Интерфейс USB начали широко применять около 20-ти лет назад, если быть точным, с весны 1997 года. Именно тогда универсальная последовательная шина была аппаратно реализована во многих системных платах персональных компьютеров. На текущий момент данный тип подключения периферии к ПК является стандартом, вышли версии, позволившие существенно увеличить скорость обмена данных, появились новые типы коннекторов. Попробуем разобраться в спецификации, распиновки и других особенностях USB.

В чем заключаются преимущества универсальной последовательной шины?

Внедрение данного способа подключения сделало возможным:

• Оперативно выполнять подключение различных периферийных устройств к ПК, начиная от клавиатуры и заканчивая внешними дисковыми накопителями.
• Полноценно использовать технологию «Plug&Play», что упростило подключение и настройку периферии.
• Отказ от ряда устаревших интерфейсов, что положительно отразилось на функциональных возможностях вычислительных систем.
• Шина позволяет не только передавать данные, а и осуществлять питание подключаемых устройств, с ограничением по току нагрузки 0,5 и 0,9 А для старого и нового поколения. Это сделало возможным использовать USB для зарядки телефонов, а также подключения различных гаджетов (мини вентиляторов, подсветки и т.д.).
• Стало возможным изготовление мобильных контролеров, например, USB сетевой карты RJ-45, электронных ключей для входа и выхода из системы

Виды USB разъемов – основные отличия и особенности

Существует три спецификации (версии) данного типа подключения частично совместимых между собой:

1. Самый первый вариант, получивший широкое распространение – v 1. Является усовершенствованной модификацией предыдущей версии (1.0), которая практически не вышла из фазы прототипа ввиду серьезных ошибок в протоколе передачи данных. Эта спецификация обладает следующими характеристиками:

• Двухрежимная передача данных на высокой и низкой скорости (12,0 и 1,50 Мбит в секунду, соответственно).
• Возможность подключения больше сотни различных устройств (с учетом хабов).
• Максимальная протяженность шнура 3,0 и 5,0 м для высокой и низкой скорости обмена, соответственно.
• Номинальное напряжение шины – 5,0 В, допустимый ток нагрузки подключаемого оборудования – 0,5 А.

Сегодня данный стандарт практически не используется в силу невысокой пропускной способности.

1. Доминирующая на сегодняшний день вторая спецификация.. Этот стандарт полностью совместим с предыдущей модификацией. Отличительная особенность – наличие высокоскоростного протокола обмена данными (до 480,0 Мбит в секунду).

Благодаря полной аппаратной совместимости с младшей версией, периферийные устройства данного стандарта могут быть подключены к предыдущей модификации. Правда при этом пропускная способность уменьшиться до 35-40 раз, а в некоторых случаях и более.

Поскольку между этими версиями полная совместимость, их кабели и коннекторы идентичны.

Обратим внимание что, несмотря на указанную в спецификации пропускную способность, реальная скорость обмена данными во втором поколении несколько ниже (порядка 30-35 Мбайт в секунду). Это связано с особенностью реализации протокола, что ведет к задержкам между пакетами данных. Поскольку у современных накопителей скорость считывания вчетверо выше, чем пропускная способность второй модификации, то есть, она не стала удовлетворять текущие требования.

1. Универсальная шина 3-го поколения была разработана специально для решения проблем недостаточной пропускной способности. Согласно спецификации данная модификация способно производить обмен информации на скорости 5,0 Гбит в секунду, что почти втрое превышает скорость считывания современных накопителей. Штекеры и гнезда последней модификации принято маркировать синим для облегчения идентификации принадлежности к данной спецификации.

Еще одна особенность третьего поколения – увеличение номинального тока до 0,9 А, что позволяет осуществлять питание ряда устройств и отказаться от отдельных блоков питания для них.

Что касается совместимости с предыдущей версией, то она реализована частично, подробно об этом будет расписано ниже.

Классификация и распиновка

Коннекторы принято классифицировать по типам, их всего два:

Заметим, что такие конвекторы совместимы только между ранними модификациями.

Помимо этого, существуют удлинители для портов данного интерфейса. На одном их конце установлен штекер тип А, а на втором гнездо под него, то есть, по сути, соединение «мама» — «папа». Такие шнуры могут быть весьма полезны, например, чтобы подключать флешку не залезая под стол к системному блоку.

