Распайка USB2.0 и USB3.0 по цветам (разъемы micro и mini)
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.
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
Совместимость разъёмов USB
Если вести речь о совместимости разъёмов ЮСБ друг с другом, то первый и второй вид разъёма ЮСБ совместимы друг с другом. Если подключить устройство, созданное для работы с ЮСБ 2.0 в разъём 1.1, то пользователь получит системное сообщение о том, что данное устройство может работать быстрее (работать оно будет, хотя и не так быстро, как было бы с 2.0).
Разъёмы ЮСБ 2.0 и 3.0 также частично совместимы, вы можете спокойно воткнуть устройство, предназначенное для разъёма 2.0 в разъём 3.0, и оно будет работать. При этом устройство, предназначенное для разъёма вида 3.0 в разъём 2.0 вы воткнуть не сможете.
Интерфейс USB 3.0 – стандарт SuperSpeed USB
Спецификация USB 3.0 появилась в 2008 году.
В спецификации USB 3.0 разъёмы и кабели совместимы с USB 2.0, причём для однозначной идентификации разъёмы USB 3.0 изготавливают из пластика синего или (у некоторых производителей) красного цвета.
Спецификация USB 3.0 повышает максимальную скорость передачи информации до 5 Гбит/с — что выше скорости передачи данных устройств USB 2.0. (максимально 480 Мбит/с.)
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. Разъём USB 3.1 Type-C является симметричным.
USB – быстро, быстрее, ещё быстрее
Первая версия стандарта USB имела две скорости передачи данных. USB 1.0 позволил достичь скорости 12 Мбит/с (Full Speed) и 1,5 Мбит/с в режиме низкой скорости. Как отмечает Аджай Бхатт, переход в более медленный режим, вероятно, «спас» USB от сбоев. Первоначально он не был предусмотрен и был добавлен только по просьбе разработчиков программного обеспечения Microsoft.
Планируя поддержку мыши в Windows, они пришли к выводу, что 12 Мбит/с – это «слишком быстро». Они предсказали, что более быстрый режим работы может потребовать экранирования кабелей, а это означает, что кабели компьютерных мышей станут слишком жесткими для комфортной работы, а затраты на их производство будут слишком высокими.
Они решили, что если стандарт не будет использовать более низкие скорости, они не смогут реализовать его в системе. После обновления стандарта до версии 1.1 в 1998 году электрические параметры разъёма были улучшены, что облегчило передачу сигналов на большие расстояния.
В 2000 году была опубликована спецификация USB 2.0. Так называемый режим Hi Speed был добавлен к двум предыдущим режимам. Это позволило передавать данные со скоростью 480 Мбит/с. В дополнение к более высокой производительности были введены новые разъемы и усовершенствованы стандарты электропитания.
В новой версии точно определен способ загрузки. Максимальный ток, который мог протекать через разъем, составлял 500 мА. В то же время два устройства могут быть подключены друг к другу без использования хоста.
USB 2.0 правил на рынке компьютерных разъёмов в течение следующих 10 лет.
С 2010 года пользователи могут использовать третий вариант USB. За прошедшее время было выделено несколько поколений этого стандарта, а названия были изменены несколько раз. В базовой версии 3.0 появился режим Super Speed, позволяющий передавать данные со скоростью 5 Гбит/с. С 2013 года данные могут передаваться со скоростью 10 Гбит/с. Это, так называемый, режим Super Speed+, известный по USB 3.1. Спецификация варианта USB 3.2, опубликованная в 2017 году, увеличила скорость передачи в режиме Super Speed+ до 20 Гбит/с.
В конечном итоге, USB 3.0 получил название USB 3.2 Gen1, USB 3.1 – USB 3.2 Gen2, а USB 3.2 – USB 3.2 Gen2x2. В соответствии с рекомендациями организации по стандартизации USB, производители устройств должны помечать розетки и вилки Super Speed синим цветом и логотип SS.
