Впервые введенный в 1995 году стандарт USB содержит требования к интерфейсу, обеспечивающему передачу данных между хостом и периферией, а также питание подключаемых периферийных устройств. Помимо протокола обмена по последовательной шине, стандарт подразумевает унификацию кабелей, а также коннекторов. Поэтому в быту термином USB называют разъемы стандарта USB и шнуры, оснащенные такими разъемами.
Устройство USB разъема и назначение контактов
Особенностью конструкции терминала USB являются удлиненные земляные (GND) контакты. Это дает возможность выполнять отключение и подключение устройств «на горячую», то есть, без снятия питания. При подключении разъема контакты GND входной и ответной сторон соединяются первыми, уравнивая потенциалы земляных шин с двух сторон. Это оберегает оба устройства от перенапряжений при замыкании сигнальных контактов. При отключении «земляные» контакты размыкаются последними, оберегая оборудование от выхода из строя.
Иногда удлиненными делают два контакта – «земляной» и плюс питания (V BUS).
В состав интерфейса любой версии входят:
- линия питания;
- линия передачи данных (одна или несколько).
Коннектор каждого типа содержит обязательный набор контактов, к которым подключаются соответствующие линии. Внутри каждой версии разъемов есть взаимно подходящие друг к другу терминалы типа «вилка» (male, «папа», M USB), а также «розетка» (female, «мама», F USB). Male и female сокеты могут устанавливаться как на шнуре, так и на ответной части (на плате устройства и т.п.)
Примеры обозначения на схеме
Отдельного условно-графического обозначения (УГО) для разъема USB нет. Коннектор может быть обозначен как обычный разъем, используя символы, предусмотренные ГОСТ 2.743-91 (ЕСКД) или ГОСТ Р МЭК 60617-DB-12M-2015.
В соответствии с Федеральным законом N 162-ФЗ «О стандартизации в Российской Федерации» применение ГОСТ в настоящее время носит добровольный характер, поэтому можно использовать другие символы, позволяющие однозначно распознавать разъемное соединение на схеме.
Чтобы избежать путаницы, рядом с изображением разъема можно указывать его тип (например, USB-A).
Типы USB разъемов и их распайка
Для каждого разъема стандарт задает количество выводов в разъеме, их расположение и назначение (pinout).
Распиновка USB 2.0
Все версии стандарта стандарта USB2.x предусматривают подключение:
- со стороны хоста коннектором типа USB-А;
- со стороны периферийного устройства разъемом USB-B.
На самом деле это правило соблюдается не всегда, поэтому терминалом USB-A часто оснащается периферия. Выводы, обозначенные одинаковыми цифрами на коннекторе типа А и типа B соединяются между собой (посредством проводников шнура).
Для упрощения разделки разъемов, а также снижения вероятности ошибки применяется цветовая маркировка проводов – каждый проводник имеет свой цвет изоляции. Общепринятое применение цветов изоляции указано в таблице (в ней же приведено назначение каждого пина).
| № вывода | Назначение | Цвет |
|---|---|---|
| 1 | VBUS(VCC, +5V, Power) | Красный |
| 2 | Data- | Белый |
| 3 | Data+ | Зеленый |
| 4 | GND («земляной» контакт) | Черный |
Распиновка Mini USB
При всех достоинствах коннекторов USB-A, USB-B они оказались неудобны для применения в мобильных и малогабаритных гаджетах из-за своих размеров. Сначала разработчик телефонов оснащали свои устройства терминалом USB-А (он немного компактнее, чем USB типа B), но это техническое решение «не пошло». Специально для подобных случаев разработан малогабаритный коннектор Mini USB двух типов – A и B. Наибольшее распространение получил Mini USB B. Коннектор с индексом A менее востребован, ведь хостом обычно служит стационарное устройство – компьютер, ноутбук и т.п., где удобнее иметь обычный USB type A.
