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.

В чем заключаются преимущества универсальной последовательной шины?

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

MicroUSB

Самым известным и популярным из таких решений стал разъем MicroUSB, позволяющий не только производить зарядку девайса, но и передавать данные. С его распространением отпала необходимость иметь свое зарядное устройство для каждого гаджета, а кабель MicroUSB/USB Type-A стал универсальным способом подключить смартфон как к заряднику, так и к компьютеру или ноутбуку.

Важно: от ПК телефон заряжается гораздо медленнее, чем от зарядного устройства, подключенного напрямую к розетке. Если вы хотите зарядить девайс максимально быстро – переведите его в режим полета и используйте зарядник.

Габариты разъема – всего 7×2 мм. Именно компактность стала одним из главных факторов, сыгравших в его пользу, когда производители выбирали между MicroUSB и MiniUSB вариантами. Стандарт обеспечивает мощность до 2.5 Вт и позволяет полностью зарядить телефон за 1-5 часов, в зависимости от емкости аккумулятора, а также характеристик ЗУ и самого аппарата. Максимальная скорость передачи данных через такой разъем в теории может составлять до 480 Мбит/с, но на практике ограничивается многими факторами и может быть в несколько раз ниже.

В 2009 году 13 фирм, выпускающих смартфоны и другую цифровую технику, включая такие крупные, как Samsung и Apple, подписали документ, подтверждающий их намерения стандартизировать разъемы и интерфейсы. Причины не только маркетинговые, но и политические, а также репутационные – европейские власти неоднократно призывали производителей не увеличивать количество разных зарядных устройств, которые потом требуется перерабатывать или утилизировать.

Спустя примерно год Европарламент опубликовал заявление с официальным призывом к производителям мобильных устройств перейти на единый стандарт. Подобная политика представителей различных государств сыграла свою роль в закреплении microUSB в качестве универсального разъема для зарядки гаджетов и передачи файлов. Отказались от него всего несколько компаний. Наиболее известная среди них – Apple.

Стандарт OTG

Ко многим моделям смартфонов и планшетов можно подключать те же модели флэшек, что и к ПК – требуется только поддержка устройством стандарта OTG и специальный переходник.

При помощи него можно подсоединить к телефону не только компактный флэш-накопитель, но и компьютерную мышку, клавиатуру или геймпад. Подойдет адаптер и для подключения принтера – документы и снимки можно печатать прямо с мобильного гаджета.

Lightning

Раньше в мобильных гаджетах компании из Купертино применялся фирменный стандарт Apple 30pin, но с 2012 года его сменил восьмиконтактный разъем Apple Lightning, по скорости зарядки и передачи данных схожий с MicroUSB. Призывы чиновников и медиа не привели к отказу от собственного разъема, вместо этого фирма выпустила ряд переходников, с помощью которых можно заряжать iPhone, используя обычные USB-зарядники.

Виды USB разъемов – основные отличия и особенности

Существует три спецификации (версии) данного типа подключения частично совместимых между собой:

1. Самый первый вариант, получивший широкое распространение – v 1. Является усовершенствованной модификацией предыдущей версии (1.0), которая практически не вышла из фазы прототипа ввиду серьезных ошибок в протоколе передачи данных. Эта спецификация обладает следующими характеристиками:

• Двухрежимная передача данных на высокой и низкой скорости (12,0 и 1,50 Мбит в секунду, соответственно).
• Возможность подключения больше сотни различных устройств (с учетом хабов).
• Максимальная протяженность шнура 3,0 и 5,0 м для высокой и низкой скорости обмена, соответственно.
• Номинальное напряжение шины – 5,0 В, допустимый ток нагрузки подключаемого оборудования – 0,5 А.

Сегодня данный стандарт практически не используется в силу невысокой пропускной способности.

1. Доминирующая на сегодняшний день вторая спецификация.. Этот стандарт полностью совместим с предыдущей модификацией. Отличительная особенность – наличие высокоскоростного протокола обмена данными (до 480,0 Мбит в секунду).

Поскольку между этими версиями полная совместимость, их кабели и коннекторы идентичны.

