Распиновка usb: виды разъема и распайка по цветам кабеля

Передача данных

Механизм передачи данных является асинхронным и блочным. Блок передаваемых данных называется USB-фреймом или USB-кадром и передается за фиксированный временной интервал. Оперирование командами и блоками данных реализуется при помощи логической абстракции, называемой каналом. Внешнее устройство также делится на логические абстракции, называемые конечными точками. Таким образом, канал является логической связкой между хост-контроллером и конечной точкой внешнего устройства. Канал можно сравнить с открытым файлом.

Для передачи команд (и данных, входящих в состав команд) используется канал по умолчанию, а для передачи данных открываются либо потоковые каналы, либо каналы сообщений.

Информация по каналу передается в виде пакетов (Packet). Каждый пакет начинается с поля синхронизации SYNC (SYNChronization), за которым следует идентификатор пакета PID (Packet IDentifier).

Систему USB следует разделить на три логических уровня с определенными правилами взаимодействия. Устройство USB содержит интерфейсную, логическую и функциональную части. Хост тоже делится на три части — интерфейсную, системную и программное обеспечение. Каждая часть отвечает только за определенный круг задач.

Операция обмена данными между прикладной программой и шиной USВ выполняется путем передачи буферов памяти через следующие уровни:
Уровень клиентского ПО в хосте:

• обычно представляется драйвером устройства USB;
• обеспечивает взаимодействие пользователя с операционной системой с одной стороны и системным драйвером с другой.

Уровень системного обеспечения USB в хосте (USBD, Universal Serial Bus Driver):

• управляет нумерацией устройств на шине;
• управляет распределением пропускной способности шины и мощности питания;
• обрабатывает запросы пользовательских драйверов.

Хост-контроллер интерфейса шины USB (HCD, Host Controller Driver):

• преобразует запросы ввода/вывода в структуры данных, по которым хост-контроллер выполняет физические транзакции;
• работает с регистрами хост-контроллера.

Уровень клиентского программного обеспечения определяет тип передачи данных, необходимый для выполнения затребованной прикладной программой операции. После определения типа передачи данных этот уровень передает системному уровню следующее:

• буфер памяти, называемый клиентским буфером;
• пакет запроса на в/в (IRP, Input/output Request Packet), указывающий тип необходимой операции.
• IRP содержит только сведения о запросе (адрес и длина буфера в оперативной памяти). Непосредственно обработкой запроса занимается системный драйвер USB.

Уровень системного драйвера USB необходим для управления ресурсами USB. Он отвечает за выполнение следующих действий:

• распределение полосы пропускания шины USB;
• назначение логических адресов устройств каждому физическому USB-устройству;
• планирование транзакций.

Логически передача данных между конечной точкой и ПО производится с помощью выделения канала и обмена данными по этому каналу.Клиентское ПО посылает IPR-запросы уровню USBD. Драйвер USBD разбивает запросы на транзакции по следующим правилам:

• выполнение запроса считается законченным, когда успешно завершены все транзакции, его составляющие;
• все подробности отработки транзакций (такие как ожидание готовности, повтор транзакции при ошибке, неготовность приемника и т. д.) до клиентского ПО не доводятся;
• ПО может только запустить запрос и ожидать или выполнения запроса или выхода по тайм-ауту;
• устройство может сигнализировать о серьезных ошибках, что приводит к аварийному завершению запроса, о чем уведомляется источник запроса.

Драйвер контроллера хоста принимает от системного драйвера шины перечень транзакций и выполняет следующие действия:

• планирует исполнение полученных транзакций, добавляя их к списку транзакций;
• извлекает из списка очередную транзакцию и передает ее уровню хост-контроллера интерфейса шины USB;
• отслеживает состояние каждой транзакции вплоть до ее завершения.

Хост-контроллер интерфейса шины USB формирует кадры.
Кадры передаются последовательной передачей бит по методу NRZI.

Таким образом:

• каждый кадр состоит из наиболее приоритетных посылок, состав которых формирует драйвер хоста;
• каждая передача состоит из одной или нескольких транзакций;
• каждая транзакция состоит из пакетов;
• каждый пакет состоит из идентификатора пакета, данных (если они есть) и контрольной суммы.

Качество китайских зарядок и проводов

Дешевые зарядные устройства и кабели от неизвестных производителей из Юго-Восточной Азии могут быть некачественными. В первую очередь это относится к применению в проводниках вместо меди сплавов неизвестного состава. Это может привести к перегреву или ограничению зарядного тока. К этому же эффекту приводят заниженное сечение проводов и некачественная пайка (а то и обжимное соединение) разъемов. Упрощенная схемотехника может привести к неоптимальным режимам зарядки, что снижает ресурс АКБ. А самое простое, но неприятное – срок жизни таких устройств, как правило, недолог, и подвести такой адаптер может в любой момент.

