USB распиновка

Виды USB разъемов

Универсальная последовательная шина (Universal Serial Bus) или же просто USB — это промышленный стандарт, разработанный в середине 1990 годов для того, чтобы стандартизировать подключение периферии к компьютеру. Он заменил большинство интерфейсов и теперь является самым распространенным типом разъемов для потребительских устройств.

На сегодняшний день практически каждое устройство, будь оно портативным или стационарным, имеет различные виды USB разъемов. Но все устроено намного сложнее, чем считают новички. Сегодня мы рассмотрим виды USB портов и различные стандарты.

Общая информация

USB интерфейс был разработан на замену уже имеющихся разъемов компьютерной и оргтехники. В то время популярны были порты, которые разрабатывались под каждый вид устройств отдельно. Отсутствие универсальности было большим недостатком. Происходило это в 90-е годы.

Старые порты не устраивали пользователей по размеру и быстродействию. Основными портами тогда были параллельный LPT — для печатающих устройств, и последовательный COM-порты (RS-232). Интерфейс RS-232 может и сейчас встречаться в технике, работающей с микроконтроллерами.

Эти старые порты имели недостатки, которые со временем привели к появлению новых интерфейсов передачи данных. Первым из таких новых портов и был USB, популярность получил в начале 2000-х.

Основными требованиями к новым методам передачи данных были:

• увеличенная скорость передачи данных;
• в разъеме должно быть питание для внешнего устройства;
• поддержка разных устройств;
• высокая защита от помех;
• надежная конструкция разъема;
• возможность горячего подключения, без выключения питания (Hot-Plug);
• автораспознавание подключенных устройств, функция Plug-n-Play.

Как видно, нужен был новый протокол передачи данных и плюс к этому и физический разъем с новой конструкцией.

Особенности соединения устройств

Одной из важных особенностей стандарта является то, что он не предусматривает соединение двух равноправных устройств. Например, два компьютера соединить с помощью юсб не получиться.

При USB подключении всегда есть Master и Slave (главный и подчиненный) . Слово Master могут заменять на Host.

Стандарт не предусматривает подключение устройств в параллель. Для такого подключения используют специальные активные разветвители, называемые “USB хабы”.

Роль “главного” в Universal Serial Bus соединении выполняет компьютер. А подчиненными могут быть самые разные устройства: принтер, флешка, мышка, сканер, клавиатура и т.д.

Конструкция разъема

Такая идея взаимодействия была положена в основу стандарта USB изначально, и она отразилась на физической конструкции соединителя. Разъем кабеля, который подключается к компьютеру называется “USB A”, а разъем подключаемый к устройству называется “USB B”.

Сами разъемы сконструированы таким образом, что при подключении первым замыкается общий провод в виде корпуса, а затем уже все остальные .

Эта особенность дает возможность “горячего” подключения (без снятия питания).

Когда интерфейс Universal Serial Bus стали использовать и на мобильных устройствах, возникла необходимость в разработке более компактного разъема. Тогда и появился Mini-USB. Сегодня он встречается редко, в основном в видеорегистраторах, навигаторах.

Когда устройства стали еще компактнее, тогда появился разъем Micro-USB.

Mini-USB и Micro-USB являются разновидностями разъема USB-B. И тогда правильное их название будет USB Mini-B и USB Micro-B. Все они полностью совместимы друг с другом по сигналам, а отличаются только формой и габаритами.

Версии Universal Serial Bus

На данный момент существует 4 версии протокола:

• 1.1 — скорость до 12 Мбит/с, питание 5в, максимальный ток 500 мА;
• 2.0 — скорость до 480 Мбит/с;
• 3.0 (он же USB 3.1 Gen 1) — скорость до 5 Гбит/с, максимальный ток до 900 мА;
• 3.1 Gen 2 — скорость до 10 Гбит/с;
• 3.2 — скорость до 20 Гбит/с;
• 4 — скорость до 40 Гбит/с.

Все они имеют обратную совместимость друг с другом. То есть в гнездо более поздней версии можно вставить устройство более ранней версии.

Наиболее распространенной на сегодня является версия 2.0 — ее поддерживает абсолютное большинство юсб устройств.

Совместимость устройств обеспечивается не только на физическом, но и на логическом уровне. Это означает, что устройство корректно запитается и установит соединение с компьютером.

Устройство кабеля

Такая совместимость происходит, потому что соединение работает на четырех базовых линиях, которые есть в любом USB порту.

Распиновка USB по цветам

Выше вы видите схему стандартного USB кабеля. Минусовая, общая шина питания имеет обозначение “GND”. В кабеле ей соответствует черный провод. Вторая линия питания “Vbus” — это +5В, цвет провода красный. Две другие линии обозначаются D+ и D− и они отвечают за передачу данных. По цвету это зеленый и белый провод выполнены в виде витой пары.

