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
Схемы цоколёвки для зарядки планшетов
Практически любому планшетному компьютеру для заряда требуется большой ток — раза в 2 больше чем смартфону, и заряд через гнездо mini/micro-USB во многих планшетах просто не предусмотрен производителем. Ведь даже USB 3.0 не даст более 0,9 ампер. Поэтому ставится отдельное гнездо (часто круглого типа). Но и его можно адаптировать под мощный ЮСБ источник питания, если спаять вот такой переходник.
Полезное: Распиновка кулера: подключение 3 pin и 4 pin вентилятора
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.
Виды USB разъемов – основные отличия и особенности
Существует три спецификации (версии) данного типа подключения частично совместимых между собой:
- 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.
- 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).
Наглядная демонстрация преимущества USB 2.0 над другими интерфейсами (скорость передачи 60 Мбайт в секунду, что соответствует 480 Мбит в секунду)
Благодаря полной аппаратной совместимости с младшей версией, периферийные устройства данного стандарта могут быть подключены к предыдущей модификации. Правда при этом пропускная способность уменьшиться до 35-40 раз, а в некоторых случаях и более.
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.
- 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.
Разъемы USB 3.0 имеют характерный синий цвет
Еще одна особенность третьего поколения – увеличение номинального тока до 0,9 А, что позволяет осуществлять питание ряда устройств и отказаться от отдельных блоков питания для них.
Что касается совместимости с предыдущей версией, то она реализована частично, подробно об этом будет расписано ниже.
Необходимые детали, инструменты и расходники
Для качественной работы и улучшения навыков нужно пробовать все доступные методы и инструменты. Поэтому для начала определитесь какой из методов для вас будет проще, а уже затем приступайте к выбору инструментов и расходников.
Разъемы USB
Производители выпускают различные типы разъемов по креплению и количеству контактов. Какой именно неисправен в вашем устройстве можно узнать только после вскрытия. Новые разъемы продаются в радиомагазинах и магазинах по продаже запчастей для телефонов поштучно. Лучше всего купить целый набор разъемов в интернет магазина, например, AliExpress. Продавцы продают наиболее популярные типы целыми пачками, так что лучше купить сразу оптом, тем более если планируете и дальше заниматься такими ремонтами.
Инструменты
Собственно, для замены USB нам пригодится сам паяльник или паяльная станция. Отлично подойдет Lukey 702 и ему подобные аналоги. Можно обойтись и одним паяльником, но об этом чуть ниже. Так же могут понадобиться пассатижи и кусачки, если у вас нет в наличии необходимого по корпусным контактам разъема. Еще необходим самый простой пинцет для снятия деталей.
Расходные материалы
Термоскотч (или алюминиевый), оплетка для снятия припоя, флюс (подойдет простой RMA223), припой ПОС, а также сплав Розе. И чистящее средство (например, бензин калоша, изопропиловый спирт или же FLUX OFF).
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.
Разъемы типа А - 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.
Различные модели разъемов типа В
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.
Шнур-удлинитель для порта USB
Теперь рассмотрим, как производится распайка контактов для каждого из перечисленных выше типов.
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.
Рисунок 6. Распайка штекера и гнезда разъема типа А
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.
Распайка штекера и гнезда типа 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.
Распиновка Micro-USB-разъема
Кабель Micro-USB имеет соединители с 5 контактными площадками. К ним подводится отдельный монтажный провод в изоляции нужного цвета. Чтобы штекер точно и плотно садился в гнездо, верхняя экранирующая часть имеет специальную фаску. Контакты микро-USB пронумерованы цифрами от 1 до 5 и читаются справа налево.
Распиновки коннекторов микро- и мини-USB идентичны, представлены в таблице:
| Номер провода | Назначение | Цвет |
| 1 | VCC питание 5V | красный |
| 2 | данные | белый |
| 3 | данные | зеленый |
| 4 | функция ID, для типа A замыкается на заземление | |
| 5 | заземление | черный |
Экранирующий провод не припаивается ни к одному контакту.