Теперь рассмотрим, как производится распайка контактов для каждого из перечисленных выше типов.

Распиновка usb 2.0 разъёма (типы A и B)

Поскольку физически штекеры и гнезда ранних версий 1.1 и 2.0 не отличаются друг от друга, мы приведем распайку последней.

Рисунок 6. Распайка штекера и гнезда разъема типа А

Обозначение:

• А – гнездо.
• В – штекер.
• 1 – питание +5,0 В.
• 2 и 3 сигнальные провода.
• 4 – масса.

На рисунке раскраска контактов приведена по цветам провода, и соответствует принятой спецификации.

Теперь рассмотрим распайку классического гнезда В.

Обозначение:

• А – штекер, подключаемый к гнезду на периферийных устройствах.
• В – гнездо на периферийном устройстве.
• 1 – контакт питания (+5 В).
• 2 и 3 – сигнальные контакты.
• 4 – контакт провода «масса».

Цвета контактов соответствует принятой раскраске проводов в шнуре.

Распиновка usb 3.0 (типы A и B)

В третьем поколении подключение периферийных устройств осуществляется по 10 (9, если нет экранирующей оплетки) проводам, соответственно, число контактов также увеличено. Но они расположены таким образом, чтобы имелась возможность подключения устройств ранних поколений. То есть, контакты +5,0 В, GND, D+ и D-, располагаются также, как в предыдущей версии. Распайка гнезда типа А представлена на рисунке ниже.

Рисунок 8. Распиновка разъема Тип А в USB 3.0

Обозначение:

• А – штекер.
• В – гнездо.
• 1, 2, 3, 4 – коннекторы полностью соответствуют распиновки штекера для версии 2.0 (см. В на рис. 6), цвета проводов также совпадают.
• 5 (SS_TХ-) и 6 (SS_ТХ+) коннекторы проводов передачи данных по протоколу SUPER_SPEED.
• 7 – масса (GND) для сигнальных проводов.
• 8 (SS_RX-) и 9(SS_RX+) коннекторы проводов приема данных по протоколу SUPER_SPEED.

Цвета на рисунке соответствуют общепринятым для данного стандарта.

Как уже упоминалось выше в гнездо данного порта можно вставить штекер более раннего образца, соответственно, пропускная способность при этом уменьшится. Что касается штекера третьего поколения универсальной шины, то всунуть его в гнезда раннего выпуска невозможно.

Теперь рассмотрим распайку контактов для гнезда типа В. В отличие от предыдущего вида, такое гнездо несовместимо ни с каким штекером ранних версий.

Обозначения:

А и В – штекер и гнездо, соответственно.

Цифровые подписи к контактам соответствуют описанию к рисунку 8.

Цвет максимально приближен к цветовой маркировки проводов в шнуре.

Распиновка микро usb разъёма

Для начала приведем распайку для данной спецификации.

Как видно из рисунка, это соединение на 5 pin, как в штекере (А), так и гнезде (В) задействованы четыре контакта. Их назначение и цифровое и цветовое обозначение соответствует принятому стандарту, который приводился выше.

Описание разъема микро ЮСБ для версии 3.0.

Для данного соединения используется коннектор характерной формы на 10 pin. По сути, он представляет собой две части по 5 pin каждая, причем одна из них полностью соответствует предыдущей версии интерфейса. Такая реализация несколько непонятна, особенно принимая во внимание несовместимость этих типов. Вероятно, разработчики планировали сделать возможность работы с разъемами ранних модификаций, но впоследствии отказала от этой идеи или пока не осуществили ее.

На рисунке представлена распиновка штекера (А) и внешний вид гнезда (В) микро ЮСБ.

Контакты с 1-го по 5-й полностью соответствуют микро коннектору второго поколения, назначение других контактов следующее:

• 6 и 7 – передача данных по скоростному протоколу (SS_ТХ- и SS_ТХ+, соответственно).
• 8 – масса для высокоскоростных информационных каналов.
• 9 и 10 – прием данных по скоростному протоколу (SS_RX- и SS_RX+, соответственно).

Распиновка мини USB

Данный вариант подключения применяется только в ранних версиях интерфейса, в третьем поколении такой тип не используется.

Как видите, распайка штекера и гнезда практически идентична микро ЮСБ, соответственно, цветовая схема проводов и номера контактов также совпадают. Собственно, различия заключаются только в форме и размерах.

