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.

Разъем USB появился двадцать лет тому назад и изначально был предназначен для применения в приборах бытового назначения. В настоящее время приобрел довольно большую популярность также в профессиональном оборудовании. Тем не менее, его “бытовые” корни явно проявляются в том, что этим типом разъемного соединителя снабжаются все без исключения популярные гаджеты.

Первоначальный вариант разъема отличался габаритами, не вполне подходящими для установки его розеток в переносные устройства карманного формата. Для устранения этого недостатка были созданы варианты miniUSB и microUSB, которые позволяли реализовывать основные функции соединителя и при этом выгодно отличались от прототипа заметно лучшими массогабаритными характеристиками.

Характерные черты разъема microUSB

Соединитель microUSB содержит пять контактов, к каждому из которых припаян изолированный провод. Правильная ориентация вилки при подключении к розетке задается применением характерных сглаженных скосов одной из верхних граней экранирующей юбки. Контакты вилки разъема обозначаются цифрами от 1 до 5 с естественной нумерацией справа налево так, как показано на рисунке. Распайка микро usb разъема и назначение отдельных его контактов приведены в таблице.

Распиновка микро юсб по цветам

Экранирующая оплетка кабеля также считается проводом. Она не выводится на отдельный контакт.

Распайка микро usb разъема для зарядки

Ремонт соединителя и изготовление кабеля

Неплохие эксплуатационные свойства кабельной и приборной части соединителя micro USB в сочетании с низкой стоимостью соединительного кабеля и его широким распространением приводят к тому, что ремонт этого аксессуара проводится сравнительно редко. Тем не менее, в случае его установки нового гнезда из-за хорошо продуманной конструкции не составляет больших проблем даже несмотря на его достаточно миниатюрные размеры. Из особенностей следует обратить внимание на аккуратность и целесообразность дополнительной защиты места пайки, например, непроводящим лаком.

Интерфейс USB широко используется в современных электронных устройствах. Практически на всех мобильных устройствах установлен микро- или мини-ЮСБ коннектор. Если разъем перестал работать, то для его ремонта необходимо знать распиновку micro-USB. Ситуация усложняется тем, что многие производители гаджетов выполняют распайку контактов по-своему. Изучив возможные варианты цоколевки, можно справиться с проблемой.

Назначение и виды

Коннектор USB обладает хорошим набором функций. С его помощью можно не только передавать большие объемы информации с высокой скоростью, но и обеспечить девайс питанием. Новый интерфейс довольно быстро заменил на компьютерах старые порты, например, PS/2. Сейчас вся периферия подключается к ПК именно с помощью портов ЮСБ.

На сегодняшний день было создано 3 версии коннектора USB:

Особенности распиновки

При разговоре о цоколевке USB-разъёма необходимо разобраться в обозначениях, указанных на схемах. Начать стоит с вида коннектора - активный (тип А) либо пассивный (тип В). С помощью активного разъема возможен обмен информацией в двух направлениях, и пассивный позволяет только ее принимать. Также следует различать две формы соединителя:

• F - «мама».
• M - «папа».

В этом вопросе все должно быть понятно и без объяснений.

Коннектор стандарта USB

Сначала несколько слов нужно сказать о совместимости трех версий интерфейса. Стандарты 1.1 и 2.0 полностью аналогичны конструктивно и отличаются только скоростью передачи информации. Если в соединении одна из сторон имеет старшую версию, то работа будет проводиться с низкой скоростью. При этом ОС выведет следующее сообщение: «Это устройство способно работать быстрее».

С совместимостью 3.0 и 2.0 все несколько сложнее. Устройство или кабель второй версии можно подключить к новому разъему, а обратная совместимость существует только у активных разъемов типа А. Следует заметить, что интерфейс ЮСБ позволяет подавать на подключенный гаджет напряжение в 5 В при силе тока не более 0,5 А. Для стандарта USB 2.0 распайка по цветам слева направо имеет следующий вид:

• Красный - положительный контакт постоянного напряжения в 5 В.
• Белый - data-.
• Зеленый - data+.
• Черный - общий провод или «земля».