Распиновка разъема mini USB , а также цветовая маркировка линий приведены в таблице.
| № вывода | Назначение | Цвет |
|---|---|---|
| 1 | VBUS(VCC, +5V, Power) | Красный |
| 2 | Data- | Белый |
| 3 | Data+ | Зеленый |
| 4 | Резерв | Сиреневый |
| 5 | GND («земляной» контакт) | Черный |
В гаджетах, поддерживающих функцию OTG, резервный вывод применяется для идентификации хост-периферия. Для этого он или замыкается на общий провод перемычкой, или остается неподключенным.
Распиновка Micro USB
Еще меньшие габариты имеет сокет MicroUSB. Его спецификация также содержит два типа соединителей – А и B. По расположению выводов и распиновке по цветам его пины совпадают с разъемом Mini USB.
Распиновка USB 3.0 (Type C)
Сокет стандарта USB2.x имеет неудобство – при подключении надо соблюдать правильную ориентацию разъема. Это некомфортно, да и развитие стандарта USB потребовало включать в интерфейс дополнительные сигналы. Для них места в терминалах старого образца уже не было. Все это привело к появлению интерфейса USB3, для которого разработан терминал USB type C. Его конструкция симметрична, поэтому его можно подключать любой стороной, что дает пользователю дополнительное удобство. Коннектор этого стандарта может быть с любой стороны кабеля – как со стороны хоста, так и со стороны периферии.
В таблице указано назначение и цвет изоляции проводов по каждому выводу.
| № вывода | Назначение | Цвет |
|---|---|---|
| A1(B1) | GND | Черный |
| A2(B2) | TX1+(RX1+) | Линия передачи (приема) данных USB3 |
| A3(B3) | TX1-(RX1-) | Линия передачи (приема) данных USB3 |
| A4(B4) | VBUS | Плюс питания |
| A5(B5) | CC1(2) | Канал конфигурации |
| A6(B6) | Data+ | Канал передачи данных USB2 |
| A7(B7) | Data- | Канал передачи данных USB2 |
| A8(B8) | SBU1(2) | Дополнительный канал |
| A9(B9) | VBUS | Плюс питания |
| A10(B10) | RX1+(TX1+) | Линия приема (передачи) данных USB3 |
| A11(B11) | RX1-(TX1-) | Линия приема (передачи) данных USB3 |
| A12(B12) | GND | Черный |
Каналы питания (плюс и минус) у приемной и передающей части расположены одинаково. Каналы передачи данных у приемного и передающего устройства перекроссироованы – то, что для одного устройства является передающей линией (TX), для другого является принимающей (RX).
В состав интерфейса входят линии Data+ и Data- для поддержки USB2. Каналы RX, TX составляют линию передачи USB3.
Версия USB 3.x не обязательно предполагает терминал USB type С. Такой коннектор применяется начиная с версии 3.1. А версия 3.0 совместима с разъемом USB 2, но, чтобы отличать ее от предыдущих разработок, производители маркируют такой разъем Super Speed (SS). Увидев обозначение SS на USB терминале, надо понимать, что речь идет о высокоскоростном канале, но разъем может быть и от второй версии интерфейса.
Распиновка Apple Lightning
Корпорация Apple пошла по своему пути, поэтому в своих гаджетах использует разъем типа Lightning. Этот коннектор, впервые примененный еще в 2012 году (значительно раньше, чем USB type C), имеет симметричную форму и цоколевку – его можно подключать любой стороной. Конструктивно разъем несимметричен, но коннектор на кабеле имеет два ряда выводов, расположенных на двух сторонах. При подключении контроллер определяет, какой стороной подключен кабель, а далее переключает выводы в соответствии с подключением.
| № вывода | Назначение |
|---|---|
| 1 | GND |
| 2 | Линия данных 0+ |
| 3 | Линия данных 0- |
| 4 | Линия идентификации ID0 |
| 5 | Power (питание) |
| 6 | Линия данных 1- |
| 7 | Линия данных 1+ |
| 8 | Линия идентификации ID1 |
Apple совершает постепенный разворот в сторону стандарта USB. Начиная с 2017 года все больше новых «яблочных» гаджетов оснащается коннектором USB type C.