В данной статье мы привели только стандартные типы соединений, многие производители цифровой техники практикуют внедрение своих стандартов, там можно встретить разъемы на 7 pin, 8 pin и т.д. Это вносит определенные сложности, особенно когда встает вопрос поиска зарядника для мобильного телефона. Также необходимо заметить, что производители такой «эксклюзивной» продукции не спешат рассказывать, как выполнена распиновка USB в таких контакторах. Но, как правило, эту информацию несложно найти на тематических форумах.

Правильная распиновка штекера и гнезда Micro-USB разъема для подключения питания и зарядки мобильного телефона или планшета.

Схема распиновки

Назначение контактов микро-USB разъема — гнезда и штекера

Разъем USB (Universal Serial Bus) – это последовательная шина универсального назначения, наиболее распространённый проводной способ подсоединения внешних устройств к компьютеру. Данный разъем позволяет организовывать обмен данными между компьютером и видеокамерой, карт-ридером, MP3 - плеером, внешним жестким диском, смартфоном.

Заряд батареи через Микро-ЮСБ

Кроме того, по нему поступает напряжение питания 5 вольт для зарядки аккумулятора носимых гаджетов. Так как практически все современные литиевые батареи имеют рабочее напряжение 3,7 В, то идущие по Микро-ЮСБ 5 В подходят для восполнения энергии отлично. Правда не напрямую к АКБ, а через преобразователь зарядного устройства.

Радует, что цоколёвка разъёма одинаковая у всех производителей смартфонов — Самсунг, LG, Huaway и другие. Таким образом зарядное-адаптер 220 В от одного телефона, чаще всего подходит для заряда другого без изменения цоколёвки.

• Главное преимущество Micro-USB разъема перед другими типами — возможности подключения Plug&Play устройств без необходимости перезагрузки компьютера или ручной установке драйверов. Устройства могут быть подключены во время работы компьютера и так же отсоединены, без необходимости нажимать какие-либо кнопки.

Различие Micro-USB A и B

Обратите внимание: Разъём micro содержит 5 контактов. В разъёмах типа «B» четвёртый контакт не используется. В разъёмах типа «A» четвёртый контакт замкнут с GND (минус). А для GND — пятый контакт.

Разъёмы USB 2.0 – распайка.

В этой статье мы хотим рассказать вам о разъемах USB 2.0, применяемых в различных электронных устройствах. Они до сих пор не потеряли своей актуальности, не смотря на выход более скоростной USB 3.0, о которой мы поговорим немного позже в следующей статье на эту тему.

Аббревиатура USB расшифровывается как Universal Serial Bus, переводится как Универсальная Последовательная Шина.
Ниже на картинке представлены разъемы USB версии 2.0 (вид со стороны рабочей части, обращаем ваше внимание, это не сторона пайки):

При распайке выберите нужный разъем, рассматривайте его в зеркальном отражении, и подпаивайте провода в соответствии с их цветом. Цвета жил кабелей описаны чуть ниже.
Как видите, в названии разъемов (USB, USB mini, USB micro) присутствуют индексы. Первая буква индекса определяет тип разъема:

● А – разъем активного питающего устройства (хост, разъем компьютера или др.)
● В – разъем пассивного устройства, подключаемого к активному (разъемы принтеров, сканеров, и т.д.)

Вторая буква индекса определяет “пол” разъема:

● М – от английского слова male – то есть штекер – то есть разъем “Папа”
● F – от английского слова female – то есть гнездо – то есть разъем “Мама”

Просто USB, mini или micro говорит нам о размере разъема. Приведем пример:

USB mini AM - это разъем типа “Папа” (штекер) для подключения к активному питающему устройству размера mini.

Разберем теперь распиновку (распайку) разъемов USB.

USB-кабель имеет 4 провода:

● 1 - Провод красного цвета – VBUS - +5 Вольт с максимальным током 0,5 Ампер.
● 2 – Провод белого цвета – D- (минус Data).
● 3 – Провод зеленого цвета – D+ (плюс Data)
● 4 – Провод черного цвета – GND – общий провод, минусовой, “земля”

Mini & Micro разъемы 5-ти контактные. Распайка следующая:

● 1 – Провод красного цвета – VBUS.


