Назначение контактов микро usb. Какие бывают виды USB портов, разъемов, кабелей? Распиновка гнезд и штекеров

В этой статье я хочу впихнуть как можно больше информации повязанной с USB(типы, разъемы и переходники которые на данный момент существуют).

USB (Universal Serial Bus - «универсальная последовательная шина») - последовательный интерфейс передачи данных для периферийных устройств в вычислительной технике со встроенными линиями питания. Существуют два типа коннекторов/разъёмов для USB:

Тип А
Тип В

Каждый из типов подразделяешься на три группы:

Стандартные
Микро

Все USB устройства имеют свою версию.

USB 1.x и 2.0

Спецификация 1.0 регламентировала два типа разъёмов:

A – на стороне контроллера или концентратора USB
B – на стороне периферийного устройства

Впоследствии были разработаны миниатюрные разъёмы для применения USB в переносных и мобильных устройствах, получившие название Mini-USB . Новая версия миниатюрных разъёмов, называемых Micro-USB , была представлена USB Implementers Forum 4 января 2007 года. Внешний вид показан в таблице (таб.1).

Таблица 1. Внешний вид USB 1.х и 2.0 устройств разных типов

	Стандартный	Mini	Micro
Тип А
Тип В

Для USB 1.x регламентировано два режима работы:

режим с низкой пропускной способностью (Low-Speed ) - 1,5 Мбит/с
режим с высокой пропускной способностью (Full-Speed ) - 12 Мбит/с

Для USB 2.x регламентировано три режима работы:

Low-speed , 10-1500 Кбит/c (клавиатуры, мыши, джойстики)
Full-speed , 0,5-12 Мбит/с (аудио-, видеоустройства)
High-speed , 25-480 Мбит/с (видеоустройства, устройства хранения информации)

USB 3.х

В спецификации USB 3.0 разъёмы и кабели обновлённого стандарта физически и функционально совместимы с USB 2.0, причём для однозначной идентификации разъёмы USB 3.0 принято изготавливать из пластика синего цвета . Спецификация USB 3.0 повышает максимальную скорость передачи информации до 5 Гбит/с - что на порядок больше 480 Мбит/с, которые может обеспечить USB 2.0. Таким образом, скорость передачи возрастает с 60 Мбайт/с до 600 Мбайт/с и позволяет передать 1 Тб не за 8-10 часов, а за 40-60 минут.

31 июля 2013 года USB 3.0 Promoter Group объявила о принятии спецификации следующего интерфейса, USB 3.1, скорость передачи которого может достигать 10 Гбит/с. Внешний вид показан в таблице (таб.2).

Таблица 2. Внешний вид USB 3.х устройств разных типов

	Стандартный	Mini	Micro
Тип А
Тип В

Примеры переходников и портов (рис 1-3).

Рисунок 1 – Типы переходников.

Интерфейс USB (универсальная последовательная шина) активно используется уже 2 десятилетия, и за это время было создано несколько стандартов. Впервые это произошло в 1997 году, когда на материнских платах появился соответствующий разъем. Сегодня речь пойдет о стандартах и распиновке USB, но сначала необходимо отметить преимущества шины.

Одним из главных среди них является поддержка Plug & Play. Сейчас после подключения девайса уже не требуется вручную устанавливать нужные драйвера и производить перезагрузку персонального компьютера.

Шина не только позволяет передавать информацию, но и обеспечивает питанием подключенное устройство. В результате появилась возможность создавать мобильные сетевые и звуковые карты, а также другие виды контролеров.

Версии USB

В настоящее время создано 3 стандарта этого интерфейса. Основные отличия между ними заключаются не в распиновке разъема USB, а d скорости обмена информацией. При этом обеспечивается совместимость новых версий с предыдущими, что значительно облегчило жизнь пользователям.

Тип 1.1

Этот стандарт способен обеспечить скорость передачи информации до 12 Мб/с. Во время его создания это был хороший показатель, но все же существовал более скоростной интерфейс- IEEE 1394 или FireWire (до 400 Мб/с), разработанный компанией Apple. Однако ЮСБ 1.1 получил довольно широкое распространение и применялся на протяжении нескольких лет.

Среди основных характеристик данной спецификации следует отметить:

Возможность подключения более 100 устройств, в том числе и хабы.
Максимальная длина шнура 3 м.
Показатель напряжения шины составляет 5 В, а ток нагрузки - 0,5 А.

Тип 2.0

С появление сложных девайсов, например, цифровых фотокамер, возникла необходимость в более быстром интерфейсе. В результате появилась версия USB 2.0, который обеспечил скорость передачи информации до 480 Мб/с. Наличие аппаратной совместимости со стандартом 1.1 позволяет использовать старые устройства, но пропускная способность шины в такой ситуации резко снижается.