Сила USB
Силу тока в разъёмах типа A и B стандарта USB 3.2 увеличили до 900 мА (1,5 A для разъемов питания). Разъём C, который заменяет все другие более ранние разъемы, однако, допускает максимальный ток 3А при стандартном напряжении 5В. Розетки питания USB в этой версии имеют напряжение 20В и максимальный ток 5А. В результате вы можете получить до 100 Вт мощности. Этого достаточно, например, для питания ноутбука.
Постоянно возрастающие требования к эффективности передачи данных привели к потребности в разработке нового стандарта. Спецификация USB 4 была опубликована в 2019 году, а первые устройства должны появиться во второй половине этого года. Максимальная производительность разъёма составляет 40 Гбит/с. USB 4 основан на протоколе Thunderbolt 3 и полностью совместим с ним.
USB версии разъёмов
USB версии в настоящее время включают 1.1, 2.0, 3.0, 3.1 и 3.2.
- Тип USB 1.1 был первой версией стандарта USB, выпущенной ещё в 1998 году, и имеет максимальную скорость передачи 12 Мбит / с. Однако во многих случаях USB 1.1 работает только на скорости 1,2 Мбит / с. Сегодня он давно устарел и выведен из употребления.
- Стандарт USB 2.0, введенный в 2000 году, имеет максимальную скорость 480 Мбит / с в режиме Hi-Speed или 12 Мбит / с в обычном режиме работы. Он обратно совместим с USB 1.1. Как и версия 1.1, она имеет линии питания 5 В с током до 500 мА, что дает мощность 2,5 Вт.
- USB 3.0 был представлен в 2008 году и имеет самую высокую скорость передачи данных – 5 Гбит / с в режиме SuperSpeed. USB 3.0 коннекторы обычно синие. Этот интерфейс обратно совместим, но имеет повышенный выходной ток до 900 мА, что дает мощность 4,5 Вт.
- Следующая версия USB 3.1, которая была официально представлена на рынке в 2013 году. Он удваивает скорость интерфейса до 10 Гбит / с, передавая данные так же быстро, как и оригинальный стандарт Thunderbolt. Он обратно совместим с USB 3.0 и USB 2.0. USB 3.1 имеет три профиля питания и позволяет более крупным устройствам получать питание от хоста: до 2 А при 5 В (при потребляемой мощности до 10 Вт) и до 5 А при 12 В (60 Вт) или 20 В (100 Вт) – это так называемая технология USB Power Delivery (USB-PD), определяемая отдельно от самого стандарта USB.
- Последней версией интерфейса является USB 3.2. Он был представлен в 2017 году. Этот интерфейс сохраняет существующие режимы данных USB 3.1 – SuperSpeed и SuperSpeed+, с 5 Гбит / с и 10 Гбит / с соответственно, но также вводит два новых режима передачи данных, предлагающих скорости передачи 10 и 20 Гбит / с, однако они требуют USB-С. USB 3.2 также является первой версией интерфейса, в котором разъем USB-C является единственным доступным и приемлемым стандартом разъема.
Благодаря плоской и прямоугольной форме USB тип A был оригинальным дизайном для первого стандарта USB. В традиционном USB-кабеле разъем типа A, также известный как штекерный разъем A, подключается к хосту, к его USB-порту также относится тип A, который является гнездом типа A. Порты типа A обычно находятся в хост-устройствах, таких как настольные компьютеры. ноутбуки, игровые приставки и т. д. Кроме того, штекерные разъемы типа A можно найти на популярных девайсах, подключенных к вышеупомянутым устройствам – клавиатурам, мышам, и т. д.
Все USB 1.1, 2.0 и 3.0 имеют одинаковую конструкцию разъема типа A, это означает, что он всегда совместим с портом типа A, даже если устройство и хост используют разные версии USB. Они отличаются только тем, что в версиях 3.0 и 3.1 добавлены дополнительные линии для дополнительных сигналов, необходимых для использования режимов SuperSpeed и SuperSpeed+.