● 4 – Провод голубого цвета – в разъемах с индексом “В” не задействуется, в разъемах с индексом “А” соединен с черным проводом (GND) чтобы поддерживалась функция “OTG”.
● 5 – Провод черного цвета – GND.

При разделке кабеля иногда можно встретить еще одну жилу без изоляции – Shield – оплетка, экранирующая жила, корпус. Эта жила без номера.

Распайка разъемов USB Mini и USB Micro показана на следующем рисунке:

При распайке дата-кабеля для связи мобильного телефона, смартфона или планшетника с компьютером 4-й контакт остается пустой. При распайке OTG-кабеля, например, для подключения флешки к смартфону, 4-й контакт нужно соединить с 5-м (GND).

USB-мышь. Распайка разъема:

● 2 – Провод белого цвета – Data минус.
● 3 – Провод зеленого цвета – Data плюс.
● 4 – Провод черного цвета – GND.

Это стандартные цвета проводов кабеля USB-мыши, но в зависимости от производителя эти цвета могут быть отличными от вышеуказанных. Например, в мышках китайского производства типа Jusajoa X-7 многих подобных цвета проводов могут быть следующие:

● 1 – Провод оранжевого цвета – VBUS.
● 2 – Провод зеленого цвета – Data минус.
● 3 – Провод синего цвета – Data плюс.
● 4 – Провод белого цвета – GND.

Назначение выводов разъема материнской платы для кабеля USB 2.0

OTG – что это?

Выше мы упоминали о функции OTG, поэтому сейчас немного разберемся, что же это такое.

OTG расшифровывается как “On The Go”, переводится как “На ходу”, то есть это позволяет соединять посредством USB различные периферийные устройства без подключения к компьютеру. Иногда такое подключение называют USB-Host. Например, можно подключить флэш-накопитель сразу к мобильному телефону или планшету как к полноценному ПК, подключить клавиатуру или мышку к гаджету, правда если этот гаджет поддерживает это периферийное оборудование. Посредством USB-OTG можно соединить фотокамеру и фотопринтер, фотокамеру со смартфоном, мобильный телефон с принтером, и т.д.

Существует ряд ограничений по такому виду подключения:

● Устаревшие модели мобильных телефонов не поддерживают USB-OTG.
● Для подключения флэш-накопителя по USB-OTG его формат должен быть FAT32.
● Максимальный размер флэш-накопителя зависит от аппаратной возможности телефона.
● HDD – так же в FAT32, и для его питания потребуется отдельный источник.

В лавках с мобильными телефонами, смартфонами и прочими гаджетами можно найти готовые OTG-кабели, и при желании можно приобрести готовый переходник. Допустим, флэшку нужно подключить к мобильному телефону с разъемом USB micro, для этого потребуется переходник USB_AF – USB_AM micro. В разъем USB-AF подключается флэшка, а штекер разъема USB-AM micro в телефон соответственно. Внешний вид переходника OTG MICRO USB THROW OTG/USB показан на следующем изображении:

Подключение флэшки к планшету точно такое же, только вместо разъема USB micro в переходнике должен быть USB mini.

И так, вы уже поняли, что обычный USB кабель отличается от USB-OTG тем, что в обычном 4-й контакт разъема не задействован, а в OTG между 4-м и 5-м контактами установлена перемычка. Именно по наличию перемычки в USB mini или micro телефон, смартфон или планшет определяет, что вы собрались к нему подключить периферию. И если вы вдруг решите сделать соединение посредством обычного кабеля, то гаджет, к которому собрались подключиться, проигнорирует подключенную флэшку, и сам будет являться пассивным устройством. Ниже на картинке показан разъем кабеля USB-OTG micro:

Подключение гаджетов.

Universal Serial Bus (USB) схема распайки

Схема распайки разъёмов USB

Схема распайки разъёмов USB (кабель и устройство)

Схема распайки разъёмов USB (кабель и устройство)

Сигналы USB передаются по двум проводам (витая пара) экранированного четырёхжильного кабеля.

VBUS – напряжение +5 Вольт цепи питания, GND – контакт для подключения «корпуса» цепи питания. Максимальная сила тока, потребляемого устройством по линиям питания шины USB, не должна превышать 500 мА. Данные передаются через контакты D- и D+ разъёма USB. Дифференциальный способ передачи данных является основным для USB.

