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

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 в ходу еще с 1997 года. Тогда его устанавливали в компьютерные материнки. Теперь же он получил повсеместную реализацию: его используют в смартфонах и плеерах, принтерах и куче других устройств. Выходят все новые и более совершенные версии USB. Статья расскажет, чем они отличаются друг от друга, а также об особенностях их распиновки.

Виды USB-разъемов

Прежде, чем перейти к рассказу о распиновке USB по цветам, сначала следует разобраться с видами такого интерфейса. Во-первых, они отличаются размерами. Сейчас в ходу стандартный, например, для компьютера, и микро - стоит в мобильниках и периферийных устройствах. Мини тоже встречается, однако такой вид разъема уже устаревает.
Также USB делят на 2 типа:

• А - подключается в гнездо «маму» на компьютере или ;
• Б - подсоединяется к гнезду «папе» - на периферийном устройстве.

А теперь давайте поговорим о видах и их отличиях.

1. v1 - модифицированный вариант версии 1.0, использование которой решили прекратить из-за многочисленных ошибок в протоколе передачи данных. У него был низкий показатель пропускной способности в сравнении с современными представителями.

Основные параметры:

• Два режима, различающиеся быстротой, с которой передается информация: 12 и 1,5 Мб/с.
• Шнур длиной максимум в три метра - для медленного инфообмена, и 5 метров - для быстрого.
• Напряжение шины - 5В (номинал), что позволило использовать штекеры для зарядки смартфонов, а допустимая нагрузка подсоединяемых к разъему девайсов составляет 0,5 А.

Распиновка USB по цветам

Распиновка обозначается определенными цветами - это общепринятые стандарты, которые упрощают задачи, связанные с ремонтом. Да и в целом цветовая схема упрощает понимание того, какой кабель за что отвечает.
У первой и второй версии USB интерфейса обозначения и расположение идентичны. Поколение III имеет отличия, связанные с конструктивными и скоростными особенностями. Подробнее - в нижеследующих разделах.

Распайка USB 2.0

Нижеследующая таблица схематично поясняет, как выглядит цветовая распайка портов этого поколения.

Стоит отметить, что у типов А и В одинаковые схемы. Разница лишь в том, что в А расположение линейное, тогда как В отличается расположением сверху и снизу, как в таблице:

USB 3.0

В 3й ветви (этот кабель принадлежит к такому) коннекторов 9, иногда 10. Все зависит от наличия или отсутствия экранирующей оплетки. Естественно, увеличилось и число контактов, но размещены они в шахматном порядке. Это нужно для совместимости с более старыми версиями.

Альтернативные способы подключения, такие как разъёмы USB, широко применяются для подключения современных устройств.

Это название довольно распространённое и с английского языка переводиться так – «универсальная последовательная шина».

Все USB разъёмы представлены тремя версиями.

Характерные особенности основных трёх версий USB разъёмов

Первая версия USB разъёмов (1.1). Её Характерной особенностью является очень маленькая скорость, при которой вся информация передаётся с большой задержкой.

Скорость передачи составляет 12 Мбит/с. Его основное предназначение – это применение для взаимосвязи устройств.

Вторая версия USB разъёмов (2.0).

Характеризуется скоростью передачи данных 480 Мбит/с. Это соответствует скорости в 48 Мбайт/с.

Основная часть всех современных технических приборов и устройств приспособлены к применению именно этой версии. Она наиболее популярна и известна, а поэтому пользуется спросом на рынке электротоваров.
Правда по причине множества факторов настоящая скорость этого стандарта не бывает больше 30 – 33 Мбайт/с.

Так как последние выпуски жёстких дисков, к примеру, SSD, разработаны для чтения информации со значительно большей скоростью (почти в 4 раза), то эта версия стандарта задерживает действие новых моделей накопителей.

В этом виден основной недостаток свойств разъёмов USB 2.0. Но несмотря на это определённые устройства вполне совместимы с этой версией разъёмов: мышки, клавиатуры, сканеры и принтеры.

Третья версия USB (3.0).

Данная версия характеризуется скоростью передачи информации – 5 Гбит/с – что считается достаточно высоким показателем.

Такая скорость соответствует 500 Мбайт/с.

Это намного выше показателей скорости винчестеров последнего поколения (150 – 170 Мбайт/с).

Разъёмы USB 3.0 для их распознавания специально маркируются синим цветом.

Совместимость интерфейсов

Если рассмотреть вопрос совместимости устройств, которые имеют представленные выше разъёмы, то можно констатировать, что первая и вторая версии разъёмов USB могут быть заменимы между собою.

Определённое устройство, которое имеет соединение второй версии USB, а принимает соединение первой версии, может показать сообщение, в котором будет говориться о его возможности работать быстрее.

Потому что данная модель компьютера рассчитана на приём информации через вторую версию, скорость которой выше, чем первой.

То есть не будет использован весь потенциал скорости данного устройства.
Современные устройства, которые имеют разъёмы второй версии, могут быть подключены к третьей версии USB, а использование третьей версии относительно второй исключается, кроме USB 3.0 типа А.

Дополнительные контакты создают условия для увеличения скорости интерфейса – это есть особенностью последних моделей кабелей и устройств, имеющих разъёмы третьей версии USB.

Питание USB разъёмов

Мощность, на которую рассчитаны подключаемые устройства с разъёмами USB, составляет 2,5 Вт, а также 4,5 Вт (для третьей версии).

Исходя из этого, разъёмам USB всех версий необходимо напряжение 5 В. Ток до 0,5 А, а для третьей версии – 0,9 А .

Контакты USB 3.0.

Такие устройства, как плееры, карты памяти, телефоны, флэшки (то есть устройства с маленькой мощностью) свободно могут подключаться с помощью таких разъёмов.

А технические средства, имеющие большую мощность, подключаются к внешней электрической сети.

Типы разъемов

Вторая и третья версии разъёмов различают по размерам: Mini USB (маленькие размеры), Micro USB (ещё меньшие размеры); а также по типам: А, В.

USB разъём 2.0 типа A.

Надежный разъем основной характеристикой которого является способность выдерживать не одно подключение, при этом, не теряя своей целостности.

Сечение разъёма имеет прямоугольную форму, что создаёт дополнительную защиту при подключении.

Его недостаток – это большой размер, а все современные устройства отличаются портативностью что и повлияло на разработку и выпуск разъёмов аналогичного типа, но меньшего размера.

USB 2.0 типа А был представлен в девяностых годах и на данный момент еще является наиболее используемым.

Его имеют значительная часть маломощных устройств: клавиатура, мышка, флэшка и другие.

USB разъём версии 2.0 типа В.

В основном его применение находим в стационарных устройствах имеющие большие размеры. К ним относятся сканеры, принтеры, реже ADSL-модемы.

Редко, но все же бывает, что кабеля такого типа продаются отдельно от самой техники, потому что они не входят в состав комплекта технического устройства. Поэтому проверяйте комплектацию устройств.

Разъёмы данного типа не такие востребованные, как разъёмы типа А.

Квадратная и трапециевидная форма присуща всем разъёмам типа В.

К ним относятся и Mini и Micro.

Особенность сечения разъёмов типа «В» заключается в их квадратной форме, что отличает его от других типов.

Разъёмы Mini USB второй версии типа B.

Название разъёма такого типа говорит о том, что оно имеет очень маленькие размеры. И это не удивительно, потому что современный рынок всё больше предлагает миниатюрные товары.

Благодаря использованию персональных винчестеров, кардридеров, плееров и других маленьких устройств, разъёмы USB Mini, относящиеся к типу B, получили большую популярность.

Следует отметить ненадёжность таких разъёмов. При частом использовании он расшатывается.

А вот применение моделей разъёмов USB Mini типа A крайне ограничено.

Разъёмы Мicro USB 2.0 типа B.

Модели разъёмов Micro USB являются более совершенными относительно моделей Mini USB.

Данный тип разъёмов отличается невероятно маленькими размерами.

В отличие от предыдущих представленных типов мини, эти разъёмы очень надёжны своими креплениями и фиксацией подключения.

Разъём Мicro USB 2.0 типа «B» был признан по своим качествам единым для всеобщего применения для зарядки всех портативных устройств.

Что произойдёт со временем, когда все производители станут выпускать технику, приспособленную именно к таким разъёмам. Наверное, осталось не долго чтобы это увидеть.

Но такое решение уже было принято в 2011 году всеми современными производителями, хотя разъём Мicro USB 2.0 типа «B» еще присутствует не на всех устройствах.

Разъёмы USB третьей версии типа A.

Разъёмы USB 3.0 имеют большую скорость для передачи информации за счёт дополнительных контактов.

При таких изменениях всё же сохранена совместимость обратной связи. Его применение налажено в компьютерах и ноутбуках последнего поколения.

Разъёмы USB третьей версии типа B.

