quatre broches de contacts et un câble USB a quatre fils.  Les broches internes transportent les données (D+ et D-) et les broches externes transportent le courant électrique de 5 Volts.  Les ports USB 3.0 ajoutent 5 broches, alors les câbles compatibles USB 3.0 ont 9 fils.  En termes de courant (milliampères ou mA), il y a 3 types de ports USB selon les spécifications courantes: un port standard de transfert, un port de transfert de charge et un port de charge dédié.  Les deux premiers se trouvent sur votre ordinateur et la troisième s'applique aux chargeurs muraux.



            Dans les spécifications USB 1.0 et 2.0, un port standard de charge peut livres jusqu'à 500mA (0,5A),  En USB 3.0, il peut atteindre 900mA (0.9A)  Le port de charge dédié peut livrer jusqu'à 1,500mA (1.5A).  USB 3.1 augmente la bande passante à 10Gbps ce que l'on appelle le mode SuperSpeed+ qui est presqu'équivalent à la première génération Thunderbolt.  Il supporte aussi une puissance de 1.5A et 3.0A sur une ligne de 5V. 

            USB-C utilise un connecteur différent qui est universel, ce qui veut dire qu'il n'a pas un sens spécifique et comme le connecteur Lightning de Apple, le USB-C peut doubler la bande passante du USB 3.0, en même temps qu'il augmente la puissance de charge.  Apple a uni le USB-C et USB 3.1 sur son nouveau MacBook 12".  Il a aussi commencé à apparaitre sur des téléphones intelligents, le premier étant le OnePlus2.  D'autres modèles populaires tel que le Nexus 6P de Google, le OnePlus3 et le Samsung Galaxy Note7.  Il peut y avoir des ports USB de l'ancien style qui supportent le standard 3.1.   
           
            La spécification USB permet aussi un port  "veille et charge", alors qu'un ordinateur éteint peut laisser un port de charge en fonction.  Vous l'aurez peut-être remarqué sur votre ordinateur de bureau, alors que le courant continue de passer dans la carte maitresse.  Certains portables sont munis de ports "veille et charge". 

            C'est ce que la spécification dicte.  Par contre, plusieurs chargeurs USB ne se conforment pas a ces spécifications, la plupart sont des chargeurs muraux.  Le chargeur iPad de Apple, par exemple, fournit 2.1A sur 5V et le chargeur du Kindle Fire de Amazon fournit 1.8A.  Plusieurs chargeurs d'automobile peuvent fournir entre 1.0A et 2.1A. 

            La variance entre un port USB normal à 500mA et un port de charge dédié qui peut aller jusqu'à 3,000mA nous fait poser la question suivante: si votre téléphone est fourni avec un chargeur mural de 900mA et que vous le branchez dans un chargeur iPad de 2,100mA, est-ce qu'il endommagera ou fera exploser la pile?

            La réponse courte est non.  Vous pouvez brancher n'importe quel appareil avec n'importe quel câble dans n'importe quel chargeur et il n'y arrivera rien.  Le fait d'utiliser un chargeur plus puissant ne fera que réduire le temps de charge.  

            La réponse longue est que l'âge de l'appareil joue un rôle important, impliquant la vitesse de charge et s'il peut être chargé avec un chargeur mural.  En 2007, le USB Implementers Forum a publié le Battery Charging Specifications, qui a standardisé une façon plus rapide de charger les appareils USB, soit en augmentant le nombre d'ampères passant par le port USB de votre PC ou en utilisant un chargeur mural.  Peu de temps après, ceux qui ont mis en marché des appareils USB ont implanté ces spécifications.  

            Alors si vous avez un appareil USB moderne, vous pouvez utiliser un port USB a haut ampérage pour profiter d'une recharge plus rapide.  Pour les appareils plus vieux par contre, il ne fonctionnera probablement pas avec un port USB qui utilise le standard Battery Charging Specification. 

                Quelques petites chose à se rappeler.  Les ordinateurs peuvent avoir deux sortes de ports USB: standard en aval ou charge en aval.  Les manufacturiers ne les indiquent pas toujours.  Le résultat est que vous pourriez avoir un appareil qui charge sur un port de votre portable et pas sur l'autre.  Vous verrez cela sur les modèles plus anciens.  La plupart des manufacturiers affichent un petit éclair au dessus du port qui doit servir a charger un appareil et dans certains cas, ces ports peuvent charger même quand le couvercle du portable est fermé. 

            Certains appareils externes tel que les disques dur de 3.5 pouces, requiers plus de courant que ce qu'un port USB normal peut fournir.  C'est pourquoi ils incluent un deuxième port USB en Y pour fournir plus de courant ou un adaptateur CA. 