Рекомендуем: Какие бывают виды разъемов для зарядки телефонов
Особенности USB-OTG
Многие периферийные устройства (флеш-накопители, картридеры, клавиатура и т.п) подключаются к компьютеру через порт USB с соответствующим разъемом. У мобильных устройств (смартфонов, планшетов) такого порта нет, поэтому подключение такой периферии возможно только через компьютер, что крайне неудобно.
Но если телефон поддерживает функцию On-the-Go (OTG), то эта проблема легко обходится. Надо всего лишь приобрести адаптер USB-miniUSB (или USB-USB type С, в зависимости от смартфона). Для пользователя он выглядит как переходник с двумя разными разъемами с противоположных сторон. С его помощью можно подключать многие USB-устройства непосредственно к телефону. Надо помнить, что мобильный гаджет должен поддерживать сервис OTG, в противном случае приобретение адаптера окажется пустой тратой денег.
В состав порта USB входит линия питания, но ее возможности у смартфонов ограничены. Подключить серьезную нагрузку по питанию не получится, поэтому через OTG нельзя работать, например, с жесткими дисками или другими энергоемкими устройствами. Но возможно подключение On-the-go внешней периферии, питающейся от внешнего источника (например, от сети или собственного аккумулятора).
Как припаять USB разъем к плате телефона
Случается, что ответная часть разъема, которая находится на плате, выходит из строя. Это может случиться из-за неаккуратного обращения, когда при подключении и отключении прикладываются излишние усилия, а также по другим причинам (попадание жидкостей или инородных предметов и т.п.). В этом случае коннектор придется заменить.
Замена коннектора на плате — весьма трудоемкий процесс. Помимо терпения и аккуратности он требует дополнительного оборудования и навыков обращения с ним.
Первое, с чем придется столкнуться – до платы надо будет добраться. Конструкции большинства современных смартфонов неразборные. Перед началом разборки аппарат надо выключить штатной кнопкой и снять с телефона все, что получится:
- сим-карту;
- карту памяти;
- заглушки с разъемов;
- другие съемные аксессуары.
Дальнейшие действия и набор инструментов зависят от типа телефона, но в любом случае нужны будут:
- Отвертка для вывинчивания крепежа.
- Тонкая отвертка для отжатия защелок.
- Во многих случаях понадобится гитарный медиатор – вместо отвертки или вместе с ней.
- Промышленный фен с регулировкой температуры и узкой насадкой для размягчения клеевого слоя.
- Пинцет.
С помощью фена надо прогреть корпус по периметру, размягчая клей и одновременно расширяя щель медиатором. Потом присоской надо снять крышку.
Добравшись до платы, надо продуть ее от пыли. Не помешает протирка спиртом от грязи. На фен устанавливается тонкая насадка, выбирается температура воздуха около 350 градусов, поток воздуха 40%. После небольшого прогрева разъема и платы вокруг него наносится капля жидкого флюса так, чтобы жидкость затекла под коннектор. Продолжая нагрев, надо периодически нажимать на корпус пинцетом или зубочисткой, пока он не сдвинется с места. Тогда его можно удалить с платы.
После снятия элемента надо удалить излишки припоя. Сделать это можно с помощью кусочков оплетки. Затем остатки флюса надо отмыть спиртом.
После очистки посадочного места надо нанести немного флюса на посадочные места, точно установить разъем по контактным площадкам и прижать его к плате пинцетом. Набрав на жало паяльника немного припоя, надо припаять сначала лепестки, которыми коннектор крепится к плате, а во вторую очередь – контактные площадки. После пайки надо снова смыть остатки флюса и можно собирать телефон в обратном порядке.
Технологии не стоят на месте, все развивается, и все чаще слышны голоса о том, что время существования USB подходит к окончанию. Что на смену этому стандарту придут беспроводные технологии. На самом деле разработчиками такого подключения придётся решать проблему обеспечения питанием периферии, ведь беспроводные способы передачи энергии далеки от совершенства, а средствами стандарта USB этот вопрос решается легко. Поэтому в ближайшее время отказ от этого параллельного интерфейса не выглядит вопросом ближайшего будущего. Скорее всего, следует ожидать развития внутри стандарта (и появления новых типов коннекторов). А возможности для этого далеко не исчерпаны.