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.
Рисунок 8. Распиновка разъема Тип А в USB 3.0
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.
Распайка USB 3.0 тип В
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.
Эффективная замена USB порта при помощи фена
Теперь подробнее поговорим о том, как поменять разъем зарядки на телефоне или другой мобильной технике самостоятельно. Метод замены разъема феном не такой опасный, как кажется. Основная проблема — это не только как выпаять разъем micro USB феном, но и каким образом установить новый, при этом не допустив перегрева.
Здесь кроется ошибка в плохом понимании температуры. Что это значит? При выпаивании разъема выставляют температуру что-то вроде 400 °C с максимальным потоком воздуха. Да, вы можете выпаять таким образом USB достаточно быстро. Правда из-за такой температуры наступит перегрев не только самого разъема, но и платы.
К тому же, по причине большого потока воздуха от паяльного фена, есть очень большой риск «сдуть» мелкие компоненты вокруг места пайки (обвязка микрофона, вибро двигателя, дата каналов). А вот это уже не очень приятно.
Пошаговый процесс пайки феном
Дополнительно ставим радиатор (например, монетку, можно обойтись и термоскотчем, алюминиевым скотчем) Теперь же, ставим фен на 100 – 150 °C и максимальный поток воздуха (Lukey 702). Прогреваем плату в течении 2-3 минут.
Затем, повышаем температуру до 250-290 °C и немного уменьшаем поток воздуха. Уже через условные 10-30 секунд место пайки будет под температурой плавления припоя. Если этого не происходит, нужно подождать еще или же поднять температуру на 10 — 20 °C. Снимать разъём пинцетом нужно аккуратно, чтобы не задеть SMD компоненты.
Далее подготавливаем место пайки. Пропаиваем контактные площадки, добавляем немного флюса и припоя. Также преимущество пайки воздухом в том, что в принципе нет острой необходимости убирать старый припой оплеткой. Ставим новый разъем и по точно такому же принципу впаиваем его. Только при пайке феном ставить можно либо аналогичный разъем, либо схожий по конструкции (расстояние контактных выводов и корпусных должны быть идентичны). А их бывает несколько сотен видов по креплению и контактам. Если у вас нет такого, то придется впаивать паяльником т.к. воздухом будет практически невозможно.
И самое главное, разъем должен быть такой же стороной, как и «родной» (если был припаян обратного типа то и припаиваем точно такой же, никак не прямой!)
Сначала 100 – 150 °C максимальным потоком воздуха минуту, две. Затем, уменьшаем немного поток и поднимаем температуру до 250 – 290 °C. Разъем начинает впаиваться (это заметно по блику припоя), немного придавливаем его пинцетом. После того, как работа феном закончена нужно дополнительно пропаять контакты.
Плюсы и минусы метода
Из плюсов это скорость работы. А очевидные недостатки — нужен точно такой же разъем какой и был сломанный, иначе пайка USB разъема паяльным феном не получится вовсе.
Распиновка микро usb разъёма
Для начала приведем распайку для данной спецификации.
Распайка разъема микро USB v 2.0
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).
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:
- Стандарт 1.1 — не смог выдержать конкуренцию с более быстрыми интерфейсами. С помощью ЮСБ 1.1 можно было передавать информацию со скоростью не более 12 Мбит/с. В то время компания Apple уже имела интерфейс с пропускной способностью до 400 Мбит/с.
- Версия 2.0 — именно ей коннектор обязан своей популярностью. Скорость до 500 Мбит/с пришлась по душе не только пользователям, но и производителям электронных гаджетов.
- Стандарт 3.0 — максимальная скорость обмена информацией составила 5 Гбит/с. Хотя в схеме USB разъема этой версии количество контактов увеличилось с 4 до 9, форма коннектора не изменилась, и он совместим с предыдущими стандартами.
Распиновка мини USB
Данный вариант подключения применяется только в ранних версиях интерфейса, в третьем поколении такой тип не используется.