У юсб кабеля еще есть оплетка — “экран”, предназначенный для защиты от помех. Этот экран подключается к металлическому корпусу разъема, со стороны компьютера он заземляется.

Так как производителей кабеля очень много, то доверять цветам проводов нельзя. Бывает, что цвета проводов в кабеле путают местами.

Universal Serial Bus — это интерфейс с одной информационной линией. А это означает, что прием и передача информации может происходить только поочередно.

Два сигнальных провода, физически выполненные в виде витой пары, передают один и тот же информационный сигнал. Они представляют собой так называемое симметричное или балансное подключение.

При несимметричном подключении минусовая линия соединена с оплеткой и заземлена. То есть одной из линий является не только D− но и оплетка.

В симметричном варианте подключения оплетка тоже заземлена, но она не соединена ни с одним из сигнальных проводов. И тогда сигнальные линии равнозначны между собой.

При появлении внешней помехи в линиях передачи данных сигнал искажается. Но в несимметричной линии помеха воздействует только на линию D+, ведь D− подключена к оплетке и заземлена. А в симметричной линии помеха воздействует на две линии сразу.

Есть еще много теории по фазам сигнала, о помехе в противофазе, про вычитание сигналов и другое. Но вывод один: полезный сигнал на выходе информационной линии плюсуется с D+ и D−, а помеха вычитается.

Для того чтобы это все эффективно работало, провода должны быть симметричны внутри кабеля. Самый простой способ обеспечить симметрию — это сплести их. Поэтому используется сплетение проводов, витая пара.

Основной смысл витой пары в эффективной защите от помех. Но логическая линия обмена данными в юсб кабеле всего одна. Все данные представлены в виде логических “0” и “1”. Название интерфейса «Universal Serial Bus» (USB), что означает последовательную передачу данных. И вот этот поток нулей и единичек идет по одной шине, при этом в двух направлениях, по очереди.

Одновременная работа на прием и передачу называется Full-Duplex (режим полного дуплекса). В реальности эти режимы работают по очереди, для USB переключение режима приема и передачи происходит с периодом в 1 мс.

Для нормальной работы такой системы в протоколе Universal Serial Bus есть несколько служебных сигналов, с помощью которых организуется работа по безошибочной передаче информации.

Такая организация передачи данных очень экономит средства при производстве, упрощает схемотехнику. Этот принцип работы сегодня используют много интерфейсов передачи данных.

По теории к хосту можно подключить через хабы до 127 устройств. Хост присваивает каждому устройству свой уникальный адрес, пока оно на связи. При подключении происходит инициализация, проверка драйвера, если его нет, то операционная система установит. Управление переходит драйверу, и он устанавливает конфигурацию и теперь устройство считается готовым к работе.

Type-A

Большинство кабелей и периферийных устройств (например, клавиатуры, мыши и джойстики) имеют разъем типа A. Персональные компьютеры, ноутбуки и нетбуки обычно имеют несколько портов данной формы. Кроме того, многие другие устройства и адаптеры питания используют их для передачи данных и/или зарядки. Разъем имеет плоскую прямоугольную форму и является наиболее узнаваемым и используемым. Распиновка USB Type-A следующая:

1. +5V – напряжение +5 В.
2. D- – данные.
3. D+ – данные.
4. GND – земля.

Все версии стандартов USB сохраняют для Type-A одинаковый форм-фактор, поэтому они взаимно совместимы. Однако разъемы USB 3.0 вместо 4 имеют 9 контактов, используемых для обеспечения большей скорости передачи данных. Они расположены так, чтобы не мешать работе пинов предыдущих версий стандарта.

Совместимость разных версий USB.

Несколько слов про совместимость. Версии 1.1 и 2.0 конструктивно полностью совместимы между собой. Если одна из соединяемых сторон – старой версии, то работа будет вестись на пониженной скорости, а операционная система выведет сообщение “Устройство может работать быстрее”, которое означает, что имеется быстрый порт USB 2.0 в компьютере, а устройство, которое в него втыкается, медленное – версии 1.1.

А вот с совместимостью USB версий 2.0 и 3.0 не все так однозначно. Любое устройство или шнур USB 2.0 можно подключить к синему порту третьей версии. А вот наоборот сделать не получится. Современные кабели и устройства с USB 3.0 отличаются от привычных разъемов дополнительными контактами, позволяющими увеличить пропускную способность интерфейса, поэтому подключить их в старый порт не получится (исключение составляет только тип A).

Вывод

Что мы узнали из этой статьи? Что USB делится на стандарты передачи данных, которые отличаются скоростью передачи данных. А также, что USB имеют большое количество типов разъемов.