Следует учесть тот факт, что реальная пропускная способность ЮСБ 2.0 значительно отличалась от указанной в спецификации. Связано это с реализацией работы протокола, допускающего задержки в передаче пакетов данных. За последние годы появилась масса девайсов, для нормальной работы которых требовалась большая пропускная способность шина.

Тип 3.0

Это новый стандарт, массовое распространение которого началось в 2010 году. Он позволяет передавать информацию со скоростью до 5 Гб/с. Хотя распиновка ЮСБ разъема 3.0 и имеет некоторые отличия от 2-й версии, они полностью совместимы. Чтобы различать коннекторы этих стандартов, гнезда и штекера USB 3.0 маркируются синим цветом.

Также существуют определенные несоответствия в распайке разъемов. Показатель номинального тока увеличен до 0.9 А. В результате увеличилось количество периферийных устройств, для работы которых уже не требуется отдельный источник питания. Имеют собственную классификацию и коннекторы ЮСБ:

Тип A предназначен для подключения к гнезду, установленному на материнской плате компьютера или хабе.
Тип B используется в периферийных устройствах (принтерах).

Коннекторы второго типа имеют довольно большие размеры и не могут быть установлены на портативные гаджеты. Для исправления ситуации были созданы стандарты micro- и мини ЮСБ.

Распиновка разъемов USB 2.0 (типы, А и В)

Так как коннекторы первых версий универсальной последовательной шины не отличаются физически, то достаточно знать распайку последнего стандарта. На первый контакт подается питание в 5 В, а для передачи сигнала задействованы 2-й и 3-й провода. Распиновка USB кабеля по цветам выглядит следующим образом:

1 - красный.
2 - белый.
3 - зеленый.
4 - черный.

Распиновка разъема USB 3.0

В последней версии стандарта вместо 4 контактов используется 9. Цветовая схема распайки приведена на рисунке и имеет следующий вид:

Назначение контактов с 1 по 4 аналогично предыдущей версии.
5−6 и 8−9 провода используются соответственно для передачи/приема данных по протоколу Super Speed.
7 - масса сигнальных проводов.

Разъемы типа В версии 3.0 несовместимы с предыдущими стандартами.

Распиновка mini-USB аналогична микро, но в третьей версии интерфейса применяется только разъем последнего типа. Micro-USB 2.0 имеет 5 контактов, однако, используется лишь 4. В последней версии количество проводов увеличено в 2 раза. Контакты 1−5 выполняют те же функции, что и в коннекторах прежнего стандарта, а остальные предназначены для решения следующих задач:

6−7 и 9−10 - соответственно для передачи/приема данных по высокоскоростному протоколу.
8 - земля информационных проводов.

Цоколевка микро-ЮСБ для зарядки

Хотя все мобильные гаджеты заряжаются через разъем USB, единого стандарта нет, и каждый производитель разработал собственную схему. Можно использовать любой адаптер питания для подзарядки аккумулятора. Например, в iPhone для этого необходимо соединить контакты 2, 3 с 4 посредством резистора с номинальным сопротивлением в 50 кОм, а с 5 - 75 кОм. У главного конкурента Samsung Galaxy распиновка микро-USB разъема для зарядки более простая. Потребуется поставить перемычку между контактами 2 и 3, а 4 соединить с 5 резистором в 200 кОм.

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.

USB (Universal Serial Bus - «универсальная последовательная шина») - последовательный интерфейс передачи данных для среднескоростных и низкоскоростных периферийных устройств. Для подключения используется 4-х проводный кабель, при этом два провода используются для приёма и передачи данных, а 2 провода - для питания периферийного устройства. Благодаря встроенным линиям питания USB позволяет подключать периферийные устройства без собственного источника питания.

Основные сведения о USB

Кабель USB состоит из 4 медных проводников - 2 проводника питания и 2 проводника данных в витой паре, и заземленной оплётки (экрана). Кабели USB имеют физически разные наконечники «к устройству» и «к хосту». Возможна реализация USB устройства без кабеля, со встроенным в корпус наконечником «к хосту». Возможно и неразъёмное встраивание кабеля в устройство (например, USB-клавиатура, Web-камера, USB-мышь) , хотя стандарт запрещает это для устройств full и high speed.

Шина USB строго ориентирована, т. е. имеет понятие «главное устройство» (хост, он же USB контроллер, обычно встроен в микросхему южного моста на материнской плате) и «периферийные устройства».