Распиновка разъема мини USB
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.
Распиновка Mini-USB
Разъемы Mini-A и Mini-B появились на рынке в 2000 году, использовали стандарт USB 2.0. К сегодняшнему дню мало используются из-за появления более совершенных модификаций. Им на смену пришли микросоединители и модели ЮСБ типа C. В разъемах мини используется 4 экранированных провода и ID-функция. 2 провода используют для питания: питающий +5 В и заземление GND. 2 провода для приема и отправки дифференциальных сигналов данных, обозначаются D+ и D-pin. Data+ и Data- сигналы передаются по витой паре. D+ и D-работают всегда вместе, они не являются отдельными симплексными соединениями.
В USB-разъемах используется 2 вида кабелей:
- экранированный, 28 AWG витая, мощность 28 AWG или 20 AWG без скрутки;
- неэкранированный, 28 AWG без скрутки, мощность 28 AWG или 20 AWG без скрутки.
Длина кабеля зависит от мощности:
Многие производители цифровой техники разрабатывают и комплектуют свою продукцию разъемами другой конфигурации. Это может вызвать сложности с зарядкой мобильного телефона или других аппаратов.
Вероятнее всего, что вы уже встречались с проблемой, когда нужного переходника USB не оказывается под рукой. Случаи бывают разные: потерялся; сломался; нет в продаже; не достает по длине и т. д. Данная статья предлагает устранить эту проблему самому. Зная распиновку (распайку) контактов и имея навыки работы владеть паяльником, вы можете легко устранить данную проблему. На сегодняшний день USB, USB-mini и USB-micro являются самыми популярными коннекторами в цифровой технике. Сегодня без них не обходятся ни мобильные телефоны, ни большинство гаджетов.
Ниже приведена таблица контактов USB с назначением разъемов, их цветов и номеров.
Сразу же определимся еще с одним понятием. Существуют USB ещё одного типа. Вспоминаем как выглядит переходник от компьютера до принтера или сканера. Невооруженным глазом видно, что сами разъемы на этом переходнике разные. Так вот, тот коннектор, который вставляется в компьютер, называется активным и обозначается А. Тот коннектор, который вставляется в принтер или сканер, а также возможно другое периферийное устройство, называется пассивным и обозначается B.
Читать также: Тмнс 12 технические характеристики
Разберем подробнее назначение проводов
USB 2.0 1. +5В (красный) проводник, предназначенный для питания. Максимальный ток питания не превышает 500mA, напряжение +5В относительно GND (Земли). 2. D- (белый) Data — 3. D- (зеленый) Data + 4. GND (черный) — общий провод, предназначенный для Земли (0 Вольт)
Разъёмы mini-USB и micro-USB У этих разъемов, основным отличием от USB являются не только его размеры, но и наличие дополнительного контакта. 1. Красный — VBUS. 2. Белый D- (Data -). 3. Зелёный D+ (Data +). 4. ID — в пассивных разъемах типа «B» он не задействован. В активных разъемах типа «A» он замкнут с Землей (GND), чтобы поддерживать функцию «OTG». 5. Чёрный — Земля (GND).
Еще следует отметить, что почти всегда в кабеле присутствует провод Shield (без изоляции). Он выполняет роль экрана (оплетки). Он никак не маркируется и не имеет своего номера.
Теперь еще одно понятие. Вы скорее всего наблюдали, как устроен «удлинитель» USB. Сразу заметно, что коннекторы там разные. Как и во всех других разъемах, в USB тоже существует понятие мама-папа. M (male) — именуется штекером (папа) F (female) — именуется гнездом (мама)
Теперь, мы подошли к полной таблице разъемов USB. Зная такие понятия, как F и M, A и B, цвета и номера проводов, мы можем с легкостью определить, как распаивается соединительный разъем, который вы собираетесь спаять, отремонтировать, удлинить. Порядок и номера контактов указаны с рабочей стороны.