Схема разъема достаточно проста, и при необходимости починить его будет несложно. Так как в версии 3.0 увеличилось количество контактов, то и его распиновка отличается от предыдущего стандарта. Таким образом, цветовая схема контактов имеет следующий вид:

Разъемы micro и mini

Коннекторы этого форм-фактора имеют пять контактов, один из которых задействован не всегда. Проводники зеленого, черного, красного и белого цветов выполняют аналогичные USB 2.0 функции. Распиновка mini-USB соответствует цоколевки micro-USB. В разъемах типа А фиолетовый проводник замкнут с черным, а в пассивных он не используется.

Эти коннекторы появились благодаря выходу на рынок большого количества устройств небольших габаритов. Так как они внешне похожи, часто у пользователей возникают сомнения о принадлежности разъема к тому либо иному форм-фактору. Кроме некоторого отличия в габаритах, у микро-ЮСБ на задней стороне расположены защелки.

Миниатюризация коннектора негативно повлияла на надежность. Хотя mini-USB и обладает большим ресурсом , через довольно короткий временной отрезок он начинает болтаться, но при этом из гнезда не выпадает. Микро-ЮСБ представляет собой доработанную версию mini-USB. Благодаря улучшенному креплению он оказался более надежным. Начиная с 2011 года этот коннектор стал единым стандартом для зарядки всех мобильных устройств.

Однако производители вносят в схему некоторые изменения. Так, распиновка микро-USB разъема для зарядки iPhone предполагает два изменения в сравнении со стандартной. В этих девайсах красный и белый провода соединяются с черным через сопротивление 50 кОм, а с белым - 75 кОм. Также есть отличия от стандарта и у смартфонов Samsung Galaxy. В нем белый и зеленый проводники замкнуты, а 5 контакт соединен с 4 с помощью резистора номиналом в 200 кОм.

Зная цоколевку различных видов коннекторов USB, можно найти и устранить неисправность. Чаще всего это требуется в ситуации, когда из строя вышло «родное» зарядное устройство, но у пользователя есть блок питания от смартфона другого производителя.

Разрабатывалась еще с 1994 года, при этом в команде разработчиков состояли инженеры из передовых компаний в сфере IT-технологий - Microsoft, Apple, Intel и других. В процессе проведения исследований преследовалась одна задача - найти универсальный порт, который мог бы использоваться для большинства устройств.

Таким образом, пользователям был предоставлен разъем USB, который практически сразу был поддержан различными разработчиками и начал активно использоваться в самых разных устройствах, начиная от персональных компьютеров и заканчивая мобильными гаджетами. Однако случилось так, что кабели с такими разъемами могли использоваться далеко не везде, да и сами по себе они были разными, в связи с чем некоторым требуется распайка мини-USB-разъема для того, чтобы сделать соответствующий переходник.

При этом мало кто знает о том, как правильно должна осуществляться данная процедура.

Понятия, которые нужно знать

Распайка USB-разъема начинается с изучения основных понятий:

• VCC - контакт положительного потенциала Для современных USB-кабелей показатель данного контакта составляет +5 Вольт, при этом стоит отметить, что в радиоэлектрических схемах такая аббревиатура полностью соответствует напряжению питания PNP, а также NPN-транзисторов.
• GND - контакт отрицательного потенциала источника питания. В современной аппаратуре, включая также различные модели материнских плат, данное устройство соединяется корпусом для того, чтобы обеспечить эффективную его защиту от статического электричества или же каких-либо внешних источников электромагнитных помех.
• D- - информационный контакт, имеющий нулевой потенциал, относительно которого осуществляется транслирование информации.
• D+ - информационный контакт, имеющий логическую единицу. Данный контакт используется для транслирования информации от хоста к устройству или же наоборот. На физическом уровне данный процесс представляет собой передачу прямоугольных импульсов с положительным зарядом, при этом импульсы имеют разную амплитуду и скважность.
• Male - штекер данного разъема, который среди современных пользователей, которыми осуществляется распайка USB-разъема для мыши и других устройств, часто называется «папа».
• Female - гнездо, в которое вставляется штекер. Пользователями называется «мама».
• RX - прием информации.
• TX - передача информации.

