Интерфейс USB – популярный вид технологической коммуникации на мобильных и других цифровых устройствах. Разъемы подобного рода часто встречаются на персональных компьютерах разной конфигурации, периферийных компьютерных системах, на сотовых телефонах и т.д.
Особенность традиционного интерфейса – USB распиновка малой площади. Для работы используются всего 4 пина (контакта) + 1 заземляющая экранирующая линия. Правда, последним более совершенным модификациям (USB 3.0 Powered-B или Type-C) характерно увеличение числа рабочих контактов. О чем мы и будем говорить в этом материале. Также опишем структуру интерфейса и особенности распайки кабеля на контактах разъемов.
Виды разъемов USB
Аббревиатура «USB» несет сокращенное обозначение, которое в целостном виде читается как «Universal Series Bus» – универсальная последовательная шина, благодаря применению которой осуществляется высокоскоростной обмен цифровыми данными.
Универсальность USB интерфейса отмечается:
- низким энергопотреблением;
- унификацией кабелей и разъемов;
- простым протоколированием обмена данных;
- высоким уровнем функциональности;
- широкой поддержкой драйверов разных устройств.
Какова же структура USB интерфейса, и какие существуют виды ЮСБ технологических разъемов в современном мире электроники? Попробуем разобраться.
Технологическая структура интерфейса USB 2.0
Разъемы, относящиеся к изделиям, входящим в группу спецификаций 1.х – 2.0 (созданные до 2001 года), подключаются на четырехжильный электрический кабель, где два проводника являются питающими и ещё два – передающими данные.
Также в спецификациях 1.х – 2.0 распайка служебных ЮСБ разъемов предполагает подключение экранирующей оплётки – по сути, пятого проводника.
Существующие исполнения соединителей универсальной последовательной шины отмеченных спецификаций представлены тремя вариантами:
- Нормальный – тип «А» и «В».
- Мини – тип «А» и «В».
- Микро – тип «А» и «В».
Разница всех трёх видов изделий заключается в конструкторском подходе. Если нормальные разъемы предназначены для использования на стационарной технике, соединители «мини» и «микро» сделаны под применение в мобильных устройствах.
Поэтому два последних вида характеризуются миниатюрным исполнением и несколько измененной формой разъема.
Таблица распиновки стандартных соединителей типа «А» и «В»
| Контакт | Спецификация | Проводник кабеля | Функция |
| 1 | Питание + | Красный (оранжевый) | + 5В |
| 2 | Данные – | Белый (золотой) | Data – |
| 3 | Данные + | Зеленый | Data + |
| 4 | Питание – | Черный (синий) | Земля |
Наряду с исполнением разъемов типа «мини-А» и «мини-В», а также разъемов типа «микро-А» и «микро-В», существуют модификации соединителей типа «мини-АВ» и «микро-АВ».
Отличительная черта таких конструкций – исполнение распайки проводников ЮСБ на 10-пиновой контактной площадке. Однако на практике подобные соединители применяются редко.
Таблица распиновки интерфейса Micro USB и Mini USB соединителей типа «А» и «В»
| Контакт | Спецификация | Проводник кабеля | Функция |
| 1 | Питание + | Красный | + 5В |
| 2 | Данные – | Белый | Data – |
| 3 | Данные + | Зеленый | Data + |
| 4 | Идентификатор | – | Хост – устройство |
| 5 | Питание – | Черный | Земля |
Технологическая структура интерфейсов USB 3.х
Между тем совершенствование цифровой аппаратуры уже к моменту 2008 года привело к моральному старению спецификаций 1.х – 2.0.
Эти виды интерфейса не позволяли подключение новой аппаратуры, к примеру, внешних жестких дисков, с таким расчётом, чтобы обеспечивалась более высокая (больше 480 Мбит/сек) скорость передачи данных.
Соответственно, на свет появился совершенно иной интерфейс, помеченный спецификацией 3.0. Разработка новой спецификации характеризуется не только повышенной скоростью, но также дает увеличенную силу тока – 900 мА против 500 мА для USB 2/0.
Понятно, что появление таких разъемов обеспечило обслуживание большего числа устройств, часть из которых может питаться напрямую от интерфейса универсальной последовательной шины.
Как видно на картинке выше, интерфейсы третьей спецификации имеют больше рабочих контактов (пинов), чем у предыдущей – второй версии. Тем не менее, третья версия полностью совместима с «двойкой».
Чтобы иметь возможность передавать сигналы с более высокой скоростью, разработчики конструкций третьей версии оснастили дополнительно четырьмя линиями данных и одной линией нулевого контактного провода. Дополненные контактные пины располагаются в отдельным ряду.
Таблица обозначения пинов разъемов третьей версии под распайку кабеля ЮСБ
| Контакт | Исполнение «А» | Исполнение «B» | Micro-B |
| 1 | Питание + | Питание + | Питание + |
| 2 | Данные – | Данные – | Данные – |
| 3 | Данные + | Данные + | Данные + |
| 4 | Земля | Земля | Идентификатор |
| 5 | StdA_SSTX – | StdA_SSTX – | Земля |
| 6 | StdA_SSTX + | StdA_SSTX + | StdA_SSTX – |
| 7 | GND_DRAIN | GND_DRAIN | StdA_SSTX + |
| 8 | StdA_SSRX – | StdA_SSRX – | GND_DRAIN |
| 9 | StdA_SSRX + | StdA_SSRX + | StdA_SSRX – |
| 10 | – | – | StdA_SSRX + |
| 11 | Экранирование | Экранирование | Экранирование |
Между тем использование интерфейса USB 3.0, в частности серии «А», проявилось серьёзным недостатком в конструкторском плане. Соединитель обладает ассиметричной формой, но при этом не указывается конкретно позиция подключения.