            Charger en USB est devenu plus simple avec le temps et si le nouveau connecteur USB-C fait des gains en popularité, ce sera encore plus simple puisque vous n'aurez plus a faire attention au sens de la prise pour la brancher.  

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English version


USB charging explained

            USB charging has become ubiquitous for all gadgets.  A decade ago, you would have to check to see if the connector on your gadget matched the one on the charger before you bought it.  Now most use the micro-USB connector, except for Apple that uses the Lightning connector.  And now we are starting to see USB-C connectors appear for charging laptops. 

            Today you can charge your e-reader with your computer, charge your phone at your friends, connect your camera on your TV all that thanks to a standardized connector.  Today's problem with USB is power.  Chargers, connectors and cables are not all the same.  You've probably noticed that some wall chargers are more powerful than others.  Some laptop sockets seem more powerful.  And on some desktops, some USB ports charge even when the computer is turned off.  It turns out there's a reason for all this.  But first lets explain how USB power works.

            There are 4 USB specifications: USB 1.0, 2.0, 3.0 and 3.1 with the addition of the new USB-C connector.  They differ significantly, but we'll focus on USB 3.0 because it's the most common.  In a USB connection, there is a host and a device.  In most cases, the PC is the host and your tablet, smartphone or camera is the device.  Power always flows from the host to the devise, but data flows in both directions, such as when you transfer data from your smartphone to your PC.



            A regular USB 1.0 or 2.0 socket has four pins, and a USB cable has four wires.  The inner pins carry data (D+ and D-) and the outer pins provides 5 volts of power.  USB 3.0 ports add a row of 5 pins, so USB 3.0 compatible cables have nine wires.  In terms of current (milliamps or mA), there are 3 kinds of USB ports according to the current specifications:  a standard downstream port, a charging downstream port and a dedicated charging port.  The first two can be found on your computer, and the third kind applies to "dumb" wall chargers.



            In the USB 1.0 and 2.0 specifications, a standard downstream port can deliver up to 500mA (0.5A).  In USB 3.0, it goes up to 900mA (0.9A).  The charging downstream and dedicated charging ports provide up to 1,500mA (1.5A).  USB 3.1 increases throughput to 10Gbps which is called SuperSpeed+ mode which is almost equivalent to first-generation Thunderbolt.  It also supports power draw of 1.5A and 3.0A over the 5V bus.

            USB-C uses a different connector that is universal, meaning it has no up or down specific position and similar to the Apple Lightning connector, USB-C can double the theoretical throughput of USB 3.0, while increasing the power output.  Apple joined USB-C with USB 3.1 on its 12 inch MacBook.    It also started appearing on phones with the first being the OnePlus2.  Other popular models are the Google Nexus 6P, the OnePlus3 and the Samsung Galaxy Note7.  There can also be older style USB ports that support the 3.1 standard.
            The USB specification also allows "sleep-and-charge" port, where a port on a powered down computer remains active.  You might have noticed this on your desktop PC, where some power flows through the motherboard.  Some laptops are capable of "sleep-and-charge".

            This is what the specifications dictate.  However there are several USB chargers that don't conform to these specifications, most are wall chargers.  Apple's iPad charger, for example, provides 2.1A at 5V and Amazon's Kindle Fire charger outputs 1.8A.  Many car chargers can output between 1.0A and 2.1A,

            The variance between a normal USB port rated at 500mA and dedicated charging ports that can range all the way up to 3,000mA brings up the question:  if your phone came with a wall charger of 900mA and you plug it into a 2,100mA iPad charger, will it damage or blow up the battery?

            The short answer is no.  You can plug any device with any cable into any USB port and nothing will happen.  The fact that you use a more powerful charger will only speed  up the charging process.

            The long answer is that the age of the device plays an important role, dictating both how fast it can be charged and whether it can be charged using a wall charger at all.  In 2007, the USB Implementers Forum released the Battery Charging Specifications, which standardized faster ways of charging USB devices, either by pumping more amps through your PC's USB ports, or by using a wall charger.  Shortly thereafter, USB devices that implemented this spec started to arrive.

            So if you have a modern USB device, you can use any high-amperage USB port to enjoy faster charging.  For older devices however, it probably won't work with USB ports that employ the Battery Charging Specification. 

            A few things to keep in mind.  PC's can have two kinds of USB ports: standard downstream or charging downstream.  Manufacturers haven't always labeled them.  The result is that you might have a device that charges from one port on your laptop, but not on the other.  You see this on older PC's.  Most vendors now put a small lightning icon above the proper charging port on laptops, and in some cases, those ports can even stay on when the lid is closed.

            Some external devices such as 3.5-inch hard drives, require more power than a typical USB port can provide.  That's why they include a second USB port Y cable or an external AC power adapter.


            USB charging has become simpler over time and if the new USB-C connector continues to catch on, it will get even simpler because you'll never have to worry about which way to plug in the connector.