Устройства могут получать питание +5 В от шины, но могут и требовать внешний источник питания. Поддерживается и дежурный режим для устройств и разветвителей по команде с шины со снятием основного питания при сохранении дежурного питания и включением по команде с шины.

USB поддерживает «горячее» подключение и отключение устройств . Это возможно благодаря увеличения длинны проводника заземляющего контакта по отношению к сигнальным. При подключении разъёма USB первыми замыкаются заземляющие контакты , потенциалы корпусов двух устройств становятся равны и дальнейшее соединение сигнальных проводников не приводит к перенапряжениям, даже если устройства питаются от разных фаз силовой трёхфазной сети.

На логическом уровне устройство USB поддерживает транзакции приема и передачи данных. Каждый пакет каждой транзакции содержит в себе номер оконечной точки (endpoint) на устройстве. При подключении устройства драйверы в ядре ОС читают с устройства список оконечных точек и создают управляющие структуры данных для общения с каждой оконечной точкой устройства. Совокупность оконечной точки и структур данных в ядре ОС называется каналом (pipe) .

Оконечные точки , а значит, и каналы, относятся к одному из 4 классов:

поточный (bulk),
управляющий (control),
изохронный (isoch),
прерывание (interrupt).

Низкоскоростные устройства, такие, как мышь, не могут иметь изохронные и поточные каналы .

Управляющий канал предназначен для обмена с устройством короткими пакетами «вопрос-ответ». Любое устройство имеет управляющий канал 0, который позволяет программному обеспечению ОС прочитать краткую информацию об устройстве, в том числе коды производителя и модели, используемые для выбора драйвера, и список других оконечных точек.

Канал прерывания позволяет доставлять короткие пакеты и в том, и в другом направлении, без получения на них ответа/подтверждения, но с гарантией времени доставки - пакет будет доставлен не позже, чем через N миллисекунд. Например, используется в устройствах ввода (клавиатуры, мыши или джойстики).

Изохронный канал позволяет доставлять пакеты без гарантии доставки и без ответов/подтверждений, но с гарантированной скоростью доставки в N пакетов на один период шины (1 КГц у low и full speed, 8 КГц у high speed). Используется для передачи аудио- и видеоинформации.

Поточный канал дает гарантию доставки каждого пакета, поддерживает автоматическую приостановку передачи данных по нежеланию устройства (переполнение или опустошение буфера), но не дает гарантий скорости и задержки доставки. Используется, например, в принтерах и сканерах.

Время шины делится на периоды, в начале периода контроллер передает всей шине пакет «начало периода». Далее в течение периода передаются пакеты прерываний, потом изохронные в требуемом количестве, в оставшееся время в периоде передаются управляющие пакеты и в последнюю очередь поточные.

Активной стороной шины всегда является контроллер, передача пакета данных от устройства к контроллеру реализована как короткий вопрос контроллера и длинный, содержащий данные, ответ устройства. Расписание движения пакетов для каждого периода шины создается совместным усилием аппаратуры контроллера и ПО драйвера, для этого многие контроллеры используют Прямой доступ к памяти DMA (Direct Memory Access ) - режим обмена данными между устройствами или же между устройством и основной памятью, без участия Центрального Процессора (ЦП). В результате скорость передачи увеличивается, так как данные не пересылаются в ЦП и обратно.

Размер пакета для оконечной точки есть вшитая в таблицу оконечных точек устройства константа, изменению не подлежит. Он выбирается разработчиком устройства из числа тех, что поддерживаются стандартом USB.

Технические характеристики USB

Возможности, достоинства и недостантки USB:

Высокая скорость обмена (full-speed signaling bit rate) - 12 Мб/с;
Максимальная длина кабеля для высокой скорости обмена - 5 м;
Низкая скорость обмена (low-speed signaling bit rate) - 1.5 Мб/с;
Максимальная длина кабеля для низкой скорости обмена - 3 м;
Максимум подключенных устройств (включая размножители) - 127;
Возможно подключение устройств с различными скоростями обмена;
Не нужно устанавливать дополнительных элементов, таких как терминаторы;
Напряжение питания для периферийных устройств - 5 В;
Максимальный ток потребления на одно устройство - 500 mA.

Сигналы USB передаются по двум проводам экранированного 4-хпроводного кабеля.