И что самое интересное, о чем я забыл упомянуть в статье, это то, что типы разъемов могут комбинироваться следующим образом. Вы можете встретить полноразмерный разъем USB type-A и полноразмерный USB type-B, в то же время существует (но редко встречается) micro USB type-A и micro USB type-B (очень распространен). USB type-A может работать по протоколу USB 2.0, а может по протоколу USB 3.0. В общем при желании можно и запутаться.

А если вас беспокоит вопрос, с какими разъемами лучше выбрать себе ноутбук USB 2.0 или USB 3.0, то вообще не парьтесь. Сейчас все современные ноутбуки и компьютеры оснащены и тем и тем типом USB. Например, у меня на ноутбуке два разъема USB 2.0 и один разъем USB 3.0. И все три разъема типа USB type-A.

Вот такие они – USB!

Друзья, если вы заметили на сайте какой-нибудь баг, то напишите об этом в комментариях или отправьте сообщение на почту через контакты, и мы его исправим.

А также мы будем рады услышать ваши пожелания, если вам по какой-то причине неудобно пользоваться сайтом.

Не будьте равнодушными к проекту. Спасибо! 🙂

Нам очень приятно! Не могли бы вы поделиться этой статьей с друзьями? А также мы будем рады, если вы оставите комментарий.

Обещаем исправиться! Если вам есть, чем дополнить статью, напишите об этом в комментариях. А также будем благодарны за конструктивную критику. Спасибо!

Цифровой видеоинтерфейс (DVI)

DVI — это высокоскоростной цифровой интерфейс между контроллером дисплея, таким как компьютер, и устройством отображения, таким как монитор. Он был разработан с целью передачи цифровых видеосигналов без потерь и замены аналоговой технологии VGA.

Существует три типа разъемов DVI в зависимости от передаваемых сигналов: DVI-I, DVI-D и DVI-A. DVI-I — это порт DVI со встроенными аналоговыми и цифровыми сигналами. DVI-D поддерживает только цифровые сигналы, а DVI-A поддерживает только аналоговые сигналы. Цифровые сигналы могут быть как одинарными, так и двойными, где одиночный канал поддерживает цифровой сигнал с разрешением до 1920X1080, а двойной канал поддерживает цифровой сигнал с разрешением до 2560X1600. На следующем изображении сравниваются структуры типов DVI-I, DVI-D и DVI-A вместе с распиновкой.

Mini-DVI

Порт Mini-DVI разработан Apple как альтернатива порту Mini-VGA и физически аналогичен таковому. Он меньше обычного порта DVI. Это 32-контактный порт, способный передавать сигналы DVI, композитный, S-Video и VGA с соответствующими адаптерами. На следующем изображении показан порт Mini-DVI и совместимый с ним кабель.

Micro-DVI

Порт Micro-DVI, как следует из названия, физически меньше Mini-DVI и способен передавать только цифровые сигналы. К этому порту можно подключать внешние устройства с интерфейсами DVI и VGA, при этом требуются соответствующие адаптеры. На следующем изображении порт Micro-DVI можно увидеть рядом с портами для наушников и USB.

USB Тип-A

USB-A, пожалуй, самый популярный USB (разъем или порт), который вы можете найти на своих ПК, игровых консолях, портативных медиаплеерах и портах для зарядки смартфонов. Стандартный штекер USB Type-A имеет плоскую прямоугольную форму.

Более старые разъемы USB Type-A и порты, поддерживающие стандарт USB 2.0, имеют четыре внутренних контакта; одна пара предназначена для передачи данных, а другая — для питания. С введением стандарта USB 3.0 к оригинальной конструкции были добавлены пять дополнительных контактов, чтобы сделать новые порты и разъемы USB Type-A (SuperSpeed) более быстрыми и обратно совместимыми со старыми версиями USB.

8) USB 3.0 Micro USB

Разъем отличается от предшественника дополнительными 5-и контактами, обладает всеми лучшеми качественника, только с еще большей скоростью. В настоящее время встречается в переносных жестких дисках и смартфонах. Кабель имеет адаптацию со старым разъемом, то есть кабель от USB 2.0 Micro USB можно подключить в новое устройство.

Новый формат, он же USB 3.1 является продолжением стандарта Micro USB. Новый разъем способен представить пропускную способность до 10 Гбит/с, при самых малых габаритах. Впервые был использован в новом Apple MacBook 12″, где этот порт является универсальным для всех подключаемых устройств, включая зарядку. Сейчас же этот разъем встречается во всех новых смартфонах и скорее всего это не конец.

В нашем магазине можно приобрести переходник для Вашего смартфона с разъёма USB 2.0 Micro USB на USB Type C, чтобы в первое время Вы всегда были на связи.