Обратим внимание что, несмотря на указанную в спецификации пропускную способность, реальная скорость обмена данными во втором поколении несколько ниже (порядка 30-35 Мбайт в секунду). Это связано с особенностью реализации протокола, что ведет к задержкам между пакетами данных. Поскольку у современных накопителей скорость считывания вчетверо выше, чем пропускная способность второй модификации, то есть, она не стала удовлетворять текущие требования.

1. Универсальная шина 3-го поколения была разработана специально для решения проблем недостаточной пропускной способности. Согласно спецификации данная модификация способно производить обмен информации на скорости 5,0 Гбит в секунду, что почти втрое превышает скорость считывания современных накопителей. Штекеры и гнезда последней модификации принято маркировать синим для облегчения идентификации принадлежности к данной спецификации.

Что касается совместимости с предыдущей версией, то она реализована частично, подробно об этом будет расписано ниже.

Функции «ножек» разъема micro USB

Напоследок стоит рассмотреть, как шнур для зарядки телефона. Это поможет при ремонте или диагностике поломок.

Начать стоит с плюсового «красного» контакта. По нему «перетекает» электричество при зарядке телефона или подключении к компьютеру. В первом случае они могут передавать до 0,5 ампер в час во втором поколении. При подключении к компьютеру их пропускная способность ограничивается 0,25 амперами в час. Поэтому зарядка происходит намного медленнее.

Минусового контакта здесь, как такового, нет. Вместо него используется земля-GND. Ломается он достаточно редко, а даже при его поломке эту функцию берет на себя корпус, так как он тоже заземлен.

Около контакта заземления расположен неактивный контакт, предназначенный для OTG. Тем не менее, при его повреждении кабель работать не будет, так как он выполняет экранирующую функцию. Причем на экране телефона может отображаться процесс зарядки, которой не происходит! Но чаще всего провод просто не заряжает устройство.

Две оставшихся контакта отведены для передачи данных. Через них USB отправляет данные. Они обозначаются Data+ и Data-. При поломке одного, не работает второй, ведь они также подчиняются закону о разности потенциалов.

На плате дорожки от них идут напрямую к микросхеме памяти, а «информационные электроны» заполняют необходимые ячейки. Работают в обе стороны: могут передавать данные на компьютер или принимать с него.

В третьем поколении был пересмотрен алгоритм передачи данных, поэтому контакты были разделены. Такое разделение способствовало:

1. Увеличению скорости. Теоретически, третье поколение может работать в 10 раз быстрее второго! Ограничение USB 2.0 ограничено 480 Мбит в секунду, а 3.0 – 4,7 Гбита.
2. Дуплексное подключение. Одновременно можно, как принимать данные, так и передавать их.

Ножка GND Drain, зачастую, никакой функции не выполняет. «Сигнальная земля» зачастую соединена напрямую с общим контактом и не разведена. В остальных случаях она выполняет функции заземлительного контакта при передаче данных.

Аналогично пропускная способность была увеличена на 0,9 ампера, что почти в 2 раза выше. Однако максимальная длина кабеля, по сравнению со второй версией, ограничена всего 3 метрами.

Классификация и распиновка

Коннекторы принято классифицировать по типам, их всего два:

• А – это штекер, подключаемый к гнезду «маме», установленном на системной плате ПК или USB хабе. При помощи такого типа соединения производится подключение USB флешки, клавиатуры, мышки и т.д. Данные соединения полностью совместимы в между начальной версией и вторым поколением. С последней модификацией совместимость частичная, то есть устройства и кабели с ранних версий можно подключать к гнездам третьего поколения, но не наоборот.

• B – штекер для подключения к гнезду, установленному на периферийном устройстве, например, принтере. Размеры классического типа В не позволяют его использовать для подключения малогабаритных устройств (например, планшетов, мобильных телефонов, цифровых фотоаппаратов и т.д.). Чтобы исправить ситуации были приняты две стандартные уменьшенные модификации типа В: мини и микро ЮСБ.

Заметим, что такие конвекторы совместимы только между ранними модификациями.

Помимо этого, существуют удлинители для портов данного интерфейса. На одном их конце установлен штекер тип А, а на втором гнездо под него, то есть, по сути, соединение «мама» — «папа». Такие шнуры могут быть весьма полезны, например, чтобы подключать флешку не залезая под стол к системному блоку.

Теперь рассмотрим, как производится распайка контактов для каждого из перечисленных выше типов.