По сути, разъем B является конечной частью стандартного USB-кабеля, который подключается к периферийному устройству, например, принтеру, телефону или внешнему жесткому диску, и также известен как штыревой тип B. Поскольку периферийные устройства бывают разных форм и размеров, разъем B и его порт также доступны в нескольких различных версиях. В настоящее время доступно 5 популярных моделей USB-разъемов и разъемов типа B: оригинальный стандарт B, Mini-B, Micro-B, Micro-B USB 3.0 и стандартный разъем USB B типа 3.0. Они отличаются в основном размерами, что позволяет размещать разъемы типа B в очень маленьких устройствах.
В настоящее время кабели USB типа B практически забыты. Это потому, что принтеры и другие крупные устройства уже используют беспроводные WiFi каналы.
Конструкция стандартного разъема типа B используется для подключения больших периферийных устройств, таких как принтеры или сканеры, к компьютеру и была разработана для USB 1.1. Значительно меньшие порты Mini-B можно найти в старых портативных устройствах, таких как цифровые камеры и старые портативные накопители. Этот формат соединителя теперь устарел. Micro-B USB немного меньше, чем Mini-B, и является наиболее распространенным типом разъема USB для современных смартфонов и планшетов. Micro-USB 3.0 является самой массовой конструкцией и в основном используется для портативных накопителей USB 3.0. Интерфейсные разъемы USB 3.0 и выше, как правило, синего цвета для упрощения интуитивного подключения к компьютерам, где порты USB 3.x также синего цвета.
При размере 8,3 x 2,5 мм порт и разъем USB Type-C примерно такого же размера, что и порт USB Micro-B, что делает его достаточно маленьким для работы даже с самыми малогабаритными периферийными устройствами. Оба конца кабеля идентичны, что позволяет переворачивать кабель в произвольном виде. Кроме того, благодаря симметрии штекера, проблема вставки его вверх ногами устранена – он подходит для обеих ориентаций.
USB-C и USB 3.1 имеют обратную совместимость с USB 3.0 и 2.0. В чистом соединении USB Type-C порты и разъемы Type-A больше не включены, но для совместимости существуют кабели Type-C – Type-C, например, для подключения современных мобильных устройств к компьютерам. Существуют также адаптеры, которые позволяют хостам и устройствам С-типа работать с USB-устройствами. Хотя в настоящее время это может усложнить подключение, поскольку требуются разные USB-адаптеры, это будет временным явлением, поскольку в будущем будет использоваться только порт C.
Есть в продаже переходники USB Micro C, советуем на запас купить несколько штук, так как будет появляться всё больше оборудования USB-C. Такие адаптеры будут полезны в ситуации, когда у всех вокруг есть только зарядные устройства с «обычным» Micro-USB.
USB 2.0 A и B всё ещё будут на рынке в течение долгого времени, потому что есть миллиарды устройств с этим портом, и это дешево, также потому что это механически самый сильный USB-разъем, если разъемы хорошего качества и платы не тонкие, то эти разъемы действительно надёжны. Это подтверждает их применение в сценическом оборудовании, где они являются стандартными и могут работать на сценах и студиях в течение многих лет без сбоев. Такое же дело стоит в оборудовании: осциллографы, цифровые БП, ЧПУ, автоматизация.
Распайка разъема USB 1.1 и 2.0
Сигналы USB передаются по двум проводам экранированного четырёхпроводного кабеля.
| Номер контакта | Обозначение | Цвет провода |
|---|---|---|
| 1 | VBUS | Красный |
| 2 | D- | Белый |
| 3 | D+ | Зелёный |
| 4 | GND | Чёрный |
GND — цепь «корпуса» для питания периферийных устройств
V BUS — +5V также для цепей питания
Шина D+ предназначена для передачи данных