Распайка разъема USB 1.0 и USB 2.0

Тип А		Тип В
Вилка (на кабеле)	Розетка (на компьютере)	Вилка (на кабеле)	Розетка (на периферийном устройстве)

Названия и функциональные назначения выводов USB 1.0 и USB 2.0

Data (передача данных) 4 GND Ground (корпус)

Недостатки USB 2.0

Хоть максимальная скорость передачи данных USB 2.0 составляет 480 Мбит/с (60 Мбайт/с), в реальной жизни достичь таких скоростей нереально (~33,5 Мбайт/сек на практике). Это объясняется большими задержками шины USB между запросом на передачу данных и собственно началом передачи. Например, шина FireWire , хотя и обладает меньшей пиковой пропускной способностью 400 Мбит/с, что на 80 Мбит/с (10 Мбайт/с) меньше, чем у USB 2.0, в реальности позволяет обеспечить бо́льшую пропускную способность для обмена данными с жёсткими дисками и другими устройствами хранения информации. В связи с этим разнообразные мобильные накопители уже давно «упираются» в недостаточную практическую пропускную способность USB 2.0.

В данной статье приведена общая информация о стандарте USB, а также распиновка USB разъема по цветам всех видов (USB, mini-USB, micro-USB, USB-3.0).

Разъем USB (Universal Serial Bus) – это последовательная шина универсального назначения, современный способ подсоединения внешних устройств к персональному компьютеру. Заменяет ранее используемые способы подключения (последовательный и параллельный порт, PS/2, Gameport и т.д.) для обычных видов периферийных устройств — принтеры, мыши, клавиатуры, джойстики, камеры, модемы и т.д. Также данный разъем позволяет организовывать обмен данными между компьютером и видеокамерой, карт-ридером, MP3 — плеером, внешним жестким диском.

Преимуществом USB разъема перед иными разъемами заключается в возможности подключения Plug&Play устройств без необходимости перезагрузки компьютера или ручной установке драйверов. Устройства Plug&Play могут быть подключены во время работы компьютера и в течение нескольких секунд приступить к работе.

При подключении нового устройства сначала хаб (кабельный концентратор) получает высокий уровень по линии передачи данных, которое сообщает, что появилось новое оборудование. Затем следуют следующие шаги:

Хаб сообщает Хост-компьютеру о том, что было подключено новое устройство.
Хост-компьютер запрашивает хаб, на какой порт было подключено устройство.
После получения ответа компьютер выдает команду об активации данного порта и выполняет обнуление (сброс) шины.
Концентратор формирует сигнал сброса (RESET) длительностью 10 мсек. Выходной ток питания устройства составляет 100 мА. Устройство теперь готово к работе и имеет адрес по умолчанию.

Создание USB — результат сотрудничества таких компаний как Compaq, NEC, Hewlett-Packard, Philips, Intel, Lucent и Microsoft. USB стандарт был призван заменить широко используемый последовательный порт RS-232. USB в целом облегчает работу пользователю и имеет большую пропускную способность, чем последовательный порт RS-232. Первая спецификация USB была разработана в 1995 году, как недорогой универсальный интерфейс для подсоединения внешних устройств, которые не требовали большую пропускную способность данных.

Три версии USB

USB 1.1

Версия USB 1.1 предназначен был для обслуживания медленных периферийных устройств (Low-Speed) со скоростью передачи данных 1,5 Мбит/с и быстрых устройств (Full-Speed) со скоростью передачи данных 12 Мбит/с. USB 1.1, однако, был не в состоянии конкурировать с высокоскоростным интерфейсом, например. FireWire (IEEE 1394) от компании Apple со скоростью передачи данных до 400 Мбит/с.

USB 2.0

В 1999 году стали задумываться о втором поколении USB, который был бы применим и для более сложных устройств (например, цифровых видеокамер). Эта новая версия, обозначаемая как USB 2.0 была выпущена 2000 году и обеспечивала максимальную скорость до 480 Мбит/с в режиме Hi-Speed и сохранила обратную совместимость с USB 1.1 (тип передачи данных: Full-Speed , Low-Speed).

USB 3.0

Третья версия (обозначаемая также как Super-speed USB) была спроектирована в ноябре 2008 года, но, вероятно, из-за финансового кризиса ее массовое распространение было отложено вплоть до 2010. USB 3.0 имеет более чем в 10 раз большую скорость по сравнению с USB 2.0 (до 5 Гбит/с). Новая разработка имеет 9 проводов вместо первоначальных 4 (шина данных уже состоит из 4 проводов), тем не менее, этот стандарт по-прежнему поддерживает и USB 2.0 и обеспечивает пониженное энергопотребление. Благодаря этому можно использовать любую комбинацию устройств и портов USB 2.0 и USB 3.0.

USB разъем имеет 4 контакта. К контактам DATA+ и DATA- подключается витая пара (скрученные между собой два провода), а к выводам VCC (+5 В) и GND подключаются обычные провода. Затем весь кабель (все 4 провода) экранируется алюминиевой фольгой.

Ниже представлена распиновка (распайка) всех видов USB разъемов.