Интерфейс usb напряжение питания

USB-порты. Характеристики стандарта

USB это последовательный интерфейс передачи данных для периферийных устройств в вычислительной технике.

Стандарт USB 1.0, получивший широкое распространение, был представлен в ноябре 1996 года. Версия v1.1 практически почти не используется по причине слишком низкой скорости передачи данных (12 Мбит/сек), поэтому применяется только для совместимости.

USB 2.0

Стандарт USB 2.0, получивший широкое распространение, был представлен в ноябре 1996 года.

Как и в случае спецификаций USB 1.0 и USB 1.1, в спецификации USB 2.0 для подключения периферийных устройств используется кабель, состоящий из двух пар проводов: одна витая пара проводов для приема и передачи данных, а другая — для питания периферийного устройства.

Напряжение питания по шине USB равно 5 В при силе тока до 500 мА. Этого, конечно, недостаточно для периферийных устройств со высоким энергопотреблением, например таких как принтеры. Поэтому они комплектуются собственными блоками питания, которые подключаются непосредственно к электрической розетке. Кабели USB ориентированы, то есть имеют физически разные наконечники «к устройству» (Тип B) и «к хосту» (Тип A). Возможна реализация USB устройства без кабеля, со встроенным в корпус наконечником «к хосту».

Компьютеры и ноутбуки, выпущенные после 2003 года, как правило, оснащены портами USB 2.0.

Устройств USB 2.0 поддерживают три режима работы:

• Low-speed, 10—1500 Кбит/c (клавиатуры, мыши, джойстики, геймпады)
• Full-speed, 0,5—12 Мбит/с (аудио-, видеоустройства)
• High-speed, 25—480 Мбит/с (видеоустройства, устройства хранения информации)

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 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.

• Что такое usb 3.0, 3.1 и 3.2?
• Гид по цифровым видео разъемам (HDMI®, DVI™, DisplayPort™)
• Как правильно выбрать внешний usb hub
• Лучшие хабы USB 3.0 2019 г.
• Как из одного компьютера два сделать

Как избежать повреждения USB-порта —

При оказании услуг мы гарантируем соблюдение профессиональных и этических норм принятых в профессиональном сообществе.

Как избежать повреждения USB-порта

Как избежать повреждения USB-порта

Часто производители ноутбуков, а затем и продавцы, реализующие эти изделия, дают приличную гарантию на предлагаемое «железо» с одной лишь оговоркой: гарантия не распространяется на USB-порты. Почему? Надо полагать, потому, что это самое уязвимое место компьютера, и неопытные пользователи, которых большинство, в результате неправильной эксплуатации интерфейса USB, могут легко его повредить. Конечно, разработчики борются с этой проблемой и в разных моделях ноутбуков применяют различные защитные меры. Но, пока проблема окончательно не решилась и чтобы избежать неприятностей, пользователям рекомендуется придерживаться определенных правил. То же самое относится и к стационарным компьютерам.

Все неудачи использования USB-порта можно разделить на программные и аппаратные, то есть физические. Программные отказы устраняются легче. По крайней мере, они не потребуют материальных затрат, хотя могут занять достаточное время. В данном случае, может потребоваться обновление или подбор драйвера, настройка BIOS, а в трудных случаях – переустановка операционной системы. Физические неисправности потребуют разборку компьютера, поиск и замену перегоревших деталей, и самое неприятное – замену дорогостоящей микросхемы-контроллера, с чем может справиться только специалист сервисного центра.

Энергетические параметры USB

Самым распространенным вариантом на сегодняшний день являются встроенные в компьютерную технику разъемы USB 2.0. Реже попадаются версии USB 1.1, с которых и началось широкое внедрение этого типа интерфейса в конце прошлого века. Более совершенный USB 2.0 начал применяться с 2000 года, начиная с 2008 года, увидел свет USB 3.0. Рассмотрим только энергетические параметры распространенных портов.