Выбирать зарядное устройство для мобильного гаджета надо осознанно. В противном случае не избежать не только разочарований, но и технических проблем. А в худшем случае еще и финансовых потерь.

Питание

Спецификация USB PD также тесно переплетается с Type-C. В настоящее время подключение USB 2.0 обеспечивает до 2,5 Вт мощности. Этого достаточно только для зарядки телефона или планшета. Спецификация, поддерживаемая стандартом USB-C, предусматривает подачу питания мощностью до 100 Вт. Такое подключение двунаправленное, поэтому устройство способно через него как заряжаться, так и заряжать. При этом одновременно может происходить передача данных. Порт позволяет зарядить даже ноутбук, для которого обычно требуется до 60 Вт.

В Apple MacBook и Chromebook Pixel компании Google разъем USB-C используется для зарядки, что позволяет отказаться наконец от всех фирменных кабелей питания. При этом появляется возможность заряжать ноутбуки от портативных батарей, которые обычно используются для подзарядки смартфонов и другой электроники. А если подключить лэптоп к внешнему дисплею, питаемому от сети, то при этом будет происходить зарядка его аккумулятора.

Однако следует помнить, что наличие разъема типа C не означает автоматической поддержки USB PD. Поэтому перед покупкой устройств и кабелей необходимо убедиться, что они совместимы с обоими стандартами.

Виды разъёмов

Судя по всему, производители старались максимально запутать пользователей целой гаммой различных форм-факторов и их модификаций. Более того, алгоритмы, по которым работают интерфейсы, постоянно улучшаются, меняются и дополняются. Стоит подробнее разобраться со всем этим. Существуют понятия форм-фактора и версии спецификации. Форм-фактор — это форма разъёма, то есть то, как он выглядит внешне. Их принято обозначать типами «A», «B», «C». Первые два имеют свои micro и mini-версии.

Типа «А» знаком каждому — это стандартный USB-порт любого компьютераФОТО: images-na.ssl-images-amazon.com

Регламент гласит, что тип «А» предназначен для подключения к контроллеру или концентратору, то есть к ПК, а тип «B» – для периферии. Любой современный ноутбук или стационарный ПК обязательно имеет на борту хотя бы один разъём USB обычного типа «A». А, например, принтеры, оснащаются разъёмом типа «B». Из уменьшенных версий разъёмов наиболее прижились версии micro и mini типа «B».

Обычный тип «B» мало распространён, а вот его micro-брат встречается практически в каждом телефонеФОТО: countrysale.ru

Они чаще всего используются в смартфонах и на внешних жёстких дисках. «B» mini встречается всё реже, а вот micro до сих пор актуален. Его можно встретить даже на самых последних версиях мобильных телефонов. Но и его вскоре может вытеснить более перспективный тип «C». В общем, обычный USB типа «А» — это стандартный прямоугольный разъём с 4-мя контактами на ноутбуке или ПК, обычный тип «B» – более «квадратный» разъём, встречающийся у принтеров. Micro-USB типа «B» – это маленький 5-ти контактный штекер, служащий для зарядки и передачи данных на мобильных телефонах.

Тип «C» на сегодняшний день является самым современным и перспективным видом USBФОТО: vladtime.ru

Спецификация USB типа «C» была впервые опубликована в августе 2014 года. Несмотря на это, устройства начали поставляться с этим разъёмом относительно недавно. Стандарт наконец-то стал симметричным, то есть вставлять штекер в разъём можно любой стороной. Более того, он может работать в альтернативных режимах — DisplayPort, HDMI и Thunderbolt с подключением соответствующих переходников.

Спецификации путают пользователей не меньше. Число, указанное после аббревиатуры USB – и есть обозначение версии спецификации. По сути, спецификация — это свод алгоритмов, правил и инструкций для разработчиков, которые должны использовать их при производстве устройств и кабелей. Актуальная на сегодняшний день версия — 3.2. С выходом очередной спецификации добавлялись новые возможности, и увеличивалась скорость передачи данных. Например, самая первая — 1.0 имела скорость до 1,5 Мбит/с, а 3.2 поколения 2×2 – до 20 Гбит/с. На глаз тип спецификации можно определить по цвету разъёма. Синий — 3.0 и выше, чёрный — 2.0, серый или белый — 1.0. Также у разъёма типа «А» 3.0 и выше 9 контактов, тогда как у 2.0 и ниже — 4. Особой связи между типом разъёма и спецификацией нет, но есть небольшие особенности. Например, обычный тип «А» и «B» может использовать все виды спецификаций — от 1.0 до 3.2. Вот только среди разъёмов типа «А» ревизии 3.0 и выше отсутствуют версии micro и mini.