Третья версия разъёмов USB типа «B» не подходят к подключению разъёмов USB второй версии.

Его применяют в работе периферийных устройств со средней и крупной производительностью.

Micro USB 3.0.

Современные внешние накопители, имеющие высокую скорость, а также диски типа SSD, в основном, все оснащены таким разъёмом, который характеризуется высокой скоростью обмена информацией.

Всё более занимает лидирующее положение благодаря тому, что имеет очень качественные соединения.

Разъём удобный в использовании из-за своей компактности. Его предшественником считается разъем вида Micro USB.

Распиновка разъемов USB .

Основные отличия разъёмов Micro и Mini USB

На первый взгляд данные разъёмы очень похожи. И действительно, большая часть характерных особенностей основных параметров данных видов совпадает.

Но при внимательном осмотре можно заметить такие отличия:

1. Разъём USB Mini имеет большие размеры относительно разъёма USB Micro.
2. Наличие защёлок специального предназначения на задней стороне разъёмов USB Micro.

Многие пользователи уже убедились, что удобнее всего иметь у себя в наличии не один вид разъёмов, а несколько, потому что различные виды устройств имеют разные виды подключения разъёмов USB.

К единому стандарту производители устройств к сожалению, еще не пришли, и скорее всего не придут еще долго, ведь каждый тип разъема USB имеет свое назначение.

Разъем типа USB широко применяется в качестве интерфейсного соединителя приборов бытового назначения, а также активно проникает в профессиональную сферу. Обеспечивает информационный обмен между различными современными электронными устройствами, а также дистанционное питание маломощных оконечных приборов.

Интерфейсные кабели с разъемами USB широко представлены в продаже. В практике возникает потребность в самодельном соединительном шнуре этой разновидности, которым заменяется вышедший из строя или просто утерянный покупной кабель, обеспечивается нужная длина или возникает потребность в переходнике между USB-портами разной разновидности.

Особенности USB-разъемов

Всего стандартизировано три основных версии USB-интерфейсов, Каждая новая из них обеспечивала увеличение скорости информационного объема и наращивание функциональных возможностей. Одновременно с учетом расширения областей применения менялся форм-фактор вилок.

Возможность подключения кабеля к устройству автоматически означает совместимость соединяемых устройств друг с другом.

Вилки USB-шнуров имеют полный, мини и микро форм-фактор. В центральное устройство всегда включается вилка типа А, для обслуживания периферийного устройства предназначена вилка типа В. Кроме того, вилки делятся на тип М (от англ. male – штекер) и F (от англ. female – гнездо).

Распайка usb кабеля по цветам

Распиновка USB-разъема отличается тем, что в кабелях интерфейса версии 2 используется четыре провода (варианты mini и micro — 5 проводов), тогда как в версии 3 количество проводов увеличено до девяти.

Распайка USB-разъема облегчается тем, что проводам стандартного кабеля присвоены определенные цвета, приведенные в таблице ниже.

Пятый провод в разъемах mini и micro типа B не задействуется, а в разъемах типа А замкнут на провод GND.

Дренажному проводу экрана (при наличии) отдельный номер не присваивается.

Сводка распределения проводов USB-интерфейсов версии 2 по контактам вилок различных типов приведена на рисунке ниже.

распайка usb кабеля по цветам

Распиновка usb 3.0

Для USB версии 3 раскладка проводов по контактам приведена на рисунке ниже.

распайка USB 3.0 кабеля по цветам

При изготовлении кабеля отдельные провода и экраны припаиваются к соответствующим контактам вилок.

USB (универсальная последовательная шина) – Интерфейс передачи данных USB сегодня распространён повсеместно, используется практически во всех устройствах телефонах, ПК, МФУ, магнитофонов и в других устройствах применяются как для передачи данных так и для зарядки батарей телефона.

Виды разъёмов USB.

Существует большое количество разновидностей типов разъёмов ЮСБ. Все они показаны ниже.

Тип А - активное, питающее устройство (компьютер, хост). Тип B - пассивное, подключаемое устройство (принтер, сканер)

Распиновка usb кабеля по цветам.

Распиновка Usb 2.0.

USB является последовательная шина. Он использует 4 экранированных провода: два для питания (+ 5v & GND) и два для дифференциальных сигналов данных (помечены как D + и D-).

USB micro

USB micro используется с 2011 г. в телефонах, Mp3 и в других устройствах. Micro — это более новая разновидность разъема mini. У него есть преимущество в соединение разъемов, разъем соединен плотно со штекером и обеспечивает плотное соединения.