Порт USB версии 2.0, как и более новой версии 3.0, имеет специальные контакты, на которые выведено напряжение 5 В. Это напряжение обычно используется для питания подключаемых к компьютеру внешних устройств, управляемых через порт, а также как источник питания постоянного тока. Такой источник может питать USB-фонарик, небольшую аудиосистему или служить для зарядки аккумулятора мобильного телефона.

Однако энергетические возможности порта не безграничны. Стандартное значение тока, который он может обеспечить, составляет следующую величину. Для порта USB 2.0 выходной ток не может превышать значения 500 мА, для версии USB 3.0 – 900 мА. Когда возникает небольшая перегрузка, это приводит к просадке напряжения, что может вызвать сбой в работе подключаемого устройства. Если перегрузка увеличивается, напряжение уменьшается еще больше. При этом о работе устройства уже говорить не приходится, а сам порт может выйти из строя в результате сильного перегрева элементов схемы. Тем более, непоправимый вред может нанести короткое замыкание шин питания, которое вызовет перегорание защитных элементов порта.

Что и как подключают к разъему USB 2.0

В каждом компьютере может быть установлено от 2 до 6 портов USB, а по спецзаказу и того больше. Все, что подключается к каждому из них, не должно потреблять ток более чем 500 мА. Этим гарантируется нормальная работа устройств и сохранение работоспособности самого порта. Маломощные и исправные нагрузки, вроде флешек, мыши, клавиатуры или web-камеры, не могут причинить интерфейсу вреда. К мощным нагрузкам следует относиться со вниманием.

Примером мощной нагрузки может служить внешний жесткий диск и другие устройства с потребляемым током 500 и более миллиампер. Часто такие девайсы снабжаются двумя разъемами, соединенными параллельно, чтобы использовать для их подключения два разных порта USB 2.0. Нагрузочная способность данного способа питания увеличится до 1000 мА. Иногда внешнее устройство имеет собственный источник питания, тогда электрическая энергия порта не расходуется вовсе, и он будет функционировать в облегченном режиме.

Все, о чем говорилось здесь относительно порта USB 2.0, справедливо и для его варианта 3.0 с той лишь разницей, что вместо максимального нагрузочного тока 500 мА, он имеет ограничение в 900 мА.

Ошибки при подключении мощных нагрузок

Одна из ошибок заключается в следующем. Допустим, подключаемое устройство (внешний жесткий диск) имеет два спаренных разъема USB. Один из них основной, имеющий линию питания и линию данных, другой – дополнительный, снабженный только проводниками для питания. Часто потребитель, по неопытности или забывчивости, может задействовать только один основной разъем, оставив дополнительный разъем неподключенным. Если устройство потребляет ток 800 мА, то оно перегрузит порт USB 2.0, отчего он выйдет из строя.

Похожая ситуация может возникнуть, когда пользователь использует пассивный разветвитель интерфейса USB – приспособления, увеличивающего количество гнезд USB. Такое приспособление рассчитано на подключение соответствующего количества маломощных нагрузок и никак не может увеличить максимальный ток исходного порта. Если потребитель этого не понял и посредством мощных нагрузок допустил перегрузку, то следует ожидать неприятностей.

Последствия выхода из строя порта от перегрузки

Чтобы перегрузка или короткое замыкание питающей шины порта USB не привели к более серьезной поломке компьютера, разработчики встраивают специальные средства защиты. Например, плавкий предохранитель, ограничивающий ток резистор, самовосстанавливающийся предохранитель. В каждом случае последствия могут быть разными.

Если сгорает плавкий предохранитель, то питающие шины порта отключаются, и он становиться неработоспособным. При перегрузке ограничивающего резистора (как правило, это чип SMD), он сильно разогревается, часть его резистивного слоя сгорает, отчего сопротивление увеличивается, следовательно, нагрузочный ток еще более уменьшается. Такой «поджаренный» порт сможет функционировать только с маломощными нагрузками.