Типы USB

Различные версии USB, например 2.0 и 3.0, связаны с функциональностью и скоростью USB-кабеля, а их тип (например, A или B) в основном относится к физическому дизайну разъемов и портов.

Стандарт USB 1.1 (1998 г.) рассчитан на пропускную способность 12 Мбит/с, напряжение 2,5 В и ток 500 мА.

USB 2.0 (2000 г.) отличается пометкой на логотипе USB “HI-SPEED”. Обеспечивает скорость 480 Мбит/с при напряжении 2,5 В и токе 1,8 А.

Принятый в 2008 г. USB 3.0 поддерживает 5 Гбит/с при напряжении 5 В и токе 1,8 А.

USB 3.1, действующий с 2015 г., обеспечивает скорость 10 Гбит/с при напряжении 20 В и токе 5 А.

Последний стандарт обеспечивает более высокую пропускную способность и по большей части обратно совместим с более ранними версиями. Разъемы Standard-A идентичны Туре-А предыдущих версий, но обычно окрашены в синий цвет, чтобы их можно было различить. Они полностью обратно совместимы, но увеличенные скорости доступны только в том случае, если все компоненты совместимы с USB 3. Standard-B и micro-версии отличаются дополнительными контактами, позволяющими повысить пропускную способность, и несовместимы с предыдущими версиями. Более старые кабели и разъемы USB Type-B и микро-B могут использоваться с портами USB 3.0, однако скорость при этом не увеличится.

Станет ли стандарт USB4 повсеместным

Да, но не в ближайшие годы. Главная проблема заключается в том, что USB4 отстал от старта внедрения портов Type-С в гаджетах разных производителей.

Для поддержки USB4 потребуется полное обновление всех линеек выпускаемых продуктов и аксессуаров к ним.

Ни одна компания не будет стремиться к массовой поддержке USB4, вместо этого произойдет плавный планомерный переход на новую технологию. Это может затянуться на 5-7 лет.

В любом случае USB4 должен привести к единому знаменателю большое количество используемых сегодня USB стандартов и соответствующих им портов.

Стандарт USB4 позволит установить минимальную скорость передачи данных на уровне 20 Гб/с. Это будет касаться как гаджетов, так и аксессуаров (кабелей, переходников, внешних накопителей).

Внедрение USB4 сделает возможным двустороннюю зарядку гаджетов. Например, PowerBank может заряжать ноутбук и ноутбук сможет заряжать “банку” без переключения портов и кабелей.

Поддержка USB4 перенесет крутую фишку Apple в другие компьютеры. Сейчас MacBook можно подключать к монитору с Type-С портом, через который будет выводиться изображение и передаваться заряд на компьютер.

Повсеместное внедрение USB4 позволит делать это с любым компьютером и любым монитором.

Первые шаги по устранению неполадок

Появляющееся на экране сообщение о прекращении работы USB-портов или отсутствии реакции со стороны ноутбука на установленный в соответствующий разъём накопитель могут свидетельствовать о проблемах с драйверами.

Иногда решить их можно обычной перезагрузкой – существует небольшая вероятность, что исправление произойдёт автоматически.

Увеличить вероятность положительного эффекта перезагрузки, которая, действительно, иногда помогает, можно не совсем обычным способом:

Извлечение АКБ лэптопа.

Предположение проверяется путём подключения гаджетов к другим портам лэптопа – или к ещё одному компьютеру.

Кабели и разъемы USB

В отличие от громоздких дорогих шлейфов параллельных шин АТА и особенно шины SCSI с ее разнообразием разъемов и сложностью правил подключения, кабельное хозяйство USB простое и изящное.

Существует пять видов USB-разъемов:

Слева направо: micro USB, mini USB, B-type, A-type разъем, A-type коннектор

• micro USB — используется в самых миниатюрных устройствах вроде плееров и мобильных телефонов;
• mini USB — также часто обнаруживается на плеерах, мобильных телефонах, а заодно и на цифровых фотоаппаратах, КПК и тому подобных устройствах;
• B-type — полноразмерный разъем, устанавливаемый в принтерах, сканерах и других устройствах, где размер не имеет очень принципиального значения;
• A-type (приемник) — разъем, устанавливаемый в компьютерах (либо на удлинителях USB), куда подключается коннектор типа A-type;
• A-type (вилка) — коннектор, подключаемый непосредственно к компьютеру в соответствующий разъем.