Типы разъемов

Универсальный кабель все же будет относиться не к видам, а к типам популярного разъема. Путь к нему был долгим:

• Тип А 2.0. Самый популярный USB-разъем был разработан еще в середине девяностых. Это достаточно прочная конструкция, которая способна выдержать большое количество подключений/отключений. До сих пор именно этим разъемом оборудуются клавиатуры, мыши, веб-камеры, флеш-накопители и прочие комплектующие.
• Тип В 2.0. Миниатюрный вариант разъема, имеющий квадратную форму. Хоть его размеры были уменьшены, все равно версия оставалась большой для многих устройств. От этого тип В стал более популярен в среде офисной крупногабаритной техники — для принтеров, сканеров и проч.
• Mini-тип В 2.0. По мере движения электроники в сторону компактности предыдущая разработка появилась еще в более уменьшенном варианте. Внешние жесткие диски, карманные компьютеры оснащались именно таким разъемом. Но он обладал существенным недостатком — низкой надежностью.
• Micro-USB 2.0, тип В. Вот он, универсальный micro-USB-кабель. На фоне предыдущих мини-конструкций его выделяли прочная конструкция и более миниатюрный размер. Изобретение оснащалось модернизированным креплением штекера, не допускающим разбалтывания и выпадения из гнезда. Он стал идеальным решением для современных гаджетов.

Распиновка usb 2.0 разъёма (типы A и B)

Поскольку физически штекеры и гнезда ранних версий 1.1 и 2.0 не отличаются друг от друга, мы приведем распайку последней.

Обозначение:

• А – гнездо.
• В – штекер.
• 1 – питание +5,0 В.
• 2 и 3 сигнальные провода.
• 4 – масса.

На рисунке раскраска контактов приведена по цветам провода, и соответствует принятой спецификации.

Теперь рассмотрим распайку классического гнезда В.

Обозначение:

• А – штекер, подключаемый к гнезду на периферийных устройствах.
• В – гнездо на периферийном устройстве.
• 1 – контакт питания (+5 В).
• 2 и 3 – сигнальные контакты.
• 4 – контакт провода «масса».

Цвета контактов соответствует принятой раскраске проводов в шнуре.

Технические характеристики каждой модели

Первая модель — USB 1.0. В такой спецификации выделяют два режима работы:

1. С низкой пропускной способностью.
2. С высокой пропускной способностью.

Максимальная кабельная длина допускается в этой модели для первого рабочего режима – три метра, а для второго рабочего состояния достигает пяти метров. Если пожелаете подключить несколько устройств, то их можно подключить до 127.

Технические характеристики модели USB 1.1 соответствуют первой, но вот только все проблемы и ошибки, которые возникли во время ее использования, были исправлены. Кстати, это первая модель, которая получила широкую популярность

и быстро распространилась.

Третья модель – это USB 2.0. Для него есть три режима работы, где могут быть задействованы и мыши, и джойстик, и геймпады, и клавиатура, а также видеоустройства и такие устройства, которые хранят информацию.

Распиновка usb 3.0 (типы A и B)

В третьем поколении подключение периферийных устройств осуществляется по 10 (9, если нет экранирующей оплетки) проводам, соответственно, число контактов также увеличено. Но они расположены таким образом, чтобы имелась возможность подключения устройств ранних поколений. То есть, контакты +5,0 В, GND, D+ и D-, располагаются также, как в предыдущей версии. Распайка гнезда типа А представлена на рисунке ниже.

Обозначение:

• А – штекер.
• В – гнездо.
• 1, 2, 3, 4 – коннекторы полностью соответствуют распиновки штекера для версии 2.0 (см. В на рис. 6), цвета проводов также совпадают.
• 5 (SS_TХ-) и 6 (SS_ТХ+) коннекторы проводов передачи данных по протоколу SUPER_SPEED.
• 7 – масса (GND) для сигнальных проводов.
• 8 (SS_RX-) и 9(SS_RX+) коннекторы проводов приема данных по протоколу SUPER_SPEED.

Цвета на рисунке соответствуют общепринятым для данного стандарта.

Как уже упоминалось выше в гнездо данного порта можно вставить штекер более раннего образца, соответственно, пропускная способность при этом уменьшится. Что касается штекера третьего поколения универсальной шины, то всунуть его в гнезда раннего выпуска невозможно.