Если в схему встроен самовосстанавливающийся предохранитель, то после снятия чрезмерной нагрузки работоспособность порта будет автоматически восстановлена. В иных случаях потребуется разборка компьютера и замена элементов, вышедших из строя.

Напомним, что специалисты «Serty-Service» готовы помочь

если у вас возникли проблемы с USB устройствами.

Распиновка USB разъема (2.0, 3.0, Micro, Mini и Type-C)

USB (“универсальная последовательная шина”) — это интерфейс передачи данных с внешних носителей к компьютеру, устанавливая подключение и взаимообмен между ними. Сегодня без него не обходится большинство гаджетов. USB выпускается с 1996 года и на данный момент считается стандартным.

На данный момент существует четыре поколения спецификаций USB: USB 1.x, USB 2.0, USB 3.x и USB4.

USB делится на 2 типа: А и В. В первую группу входят активные (подключаются к “маме” и дают питание), в другую (подключаются к “папе”, это подключаемые устройства) — пассивные.

Помимо типов, USB разделяется на “папу” (Male) и “маму” (Female).

Распиновка USB разъема

На схеме представлены распиновки разных вариаций USB. Можно увидеть что на «розетке» и «вилке» USB A и В есть 4 контакта. Отметим, что расположение контактов зеркальны, но при пайке на это лучше не ориентироваться, так как очень легко ошибиться. В таком случае есть совет: посмотрите распиновку вашего USB.

У USB B необычный расположение контактов необычное — контакты находятся либо на стенках, либо в середине.

У USB Mini уже 5 контактов (5 обозначен x).

Распиновка micro USB разъема для зарядки колонки

micro USB — самый популярный вид разъема в наши дни. Современнее и меньше чем Mini, что позволило получить ему большее признание.

Распиновка micro USB разъема для зарядки колонки аналогична телефону, но здесь нет перемычек и резисторов. На изображении распиновки показано, что отсчет начинается слева направо, имеется 5 контактов. Как правило, USB на некоторых видах колонок не предназначено для передачи информации. Его основная функция — заряжать. Здесь представлена самая обычная модель колонки, используемая в машинах. У нее имеется 3 вывода: microUSB, аудиоштерек и USB (AM) на 4 контакта.

Красный контакт (+5V) micro USB подключается к красному контакту USB AM, проделываем тоже самое с черным контактом (GND).

Контакты белый (D-), зеленый (D+) и фиолетовый (может обозначаться по-разному, ID) присоединяется с аудиоштекеру.

Распиновка USB на материнской плате

USB на материнской плате позволяет внешним источниками производить подключение и обмен данными между собой.

Проблема здесь заключается в том, что нет определенной схемы разъемов, так как на каждой материнской плате все индивидуально в этом плане.

На материнской плате может использоваться как спецификация USB 2.0, так и 3.0. Последняя более усовершенствована и встречается в более новых материнках.

USB 2.0 считается более доступным, поэтому он всегда будет находиться на материнской плате.

Чуть дальше мы рассмотрим распиновки USB 2.0 и 3.0 отдельно.

USB 2.0 возможно преобразовать в 3.0. На схеме видно, чтобы совершить данную идею, надо правильно соединить контакты. Красные контакты (+5V) 2.0 подсоединяем в таком порядке:

1. 1 (USB 2.0) -> 17 (USB 3.0);
2. 2 (USB 2.0) -> 20 (USB 3.0).

Подсоединение белого контакта (D-):

1. 3 (USB 2.0) -> 6 (USB 3.0);
2. 4 (USB 2.0) -> 4 (USB 3.0).

Подсоединение зеленого контакта (D+):

1. 5 (USB 2.0) -> 1 (USB 3.0);
2. 6 (USB 2.0) -> 3 (USB 3.0).

Последние черного контакта (GND):

1. 7 (USB 2.0) -> 5 (USB 3.0);
2. 8 (USB 2.0) -> 8 (USB 3.0).