Cистема кабелей и коннекторов USB не дает возможности ошибиться при подключении устройств.
Гнезда типа «А» устанавливаются только на нисходящих портах хабов, вилки типа «А» — на шнурах периферийных устройств или восходящих портов хабов. Гнезда и вилки типа «В» используются только для шнуров, отсоединяемых от периферийных устройств и восходящих портов хабов (от «мелких» устройств — мышей, клавиатур и т. п. кабели, как правило, не отсоединяются). Хабы и устройства обеспечивают возможносгь «горячего» подключения и отключения.

Максимальная длина USB-кабеля может составлять 5 метров. Данное ограничение введено для снижения времени отклика устройства. Хост-контроллер ожидает поступление данных ограниченное время, и если они задерживаются, то соединение может быть потеряно.

Кабель для поддержки полной скорости шины (full-speed) выполняется как витая пара, защищается экраном и может также использоваться для работы в режиме минимальной скорости (low-speed). Кабель для работы только на минимальной скорости (например, для подключения мыши) может быть любым и неэкранированным.

Типы возможных разъемов и кабелей

Количество возможных разъемов USB 3.0 стало больше. Самый популярный разъём, которым все пользовались — USB Type-A классического размера: он расположен на флешках, USB-модемах, на концах проводов мышей и клавиатур. Чуть реже встречаются полноразмерные USB Type-B: обычно таким кабелем подключаются принтеры и сканеры. Мини-версия USB Type-B до сих пор часто используется в кардридерах, цифровых камерах, USB-хабах. Микро-версия Type-B стала самым популярным разъёмом в мире: все актуальные мобильники, смартфоны и планшеты (кроме продукции одной фруктовой компании) выпускаются именно с разъёмом USB Type-B Micro.

Виды USB-разъёмов

Среди пользователей имеет место путаница между разъёмами и версиями спецификаций. Тип разъёма — это форм-фактор, то есть физическая форма разъёма. Основных существует три: A, B и C. Типы A и B могут иметь версии micro и mini.

A – стандартный вид для ПК. Флешки, внешние диски и принтеры со стороны компьютера чаще всего подключаются именно с помощью него. Его подвиды micro и mini встречаются крайне редко. А вот тип B – наоборот. Его классический форм-фактор встречается редко, в основном, в принтерах. Зато его подвиды micro и mini получили широкое распространение. Если ваш смартфон подключается с помощью micro USB, то это — тип B. Вообще, тип B регламентирован спецификацией как разъём для использования на стороне периферийного устройства.

Тип С — это новый тип разъёма, который впервые был описан в 2014 году. В нём наконец-то решили проблему симметричности контактов, то есть штекер можно вставить в гнездо правильно с первого раза.

Теперь о версиях спецификаций: USB 3.0, USB 2.0. Цифры в названиях показывают версии спецификации. То есть, это описание работы алгоритмов интерфейса, которое используют производители устройств. Последняя действующая на сегодняшний день версия — 3.2. В 2019 году также ожидается публикация спецификации 4.

Распиновка USB кабеля по цветам

Начать стоит с того, что разъемов для зарядки существует несколько. Наиболее часто их делят по поколениям: 2.0 и 3.0.

Дополнительно распайка USB делится на В (пассивную) и А (активную):

1. К активным относятся питающие устройства. К ним принадлежат: компьютер, телевизор и т.д.
2. К пассивным относятся принимающие. Например, USB разъем для зарядки телефона – это В-распайка.

Второе поколение 2.0

В классическом варианте предусмотрено всего 4 контакта:

1. Красный. Это питание в 5 вольт, способное передавать максимум пол ампера, обозначается как +5V.
2. Белый. Data -, то есть по нему идут «информационные электроны».
3. Зеленый. Data + аналогично предыдущему, ведет электроны напрямую в ячейки памяти.
4. Черный. Земля или Ground, на схемах образуется GND.

Но 4 контакта встречаются не всегда. Для зарядки телефонов необходим только 2 контакта: +5V и GND. Провода для данных «закорачиваются», иначе максимальный ток не будет превышать 0,25 ампер (поэтому от компьютера аккумулятор так долго заряжается).

В разъеме зарядки микро ЮСБ для телефона может присутствовать и пятый контакт, предназначенный для подключения OTG. Он называется ID и в обычных условиях не используется. Если к телефону нужно подключить мышь, флеш-карту и т.д, он замыкается на землю.

В большинстве случаев не выполняет практических функций и нужен для экранирования других проводов. На распиновках может обозначаться как Shield.