Разработчикам пришлось заняться модернизацией конструкции, в результате чего в 2013 году в распоряжении пользователей появился вариант USB-C.
Модернизированное исполнение разъема USB 3.1
Конструкция этого типа разъема предполагает дублирование рабочих проводников по обеим сторонам штепселя. Также на интерфейсе имеются несколько резервных линий.
Этот тип соединителя нашел широкое применение в современной мобильной цифровой технике.
Стоит отметить характеристики USB Type-C. Например, скоростные параметры для этого интерфейса показывают уровень – 10 Гбит/сек.
Конструкция соединителя выполнена в компактном исполнении и обеспечивает симметричность соединения, допуская вставку разъема в любом положении.
Таблица распиновки, соответствующая спецификации 3.1 (USB-C)
| Контакт | Обозначение | Функция | Контакт | Обозначение | Функция |
| A1 | GND | Заземление | B1 | GND | Заземление |
| A2 | SSTXp1 | TX + | B2 | SSRXp1 | RX + |
| A3 | SSTXn1 | TX – | B3 | SSRXn1 | RX – |
| A4 | Шина + | Питание + | B4 | Шина + | Питание + |
| A5 | CC1 | Канал CFG | B5 | SBU2 | ППД |
| A6 | Dp1 | USB 2.0 | B6 | Dn2 | USB 2.0 |
| A7 | Dn1 | USB 2.0 | B7 | Dp2 | USB 2.0 |
| A8 | SBU1 | ППД | B8 | CC2 | CFG |
| A9 | Шина | Питание | B9 | Шина | Питание |
| A10 | SSRXn2 | RX – | B10 | SSTXn2 | TX – |
| A11 | SSRXp2 | RX + | B11 | SSTXp2 | TX + |
| A12 | GND | Заземление | B12 | GND | Заземление |
Следующий уровень спецификации USB 3.2
Между тем процесс совершенствования универсальной последовательной шины активно продолжается. На некоммерческом уровне уже разработан следующий уровень спецификации – 3.2.
Согласно имеющимся сведениям, скоростные характеристики интерфейса типа USB 3.2 обещают вдвое большие параметры, чем способна дать предыдущая конструкция.
Достичь таких параметров разработчикам удалось путем внедрения многополосных каналов, через которые осуществляется передача на скоростях 5 и 10 Гбит/сек, соответственно.
Кстати следует отметить, что совместимость перспективного интерфейса с уже существующим USB-C поддерживается полностью, так как разъем «Type-C» (как уже отмечалось) наделен резервными контактами (пинами), обеспечивающими многополосную передачу сигналов.
Особенности распайки кабеля на контактах разъемов
Какими-то особыми технологическими нюансами пайка проводников кабеля на контактных площадках соединителей не отмечается. Главное в таком процессе – обеспечение соответствия цвета предварительно защищенных от изоляции проводников кабеля конкретному контакту (пину).
Также, если осуществляется распайка модификаций устаревших версий, следует учитывать конфигурацию соединителей, так называемых – «папа» и «мама».
Проводник, запаянный на контакте «папы» должен соответствовать пайке на контакте «мамы». Взять, к примеру, вариант распайки кабеля по контактам USB 2.0.
Используемые в этом варианте четыре рабочих проводника, как правило, обозначены четырьмя разными цветами:
- красным;
- белым;
- зеленым;
- черным.
Соответственно, каждый проводник подпаивается на контактную площадку, отмеченную спецификацией разъема аналогичной расцветки. Такой подход существенно облегчает работу электронщика, исключает возможные ошибки в процессе распайки.
Аналогичная технология пайки применяется и к разъемам других серий. Единственное отличие в таких случаях – большее число проводников, которые приходится паять. Чтобы упростить себе работу, удобно использовать специнструмент – надежный паяльник для пайки проводов в домашних условиях и стриппер для снятия изоляции с концов жил.
Независимо от конфигурации соединителей, всегда используется пайка проводника экрана. Этот проводник запаивается к соответствующему контакту на разъеме, Shield – защитный экран.
Нередки случаи игнорирования защитного экрана, когда «специалисты» не видят смысла в этом проводнике. Однако отсутствие экрана резко снижает характеристики кабеля USB.
Поэтому неудивительно, когда при значительной длине кабеля без экрана пользователь получает проблемы в виде помех.
Распаивать кабель USB допускается разными вариантами, в зависимости от конфигурации линий порта на конкретном устройстве.
К примеру, чтобы соединить одно устройство с другим с целью получения только напряжения питания (5В), достаточно спаять на соответствующих пинах (контактах) всего две линии.
Выводы и полезное видео по теме
Представленный ниже видеоролик поясняет основные моменты распиновки соединителей серии 2.0 и других, визуально поясняет отдельные детали производства процедур пайки.
Владея полной информацией по распиновке соединителей универсальной последовательной шины, всегда можно справиться с технической проблемой, связанной с дефектами проводников. Также эта информация обязательно пригодится, если потребуется нестандартно соединять какие-то цифровые устройства.
Хотите дополнить изложенный выше материал полезными замечаниями или ценными советами по самостоятельной распайке? Пишите комментарии в блоке ниже, добавляйте, при необходимости, уникальные фотоматериалы.
Может у вас остались вопросы после прочтения статьи? Задавайте их здесь – наши эксперты и компетентные посетители сайта постараются прояснить непонятные моменты.