Также нужно соединить контакты 10 и 12 на USB 3.0 и сделать перемычку 3, 6 и 8 на USB 2.0.

Распиновка mini USB

Mini USB позволяет передавать данные на ПК, а также заряжать устройства. На данный момент сложно найти этот вид разъема у современных гаджетов, но он все же применяется в съемочной аппаратуре (камеры и т.д.). Скорость передачи информации составляет до 480 Мбит/с.

У него присутствует 5 контактов (+5V, D-, D+, GND, ID). Контакты при “маме” находятся сверху (отсчет справа налево), а при “папе” — снизу (отсчет слева направо), как и во всех других USB.

Распайка USB

Распайку рассмотрим на примере USB 3.0 типа А.

Видно, что здесь есть 9 контактов (+5V (здесь обозначен как VCC), D+, D-, GND, RX-, RX+, TX-, TX+, GND Drain).

Контакты RX и TX отвечают за прием и передачу информации. VCC и GND, в свою очередь, отвечают за питание.

USB Type C распиновка

USB Type разделяется на А, В, В (mini), B (micro) и C.

ЮСБ Type A и B имеют по 4 контакта:

К USB Type B mini и micro, а также Type С добавляется еще один контакт — ID.

У USB есть “вилка” и “розетка”. На распиновке “розетка” находится слева, а “вилка” — справа.

Примечательные особенности USB-C:

• Есть перекидной разъем. Он разработан таким образом, что вилку возможно переместить относительно розетки.
• Есть поддержка USB 2.0, 3.0 и 3.1 Gen 2,а также сторонние протоколы (например, HDMI), в альтернативном режиме.

Благодаря этому устройства способны самостоятельно согласовать и определить необходимый поток мощности через интерфейс.

• USB Type C способен передавать изображение и аудио
• Может выдерживать большие токи, поэтому существует возможность запитывать много устройств одновременно.

С учетом всех вышеописанных преимуществ можно назвать usb type-c поистине универсальным разъемом будущего. Он способен заменить почти любой существующий коннектор. Сейчас, к примеру, компания apple выпускает модели ноутбуков, наделенными лишь type-c разъёмами.

Распиновка micro USB разъема для зарядки телефона

Каждый сталкивался с проблемой, когда зарядник отказывался заряжать телефон, как его не крути. Вариантов такого поведения может быть множество: начиная от сгорания внутренностей адаптера, до отсутствия контакта в разъеме.

Консорциум USB, принял новый стандарт, известный как micro-B, меньший по размеру USB-разъем, который будет использоваться в первую очередь на небольших портативных устройствах, где пространство ограничено (например, сотовые телефоны). Разъем micro USB составляет примерно половину высоты разъема mini USB, что позволяет более тонким устройствам иметь доступ к USB.

GSMA приняла его как универсальное решение для зарядки, поэтому 90% новых мобильных телефонов будут иметь этот разъем.

На распиновке представлен micro USB, которым часто пользуется компания Samsung. Здесь можно видеть, что контактов 5 (присутствует ID), отсчет идет справа налево, а также имеется перемычка между зеленым (D+) и белым (D-) контактами.

У того же самсунга можно встретить перемычку не только на белом (D-) и зеленом (D+), но и на черном (GND) и фиолетовом (ID) с использованием резистора.

Это нужно для того, чтобы сделать требуемое напряжение (у всех устройств эта цифра разная, но в большинстве случаев сопротивление должно быть до 200 кОм).

Благодаря этому устройство понимает когда подавать ток и в каком количестве.

Распиновка USB 2.0

USB 2.0 — самый распространенный разъем. Поддерживается на всех ОС (что не скажешь о 3.0). Очень удобен, ведь его провод тонкий и длинный. Сила тока составляет 500 мА, она достаточно мала, так как на рынке уже есть более усовершенствованные модели USB, обеспечивающие быстроту передачи данных.