USB-OTG

OTG представляет собой способ соединения через кабель USB двух периферийных устройств без необходимости использования компьютера. Также такая распайка микро-USB-разъема в профессиональных кругах часто называется USB-host. Другими словами, флешка или же какой-нибудь жесткий диск таким образом могут непосредственно подключаться к планшету или же мобильному телефону точно так же, как к полноценному персональному компьютеру.

Помимо этого, к гаджетам можно подключать мышки или же клавиатуры, если они поддерживают возможность их использования. Нередко таким образом соединяют фотоаппараты и другие гаджеты с принтерами.

Какие у него есть ограничения?

Ограничения, которые имеет такая распайка микро-USB-разъема, являются следующими:

К примеру, если речь идет о подключении к телефону какой-нибудь USB-флешки, то в таком случае чаще всего применяется переходник «USB_AF-USB_AM_micro». В данном случае в разъем вставляется флешка, в то время как штекер подключается к мобильному телефону.

Особенность кабеля

Главная особенность, которой отличается распайка USB-разъема в формат OTG, - то, что в штекере контакт 4 в обязательном порядке должен замыкаться с контактом 5. В стандартном дата-кабеле к данному контакту вообще ничего не припаяно, а называется данный штекер USB-BM micro. Именно по этой причине нужно добраться до четвертого контакта, после чего при помощи перемычки присоединить его к проводу GND. После такой процедуру штекер будет переименован в USB-AM micro. Именно наличие перемычки между этими контактами в штекере позволяет аппарату определить, что к нему собираются подсоединить какое-то периферийное устройство. В том случае, если этой перемычки аппарат не будет видеть, им будет выполняться роль пассивного устройства, а любые подключенные к нему флешки просто-напросто будут полностью проигнорированы.

Как определяются устройства?

Многие считают, что при соединении в режиме OTG оба устройства полностью автоматически определяют, кто из них будет представлять собой хост, а кто будет находиться в подчинении. В действительности же в данном случае только пользователь определяет то, кто именно в данном случае будет мастером, так как в какое устройство будет воткнут штекер, оснащенный перемычкой между 4 и 5 контактами, то из них и будет являться хостом.

Как его сделать?

Через полупрозрачную изоляцию вы сможете рассмотреть несколько разноцветных проводов. Вам нужно будет подплавить изоляцию около черного провода, после чего один конец перемычки подпаять к контакту GND. С противоположной стороны можно увидеть белый провод, а также неиспользуемый контакт. В данном случае нам нужно подплавить изоляцию около незадействованного контакта, после чего к нему подпаять второй конец перемычки.

Стоит отметить, что схема распайки USB-разъема формата micro является гораздо более простой.

Развороченный штекер, который вы оснастили перемычкой, нужно будет изолировать, для чего используется специализированная термоусадочная трубка. После этого вам нужно будет просто взять «маму» от удлинителя и припаять ее к нашему штекеру цвет в цвет. Если кабели являются экранированными, то в таком случае вам нужно будет также, помимо прочего, соединить и экраны.

Можно ли заряжать?

Если к устройству подключается периферия через OTG, то в таком случае оно должно будет ее питать, что значительно может снизить общую длительность работы устройства от встроенного в него аккумулятора. В связи с этим многие задумываются, можно ли через внешний источник подзаряжать такое устройство. Это возможно, но для этого нужна поддержка специального режима в устройства, а также отдельная распайка USB-разъема для зарядки.

На самом деле режим зарядки чаще всего предусматривается современными разработчиками гаджетов, однако далеко не все позволяют проводить такую процедуру. При этом следует отметить тот факт, что для перехода в такой режим зарядки должна быть использована отдельная схема распайки USB-разъема, в которой контакты замыкаются через отдельный резистор.