Теперь рассмотрим распайку контактов для гнезда типа В. В отличие от предыдущего вида, такое гнездо несовместимо ни с каким штекером ранних версий.

Обозначения:

А и В – штекер и гнездо, соответственно.

Цифровые подписи к контактам соответствуют описанию к рисунку 8.

Цвет максимально приближен к цветовой маркировки проводов в шнуре.

Последствия неправильной замены разъема

Некорректно припаяв микро-USB, владельцы чаще всего сталкиваются со следующими проблемами:

1. Короткие замыкания блока питания, если они припаяли перевернутый тип.
2. Планшет определяет зарядный шнур, но аккумулятор (АКБ) не заряжает.
3. Аккумулятор планшета прекрасно заряжается, но при этом не синхронизируется с ноутбуком или компьютером.
4. Планшет работает исправно, но иногда «напоминает», что вам следовало бы отнести его в мастерскую, а не паять самостоятельно (например, зарядка начинается не сразу после включения или же иногда шнур нужно вытащить и вставить снова несколько раз перед тем, как начинается зарядка).

Распиновка микро usb разъёма

Для начала приведем распайку для данной спецификации.

Как видно из рисунка, это соединение на 5 pin, как в штекере (А), так и гнезде (В) задействованы четыре контакта. Их назначение и цифровое и цветовое обозначение соответствует принятому стандарту, который приводился выше.

Описание разъема микро ЮСБ для версии 3.0.

Для данного соединения используется коннектор характерной формы на 10 pin. По сути, он представляет собой две части по 5 pin каждая, причем одна из них полностью соответствует предыдущей версии интерфейса. Такая реализация несколько непонятна, особенно принимая во внимание несовместимость этих типов. Вероятно, разработчики планировали сделать возможность работы с разъемами ранних модификаций, но впоследствии отказала от этой идеи или пока не осуществили ее.

Разводка разъема микроUSB для версии 3.0

На рисунке представлена распиновка штекера (А) и внешний вид гнезда (В) микро ЮСБ.

Контакты с 1-го по 5-й полностью соответствуют микро коннектору второго поколения, назначение других контактов следующее:

• 6 и 7 – передача данных по скоростному протоколу (SS_ТХ- и SS_ТХ+, соответственно).
• 8 – масса для высокоскоростных информационных каналов.
• 9 и 10 – прием данных по скоростному протоколу (SS_RX- и SS_RX+, соответственно).

Устройство и преднаначение кабеля

Продолжаем обзор кабелей micro-USB. Давайте теперь непосредственно остановимся на их устройстве.

Внутри себя каждый такой кабель стандартно имеет четыре провода. Главные различия устройств — в концевиках, которые могут существенно различаться по предназначению модели.

На стоимость кабеля существенно влияют следующие характеристики: длина и толщина провода, наличие изолирующего слоя, ферритовых фильтров, дополнительных жил, тип материала оплетки.

Приведем популярные примеры концевиков. Они следующие:

• Один — micro-USB типа В, второй — USB типа А (2.0). Фактически это переходник с одного типа устройства на другой. Например, применяется для соединения между планшетом, телефоном и персональным компьютером.
• Переход на USB 2.0 А OTG. Применяется для связи двух носителей между собой. В частности, с помощью такого кабеля вы можете подсоединить «флешку» к смартфону.
• Вариации для передачи конкретного питания, определенного типа данных.

Распиновка мини USB

Данный вариант подключения применяется только в ранних версиях интерфейса, в третьем поколении такой тип не используется.

Как видите, распайка штекера и гнезда практически идентична микро ЮСБ, соответственно, цветовая схема проводов и номера контактов также совпадают. Собственно, различия заключаются только в форме и размерах.

В данной статье мы привели только стандартные типы соединений, многие производители цифровой техники практикуют внедрение своих стандартов, там можно встретить разъемы на 7 pin, 8 pin и т.д. Это вносит определенные сложности, особенно когда встает вопрос поиска зарядника для мобильного телефона. Также необходимо заметить, что продукции не спешат рассказывать, как выполнена распиновка USB в таких контакторах. Но, как правило, эту информацию несложно найти на тематических форумах.