Схематически это выглядит так. Можно заметить, что он закорочен на землю. При таком подключении гнездо зарядки активирует протокол хоста и может управлять

Обратите внимание, что режим включается только в активных устройствах

В мини USB контактны аналогичны микро-формату, но порядок контактов иной. В остальном, функции, и даже поддержка OTG, аналогичны.

Третье поколение 3.0

Распиновка ЮСБ 3-го поколения отличается количеством проводов – их 9 (иногда 10, если активирован контакт OTG).

Распайка разъема по цветам выглядит так:

1. С 1 по 4. Имеют те же цвета и назначения, что и в предыдущем поколении.
2. 5,6. Передача данных по протоколу USB 3.0 – RX+-.
3. 7. Дополнительная земля – GND Drain.
4. 8.9. Прием данных по протоколу USB 3.0 – TX +-.

Из-за протоколов передачи и приема данных, скорость значительно повышается. Причем распайка произведена таким образом, что контакты с 1 по 4 совместима с предыдущим поколением.

Распиновка микро USB 3.0 разъема для зарядки не совместима с предыдущим поколением. Схематически все пины расположены вряд, поэтому и разъем значительно шире стандартного гнезда.

В случае с Type C, все пины расположены также в ряд, но с двух сторон. По этому причине есть возможность подключать их с любой стороной. Распиновка выглядит следующим образом.

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.

Типы передачи данных

Спецификация шины определяет четыре различных типа передачи (transfer type) данных для конечных точек.

Управляющие передачи (Control Transfers) — используются хостом для конфигурирования устройства во время подключения, для управления устройством и получения статусной информации в процессе работы. Протокол обеспечивает гарантированную доставку таких посылок. Длина поля данных управляющей посылки не может превышать 64 байт на полной скорости и 8 байт на низкой. Для таких посылок хост гарантированно выделяет 10% полосы пропускания.

Передачи массивов данных (Bulk Data Transfers) — применяются при необходимости обеспечения гарантированной доставки данных от хоста к функции или от функции к хосту, но время доставки не ограничено. Taкая передача занимает всю доступную полосу пропускания шины. Пакеты имеют поле данных размером 8, 16, 32 или 64 байт. Приоритет у таких передач самый низкий, они могут приостанавливаться при большой загрузке шины. Допускаются только на полной скорости передачи. Такие посылки используются, например, принтерами или сканерами.

Передачи по прерываниям (Interrupt Transfers) — используются в том случае, когда требуется передавать одиночные пакеты данных небольшого размера. Каждый пакет требуется передать за ограниченное время. Операции передачи носят спонтанный характер и должны обслуживаться не медленнее, чем того требует устройство. Поле данных может содержать до 64 байт на полной скорости и до 8 байт на низкой. Предел времени обслуживания устанавливается в диапазоне 1-255 мс для полной скорости и 10-255 мс — для низкой. Такие передачи используются в устройствах ввода, таких как мышь и клавиатура.

Изохронные передачи (Isochronous Transfers) — применяются для обмена данными в «реальном времени», когда на каждом временном интервале требуется передавать строго определенное количество данных, но доставка информации не гарантирована (передача данных ведется без повторения при сбоях, допускается потеря пакетов). Такие передачи занимают предварительно согласованную часть пропускной способности шины и имеют заданную задержку доставки. Изохронные передачи обычно используются в мультимедийных устройствах для передачи аудио- и видеоданных, например, цифровая передача голоса. Изохронные передачи разделяются по способу синхронизации конечных точек — источников или получателей данных — с системой. Различают асинхронный, синхронный и адаптивный классы устройств, каждому из которых соответствует свой тип канала USB.

Все операции по передаче данных инициируются только хостом независимо от того, принимает ли он данные или пересылает в периферийное устройство. Все невыполненные операции хранятся в виде четырех списков по типам передач. Списки постоянно обновляются новыми запросами. Планирование операций по передаче информации в соответствии с упорядоченными в виде списков запросами выполняется хостом с интервалом один кадр. Обслуживание запросов выполняется в соответствии со следующими правилами:

• наивысший приоритет имеют изохронные передачи;
• после отработки всех изохронных передач система переходит к обслуживанию передач прерываний;
• в последнюю очередь обслуживаются запросы на передачу массивов данных;
• по истечении 90% указанного интервала хост автоматически переходит к обслуживанию запросов на передачу управляющих команд независимо от того, успел ли он полностью обслужить другие три списка или нет.

Выполнение этих правил гарантирует, что управляющим передачам всегда будет выделено не менее 10% пропускной способности шины USB. Если передача всех управляющих пакетов будет завершена до истечения выделенной для них доли интервала планирования, то оставшееся время будет использовано хостом для передач массивов данных.