Разъёмы USB кабеля

Для USB-кабеля используются специальные USB разъёмы. Кабель USB является направленным, поэтому, для правильного подключения, USB разъёмы имеют различную конфигурацию. Различают два типа USB разъёмов: Тип A (см. Рис.7. и Рис.8.) и Тип B (см. Рис.9., Рис.10. и Рис.11).

Рис.7. Обычный разъём USB кабеля Тип A

В соответствии со спецификацией 1.0 USB разъёмы Тип A применяются для подключения «к хосту» т.е. устанавливаются на стороне контроллера или концентратора USB.

Рис.8. «Фирменный» разъём USB кабеля Тип A

В соответствии со спецификацией 1.0 USB разъёмы Тип B применяются для подключения «к устройству» т.е. для подключения периферийных устройств.

Рис.9. Обычный разъём USB кабеля Тип B. Такой разъём подходит, например,
для подключения принтера

Рис.10. Обычный разъём USB mini кабеля Тип B

Рис.11. Разъём мicro USB кабеля Тип B. На рисунке, ниже символа USB хорошо видно обозначение Тип B

На Рис.12. и Рис.13. показаны USB кабели. Эти USB кабели оборудованы обычным разъёмом USB кабеля Тип A и разъёмом USB mini кабеля Тип B.

Рис.12. USB кабели оборудованы обычным разъёмом USB кабеля Тип A (на рисунке слева) и разъёмом USB mini кабеля Тип B (на рисунке справа). Тип B обозначен как B

Рис.13. USB кабели оборудованы обычным разъёмом USB кабеля Тип A (на рисунке слева) и разъёмом USB mini кабеля Тип B (на рисунке справа). Тип B обозначен как b

Рис.14. USB кабель, оборудованный миниатюрным разъёмом, называемым мicro USB

USB поддерживает «горячее» (при включенном питании) подключение и отключение устройств. Это достигнуто увеличенной длиной заземляющего контакта разъёма по отношению к сигнальным контактам см. Рис.15. При подключении разъёма USB первыми замыкаются заземляющие контакты, потенциалы корпусов двух устройств выравниваются и дальнейшее соединение сигнальных проводников не приводит к перенапряжениям, даже если устройства питаются от разных фаз силовой трёхфазной сети.

Рис.15. Длина заземляющего контакта (на рисунке контакт 4 GND вверху) разъёма увеличена по отношению к сигнальным (на рисунке контакт 3 D+ внизу) контактам. Верхний контакт длиннее нижнего. Это позволяет производить подключение и отключение устройств без выключения питания (так называемое «горячее» подключение и отключение)

Рис.15.a. Длина контактов питания USB разъёма флеш-карты (на рисунке крайние контакты) увеличена по отношению к сигнальным (на рисунке средние контакты) контактам. Это позволяет производить подключение и отключение устройств без выключения питания (так называемое «горячее» подключение и отключение)

Ответные части USB разъёмов располагаются на периферийных устройствах, подключаемых по USB см. Рис.16. и Рис.17.

Рис.16. Разъём для подключения разъёма кабеля USB. Хорошо виден символ USB

Рис.17. Разъём для подключения разъёма кабеля USB mini Тип B

Рис.18. Сопоставление размеров разъёмов USB. Обычный разъём USB кабеля Тип A (на рисунке слева), разъём USB mini кабеля Тип B (на рисунке в центре) и разъёмом USB мicro кабеля Тип B (на рисунке справа). Тип B обозначен как B

USB (универсальная последовательная шина) – Интерфейс передачи данных USB сегодня распространён повсеместно, используется практически во всех устройствах телефонах, ПК, МФУ, магнитофонов и в других устройствах применяются как для передачи данных так и для зарядки батарей телефона.

Виды разъёмов USB.

Существует большое количество разновидностей типов разъёмов ЮСБ. Все они показаны ниже.

Тип А - активное, питающее устройство (компьютер, хост). Тип B - пассивное, подключаемое устройство (принтер, сканер)

Распиновка usb кабеля по цветам.

Распиновка Usb 2.0.

USB является последовательная шина. Он использует 4 экранированных провода: два для питания (+ 5v & GND) и два для дифференциальных сигналов данных (помечены как D + и D-).

USB micro

USB micro используется с 2011 г. в телефонах, Mp3 и в других устройствах. Micro — это более новая разновидность разъема mini. У него есть преимущество в соединение разъемов, разъем соединен плотно со штекером и обеспечивает плотное соединения.