Содержание:

В каждом компьютере и других аналогичных устройствах наиболее популярным является USB-разъем. С помощью юсб провода стало возможно подключать более 100 единиц последовательно соединенных устройств. Эти шины позволяют подключать и отключать любые приборы даже в процессе работы персонального компьютера. Практически все устройства могут заряжаться через данный разъем, поэтому нет необходимости применять дополнительные блоки питания. Распиновка USB по цветам помогает точно определить, к какому типу устройств относится та или иная шина.

Устройство и назначение USB

Первые порты этого типа появились еще в девяностых годах прошлого века. Через некоторое время эти разъемы обновились до модели USB 2.0. Скорость их работы возросла более чем в 40 раз. В настоящее время в компьютерах появился новый интерфейс USB 3.0 со скоростью, в 10 раз превышающей предыдущий вариант.

Существуют и другие виды разъемов этого типа, известные, как micro и mini USB, применяющиеся в современных телефонах, смартфонах, планшетах. Каждая шина имеет собственную или распиновку. Она может потребоваться при необходимости изготовления своими руками переходника с одного вида разъема на другой. Зная все тонкости расположения проводов, можно сделать даже зарядное устройство для мобильного телефона. Однако следует помнить, что в случае неправильного подключения устройство может быть повреждено.

Разъем USB 2.0 выполнен в виде плоского коннектора, в котором установлено четыре контакта. В зависимости от назначения он маркируется как AF (BF) и AM (BM), что соответствует обиходному названию «мама» и «папа». В мини- и микро- устройствах имеется такая же маркировка. От обычных шин они отличаются пятью контактами. Устройство USB 3.0 внешне напоминает модель 2.0, за исключением внутренней конструкции, имеющей уже девять контактов.

Распиновка-распайка разъемов USB 2.0 и 3.0

Распайка проводов в модели USB 2.0 располагается в следующем порядке:

1. Проводник красного цвета, к которому осуществляется подача питающ его напряжения постоянного тока со значением +5V.
2. Проводник белого цвета, применяемый для передачи информационных данных. Он обозначается маркировкой «D-».
3. Проводник окрашен в зеленый цвет. С его помощью также передается информация. Он маркируется как «D+».
4. Проводник черного цвета. На н его производится подача нуля питающ его напряжения. Он носит название общ его провода и обозначается собственной меткой в виде перевернутого Т.

Расположение проводов в модели 3.0 выполнено совершенно по-другому. Четыре первых контактирующих провода полностью соответствуют разъему USB 2.0.

Основное отличие USB 3.0 заключается в следующих проводах:

• Проводник № 5 имеет синий цвет. По нему передается информация с отрицательным значением.
• Проводник № 6 желтого цвета, так же как и предыдущий контакт предназначен для передачи информации, имеющей положительное значение.
• Проводник № 7 применяется в качестве дополнительного заземления.
• Проводник № 8 фиолетового цвета и проводник № 9 оранжевого цвета. Они выполняют функцию приема данных, соответственно, с отрицательным и положительным значением.

Распайка-распиновка коннекторов микро- и мини-USB

Коннекторы микро-USB наиболее часто применяются в планшетах и смартфонах. От стандартных шин распиновка micro usb отличаются значительно меньшими размерами и наличием пяти контактов. Они маркируются как micro-AF(BF) и micro-AM(BM), что соответствует «маме» и «папе».

Распайка микро-USB производится в следующем порядке:

• Контакт № 1 красного цвета. Через н его подается напряжение.
• Контакты №№ 2 и 3 белого и зеленого цвета применяются для передачи.
• Контакт № 4 сиреневого цвета выполняет специальные функции в отдельных моделях шин.
• Контакт № 5 черного цвета является нулевым проводом.

Распиновка мини USB разъема по цветам выполняется, так же как и в микро-юсб коннекторах.