Теперь остается вопрос, как это устройство функционирует? Работа происходит через асинхронный последовательный протокол, что подразумевает отсутствие общих часов между адресатом и адресантом. Любой девайс, который подключается к USB-порту, работает через этот протокол. Если микроконтроллер или микропроцессор имеют возможность поддерживать USB-хост, то это позволяет нам подключить любое USB-устройство, например, клавиатуру и т.д.

Чтобы сделать обмен данными между этим устройством и хостом (uP или uC), когда USB-устройство подключено, сначала дескриптор устройства сообщает хосту, что такое идентификатор поставщика и идентификатор продукта, который используется для загрузки определенного драйвера для устройства, затем идет дескриптор конфигурации, который в основном используется для определения значений энергопотребления, затем есть дескриптор интерфейса, ведущее устройство может быть принтером, сканером или флэш-накопителем USB, этот дескриптор отвечает за определение того, что это за устройство, наконец, есть дескриптор конечной точки; этот дескриптор используется для определения скорости типа передачи, пропускной способности размера пакета и т. д. Имеется четыре конечных точки для низкоскоростного устройства USB 2.0 и 16 для высокоскоростного устройства USB 2.0.

Поговорим про D. Их по два, (+ и -), так как USB C предполагается возвратным. Если подключить вилку в обе стороны, и это будет считаться действительным соединением USB 2.0, потому что usb 2.0 не выполняет согласование закрепления. Поверните штекер на 180 градусов, и эти контакты подключаются в том же порядке. Ваша плата должна соединять оба вместе для максимальной связи.

Идентификационного контакта нет, так как он применяется только на вилках. В USB C с этим справляются контакты CC, и подключение их к GND с помощью резистора 5K создает режим OTG HOST на противоположной стороне соединения.

На этой распиновке можно увидеть распределение контактов на материнской плате. Видно, что красный контакт — это 1 и 2 разделение, белый — 3 и 4, зеленый — 5 и 6, черный — 7, 8, 10. 9 контакта тут нет. Контакты находятся друг под другом.

Распиновка USB 3.0

Начнем с того, что USB 3.0 намного мощнее 2.0. Сила тока у 3.0 до 900 мА, что позволяет заряжать устройство намного быстрее, а также больше гаджетов. Несмотря на то, что 3 поколение свежее, толщина его провода больше, а длина меньше. Есть проблемы с поддержкой на ОС. Дело в том, что не все операционки хотят его использовать, так как он является самым дорогим из возможных вариантов. Но даже его дороговизна окупается одним существенным фактом — передача информации в две стороны происходит на максимальной скорости.

USB 3.0 содержит 5 контактов.

Контакты USB 3.0 на плате диагональны.

Распиновка USB по цветам

В USB есть контакты, обозначенные цветами. В обычном варианте в разъеме имеется 4 контакта, а в mini и micro — 5.

• Красный проводник +5V предназначен для питания (максимальный ток питания не превышает 500 мА). Напряжение +5V относительно контакту GND.
• Черный контакт предназначен для “земли”. Имеет значение 0V.
• Белый контакт подсоединяется к минусу.
• Зеленый контакт подсоединяется к плюсу.

Порядок в классическом варианте контактов такой: красный, белый, зеленый, черный.

В mini и micro: красный, белый, зеленый, ID (может обозначаться по-всякому — фиолетовый, черный крест на белом фоне), черный.

Работа контакта ID заключена в двух типах по-разному. Например, в типе А он должен сохранять функцию OTG, а вот в типе В его нет.

Общая цоколевка USB разъема

Рассмотрим провод, который идет от разъема USB, потому как он полностью репрезентирует его цоколевку. Провод состоит из четырех контактов: плюс и минус питания (красный и черный), плюс и минус шины данных (белый и зелёный). Эти контакты можно соединять с другими.

Интересное видео на эту тему от наших коллег — «Радиолюбитель»: