Виды и схемы разъемов и распиновка USB по цветам
Даже если вы не инженер, будет полезно знать распиновку USB. Например, у вас порвался шнур зарядки или вы решили заниматься программированием на Arduino. Это не так сложно, если вы воспользуетесь готовыми схемами и описаниями из той статьи!
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):
- К активным относятся питающие устройства. К ним принадлежат: компьютер, телевизор и т.д.
- К пассивным относятся принимающие. Например, USB разъем для зарядки телефона – это В-распайка.
Не так давно появился и тип С. С обоих сторон она имеет одинаковую распиновку разъема. К телефону такой провод можно подключить любой стороной.
Второе поколение 2.0
В классическом варианте предусмотрено всего 4 контакта:
- Красный. Это питание в 5 вольт, способное передавать максимум пол ампера, обозначается как +5V.
- Белый. Data -, то есть по нему идут «информационные электроны».
- Зеленый. Data + аналогично предыдущему, ведет электроны напрямую в ячейки памяти.
- Черный. Земля или Ground, на схемах образуется GND.
А с какой стороны смотреть на вилку для зарядки? Все схемы приводятся для вида «сверху», который на ЮСБ-штекере обозначается 2 квадратными отверстиями. В микроформате верхом считается широкая сторона с фиксирующими «пальцами».
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.
Точно такую же распиновку имеет и первое поколение USB, за исключением контакта OTG. В современной технике такой протокол встречается редко, но все же.
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:
- С 1 по 4. Имеют те же цвета и назначения, что и в предыдущем поколении.
- 5,6. Передача данных по протоколу USB 3.0 – RX+-.
- 7. Дополнительная земля – GND Drain.
- 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.
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:
- 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.
- 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.
Схема распиновки USB кабеля по цветам
Распиновка USB-кабеля означает описание внутреннего устройства универсальной последовательной шины. Это устройство применяется для передачи данных и зарядки аккумуляторов любых электронных приборов: мобильных телефонов, плееров, ноутбуков, планшетных компьютеров, магнитофонов и других гаджетов.
Проведение качественной распиновки требует знаний и умения читать схемы, ориентирования в типах и видах соединений, нужно знать классификацию проводов, их цвета и назначение. Длительная и бесперебойная работа кабеля обеспечивается правильным соединением проводами 2 коннекторов USB и mini-USB.
Виды USB-разъемов, основные отличия и особенности
Универсальная последовательная шина представлена 3 версиями — USB 1.1, USB 2.0 и USB 3.0 . Первые две спецификации полностью совмещаются между собой, шина 3.0 имеет частичное совмещение.
USB 1.1 — это первая версия устройства, используемая для передачи данных. Спецификацию применяют только для совместимости, так как 2 рабочих режима по передаче данных (Low-speed и Full-speed) обладают низкой скоростью обмена информацией. Режим Low-speed со скоростью передачи данных 10-1500 Кбит/с используется для джойстиков, мышей, клавиатур. Full-speed задействован в аудио- и видеоустройствах.
В USB 2.0 добавлен третий режим работы — High-speed для подключения устройств по хранению информации и видеоустройств более высокой организации. Разъем помечается надписью HI-SPEED на логотипе. Скорость обмена информацией в этом режиме — 480 Мбит/с, которая равняется скорости копирования в 48 Мбайт/с.
На практике, из-за особенностей конструкции и реализации протокола, пропускная способность второй версии оказалась меньше заявленной и составляет 30-35 Мбайт/с. Кабеля и коннекторы спецификаций универсальной шины 1.1 и второго поколения имеют идентичную конфигурацию.
Универсальная шина третьего поколения поддерживает скорость 5 Гбит/с, равняющуюся скорости копирования 500 Мбайт/с. Она выпускается в синем цвете, что облегчает определение принадлежности штекеров и гнезд к усовершенствованной модели. Сила тока в шине 3.0 увеличилась с 500 мА до 900 мА. Эта особенность позволяет не использовать отдельные блоки питания для периферийных устройств, а задействовать шину 3.0 для их питания.
Совместимость спецификаций 2.0 и 3.0 выполняется частично.
Классификация и распиновка
При описаниях и обозначениях в таблицах разъемов ЮСБ принято по умолчанию, что вид показан с внешней, рабочей стороны. Если подается вид с монтажной стороны, то это оговаривается в описании. В схеме светло-серым цветом отмечаются изолирующие элементы разъема, темно-серым цветом — металлические детали, полости обозначаются белым цветом.
Несмотря на то что последовательная шина называется универсальной, она представлена 2 типами. Они выполняют разные функции и обеспечивают совместимость с устройствами, обладающими улучшенными характеристиками.
К типу A относятся активные, питающие устройства (компьютер, хост), к типу B — пассивное, подключаемое оборудование (принтер, сканер). Все гнезда и штекеры шин второго поколения и версии 3.0 типа A рассчитаны на совместную работу. Разъем гнезда шины третьего поколения типа B больше, чем нужен для штекера версии 2.0 типа B, поэтому устройство с разъемом универсальной шины 2.0 тип B подключается с использованием только кабеля USB 2.0. Подключение внешнего оборудования с разъемами модификации 3,0 тип B выполняется кабелями обоих типов.
Разъемы классического типа B не подходят для подключения малогабаритного электронного оборудования. Подключение планшетов, цифровой техники, мобильных телефонов выполняется с использованием миниатюрных разъемов Mini-USB и их улучшенной модификации Micro-USB. У этих разъемов уменьшенные размеры штекера и гнезда.
Последняя модификация разъемов ЮСБ — тип C. Эта конструкция имеет на обоих концах кабеля одинаковые коннекторы, отличается более скоростной передачей данных и большей мощностью.
Распиновка USB 2.0 разъема типы A и B
Классические разъемы содержат 4 вида контактов, в мини- и микроформатах — 5 контактов. Цвета проводов в USB-кабеле 2.0:
- +5V (красный VBUS), напряжение 5 В, максимальная сила тока 0,5 А, предназначен для питания;
- D- (белый) Data-;
- D+ (зеленый) Data+;
- GND (черный), напряжение 0 В, используется для заземления.
Для формата мини: mini-USB и micro-USB:
- Красный VBUS (+), напряжение 5 В, сила тока 0,5 А.
- Белый (-), D-.
- Зеленый (+), D+.
- ID — для типа А замыкают на GND, для поддержания функции OTG, а для типа B не задействуют.
- Черный GND, напряжение 0 В, используется для заземления.
В большинстве кабелей имеется провод Shield, он не имеет изоляции, используется в роли экрана. Он не маркируется, и ему не присваивается номер. Универсальная шина имеет 2 вида соединителя. Они имеют обозначение M (male) и F (female). Коннектор М (папа) называют штекером, его вставляют, разъем F (мама) называется гнездо, в него вставляют.
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 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 (USB 2.0) -> 17 (USB 3.0);
- 2 (USB 2.0) -> 20 (USB 3.0).
Подсоединение белого контакта (D-):
- 3 (USB 2.0) -> 6 (USB 3.0);
- 4 (USB 2.0) -> 4 (USB 3.0).
Подсоединение зеленого контакта (D+):
- 5 (USB 2.0) -> 1 (USB 3.0);
- 6 (USB 2.0) -> 3 (USB 3.0).
Последние черного контакта (GND):
- 7 (USB 2.0) -> 5 (USB 3.0);
- 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.
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.
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»: