USB (Universal Serial Bus - «универсальная последовательная шина») - последовательный интерфейс передачи данных для среднескоростных и низкоскоростных периферийных устройств. Для подключения используется 4-х проводный кабель, при этом два провода используются для приёма и передачи данных, а 2 провода - для питания периферийного устройства. Благодаря встроенным линиям питания USB позволяет подключать периферийные устройства без собственного источника питания.

Основные сведения о USB

Кабель USB состоит из 4 медных проводников - 2 проводника питания и 2 проводника данных в витой паре, и заземленной оплётки (экрана). Кабели USB имеют физически разные наконечники «к устройству» и «к хосту». Возможна реализация USB устройства без кабеля, со встроенным в корпус наконечником «к хосту». Возможно и неразъёмное встраивание кабеля в устройство (например, USB-клавиатура, Web-камера, USB-мышь) , хотя стандарт запрещает это для устройств full и high speed.

Шина USB строго ориентирована, т. е. имеет понятие «главное устройство» (хост, он же USB контроллер, обычно встроен в микросхему южного моста на материнской плате) и «периферийные устройства».

Устройства могут получать питание +5 В от шины, но могут и требовать внешний источник питания. Поддерживается и дежурный режим для устройств и разветвителей по команде с шины со снятием основного питания при сохранении дежурного питания и включением по команде с шины.

USB поддерживает «горячее» подключение и отключение устройств . Это возможно благодаря увеличения длинны проводника заземляющего контакта по отношению к сигнальным. При подключении разъёма USB первыми замыкаются заземляющие контакты , потенциалы корпусов двух устройств становятся равны и дальнейшее соединение сигнальных проводников не приводит к перенапряжениям, даже если устройства питаются от разных фаз силовой трёхфазной сети.

На логическом уровне устройство USB поддерживает транзакции приема и передачи данных. Каждый пакет каждой транзакции содержит в себе номер оконечной точки (endpoint) на устройстве. При подключении устройства драйверы в ядре ОС читают с устройства список оконечных точек и создают управляющие структуры данных для общения с каждой оконечной точкой устройства. Совокупность оконечной точки и структур данных в ядре ОС называется каналом (pipe) .

Оконечные точки , а значит, и каналы, относятся к одному из 4 классов:

• поточный (bulk),
• управляющий (control),
• изохронный (isoch),
• прерывание (interrupt).

Низкоскоростные устройства, такие, как мышь, не могут иметь изохронные и поточные каналы .

Управляющий канал предназначен для обмена с устройством короткими пакетами «вопрос-ответ». Любое устройство имеет управляющий канал 0, который позволяет программному обеспечению ОС прочитать краткую информацию об устройстве, в том числе коды производителя и модели, используемые для выбора драйвера, и список других оконечных точек.

Канал прерывания позволяет доставлять короткие пакеты и в том, и в другом направлении, без получения на них ответа/подтверждения, но с гарантией времени доставки - пакет будет доставлен не позже, чем через N миллисекунд. Например, используется в устройствах ввода (клавиатуры, мыши или джойстики).

Изохронный канал позволяет доставлять пакеты без гарантии доставки и без ответов/подтверждений, но с гарантированной скоростью доставки в N пакетов на один период шины (1 КГц у low и full speed, 8 КГц у high speed). Используется для передачи аудио- и видеоинформации.

Поточный канал дает гарантию доставки каждого пакета, поддерживает автоматическую приостановку передачи данных по нежеланию устройства (переполнение или опустошение буфера), но не дает гарантий скорости и задержки доставки. Используется, например, в принтерах и сканерах.

Время шины делится на периоды, в начале периода контроллер передает всей шине пакет «начало периода». Далее в течение периода передаются пакеты прерываний, потом изохронные в требуемом количестве, в оставшееся время в периоде передаются управляющие пакеты и в последнюю очередь поточные.

Активной стороной шины всегда является контроллер, передача пакета данных от устройства к контроллеру реализована как короткий вопрос контроллера и длинный, содержащий данные, ответ устройства. Расписание движения пакетов для каждого периода шины создается совместным усилием аппаратуры контроллера и ПО драйвера, для этого многие контроллеры используют Прямой доступ к памяти DMA (Direct Memory Access ) - режим обмена данными между устройствами или же между устройством и основной памятью, без участия Центрального Процессора (ЦП). В результате скорость передачи увеличивается, так как данные не пересылаются в ЦП и обратно.

Размер пакета для оконечной точки есть вшитая в таблицу оконечных точек устройства константа, изменению не подлежит. Он выбирается разработчиком устройства из числа тех, что поддерживаются стандартом USB.

Технические характеристики USB

Возможности, достоинства и недостантки USB:

• Высокая скорость обмена (full-speed signaling bit rate) - 12 Мб/с;
• Максимальная длина кабеля для высокой скорости обмена - 5 м;
• Низкая скорость обмена (low-speed signaling bit rate) - 1.5 Мб/с;
• Максимальная длина кабеля для низкой скорости обмена - 3 м;
• Максимум подключенных устройств (включая размножители) - 127;
• Возможно подключение устройств с различными скоростями обмена;
• Не нужно устанавливать дополнительных элементов, таких как терминаторы;
• Напряжение питания для периферийных устройств - 5 В;
• Максимальный ток потребления на одно устройство - 500 mA.

Сигналы USB передаются по двум проводам экранированного 4-хпроводного кабеля.

Распайка разъема USB 1.0 и USB 2.0

Тип А		Тип В
Вилка (на кабеле)	Розетка (на компьютере)	Вилка (на кабеле)	Розетка (на периферийном устройстве)

Названия и функциональные назначения выводов USB 1.0 и USB 2.0

Data (передача данных) 4 GND Ground (корпус)

Недостатки USB 2.0

Хоть максимальная скорость передачи данных USB 2.0 составляет 480 Мбит/с (60 Мбайт/с), в реальной жизни достичь таких скоростей нереально (~33,5 Мбайт/сек на практике). Это объясняется большими задержками шины USB между запросом на передачу данных и собственно началом передачи. Например, шина FireWire , хотя и обладает меньшей пиковой пропускной способностью 400 Мбит/с, что на 80 Мбит/с (10 Мбайт/с) меньше, чем у USB 2.0, в реальности позволяет обеспечить бо́льшую пропускную способность для обмена данными с жёсткими дисками и другими устройствами хранения информации. В связи с этим разнообразные мобильные накопители уже давно «упираются» в недостаточную практическую пропускную способность USB 2.0.

USB (универсальная последовательная шина) – Интерфейс передачи данных USB сегодня распространён повсеместно, используется практически во всех устройствах телефонах, ПК, МФУ, магнитофонов и в других устройствах применяются как для передачи данных так и для зарядки батарей телефона.

Виды разъёмов USB.

Существует большое количество разновидностей типов разъёмов ЮСБ. Все они показаны ниже.

Тип А - активное, питающее устройство (компьютер, хост). Тип B - пассивное, подключаемое устройство (принтер, сканер)

Распиновка usb кабеля по цветам.

Распиновка Usb 2.0.

USB является последовательная шина. Он использует 4 экранированных провода: два для питания (+ 5v & GND) и два для дифференциальных сигналов данных (помечены как D + и D-).

USB micro

USB micro используется с 2011 г. в телефонах, Mp3 и в других устройствах. Micro — это более новая разновидность разъема mini. У него есть преимущество в соединение разъемов, разъем соединен плотно со штекером и обеспечивает плотное соединения.

Из-за небрежного отношения к электронным приборам (ноутбукам, планшетам, смартфонам) у них часто расшатываются или вовсе ломаются USB гнезда (разъемы). Покупать новое оборудование не всегда целесообразно, особенно если его можно починить самостоятельно. Это касается и шнуров с разъемом micro USB. Починить их несложно, как и припаять гнездо зарядки на планшете.

Ремонт микро USB начинается с разбора планшета (или иного гаджета).

Для этого потребуется небольшой набор инструментов:

• отвертка;
• пинцет;
• скальпель (нож);
• низковольтный паяльник или термофен.

Вначале откручивают все винты, скрепляющие корпус (при их наличии). Освобождают фиксаторы корпуса из пазов — для этого надо поддеть крышку скальпелем и осторожно наклонить лезвие к экрану.

Обязательно надо позаботиться о безопасности смартфона. Для этого надевают антистатический браслет с заземлением. Используют только низковольтный пальник, который тоже должен быть заземлен (для этого можно припаять один конец провода к минусу (общий корпус), в другой к самому паяльнику). Еще лучше применять паяльную станцию – термофен.
Отсоединяют провода от аккумулятора, иначе компоненты могут выйти из строя, если схему случайно замкнет. Откручивают винты, крепящие плату, переворачивают ее и осматривают.

Виды повреждений

Встречаются разные повреждения, поэтому дальнейшие действия зависят от типа неисправности. Если разъем неисправен, то придется покупать новый микро USB или искать сломанный аппарат с исправным гнездом и проводить замену. Когда исправный USB просто оторвался, достаточно восстановить соединения паяльником. В случае неисправности штекера на кабеле надо купить и припаять новый.

Разъем оказался неисправным

В этом случае надо найти заведомо исправный разъем, например, на неработающем сотовом телефоне.

Микро юсб придется паять, для этого вставляют скальпель между платой и разъемом. Нужно отпаять крепежные лепестки от платы, а после отпаять вывод микро USB, нагрев их одновременно.

При этом надо следить за температурой, чтобы не деформировать пластмассовые детали. Чем тоньше жало паяльника, тем меньше шанс испортить разъем .

Следует обратить внимание на расположение smd деталей при монтаже, поскольку обратная установка несколько сложнее. Пайка USB выполняется в обратном порядке.

Оторвался исправный разъем

Необходимо проверить целостность дорожек на плате, осмотрев их при помощи увеличительного стекла. Все повреждения придется восстановить. Для этого сначала убирают лак скальпелем, а после лудят дорожки паяльником. Пайка микро USB разъема начинается с присоединения крепежных лепестков. До этого можно приклеить разъем к плате, чтобы сделать обрыв менее вероятным.

Если остались другие повреждения, то берут тонкие провода из меди и закрепляют их между выводами дорожек и USB. При неполном их восстановлении сохранится только функция зарядки (без возможности передачи данных). А также при этом не будет работать подключенная мышка. Если же вы уверены, что все правильно восстановлено, то это указывает на неисправность самого USB.

Проблемы с флэш-памятью

Если подключенная флешка не работает, то сначала следует проверить ее на работоспособность путем подключения к другим заведомо рабочим устройствам. Если исправный накопитель не работает только с отремонтированным девайсом, значит, были допущены ошибки при ремонте.

Скорее всего, не были замечены некоторые повреждения мостиков – надо заново разобрать корпус и провести осмотр. Если визуально все в порядке, значит, неисправность скрыта, и дальнейшую разборку выполняют только в случае, если не жаль полностью потерять устройство и зря потратить время.

Замена штекера на зарядном устройстве

Если зарядное устройство исправно, то для ремонта достаточно лишь найти или купить штекер микро usb под пайку.

Ремонт будет состоять в следующем:

• обрежьте провод зарядного устройства и донорского шнура так, чтобы у первого остался хвостик в 10, а у второго в 15 см;
• снимите внешнюю изоляцию на 3 см от края. Постарайтесь не повредить покрытие внутренних жил. Для этого сначала сделайте круговой (поперек), а затем продольный (вдоль) разрез. Снимите резину пальцами и освободите две жилки;
• сделайте то же самое с хвостиком нового штекера. Вы увидите 4 провода, алюминиевый экран и оплетку из меди. Потребуется только красная и черная жилка, все остальное можно обрезать;
• чтобы предотвратить замыкание, укоротите на одной части красный провод, а на другой черный. Это также позволит избежать бугра;
• соедините оголенные части и изолируйте.

Можно воспользоваться изолентой, термоусадкой или скотчем. Провода можно как просто скрутить, так и спаять, пайка, конечно, надежнее.

Если используется термоусадочная трубка, то загибают соединения вдоль провода и закрывают их. К материалу подносят фен и аккуратно нагревают. Допускается использование зажигалки, но подносить ее надо постепенно. После этого усаживают широкую трубку на основной кабель. На этом ремонт можно считать оконченным.

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 ПК.

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 распиновке стандартных типов соединений.

• Читайте также обзор и его преобразователей

Классификация USB разъёмов

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 совместимы 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 ситуацию были приняты две стандартные уменьшенные модификации типа В: mini и micro USB.

Отметим, 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.

Распиновка USB 2.0 разъёма

Поскольку физически штекеры и гнезда ранних версий 1.1 и 2.0 не отличаются друг от друга, мы приведем распайку последней. Ниже представлен рисунок распайки штекера и гнезда разъема типа А:

Обозначения:

• 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.

• Схема

Теперь рассмотрим распайку классического гнезда В.

Обозначения:

• 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 соответствуют принятой раскраске проводов в шнуре.

Распиновка USB 3.0 разъёмов (типы A и B)

В третьем поколении подключение периферийных устройств осуществляется по 10 (9, если нет экранирующей оплетки) проводам, соответственно, число контактов также увеличено. Однако 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.

Обозначения:

• А - штекер.
• В - гнездо.
• 1, 2, 3, 4 - коннекторы полностью соответствуют распиновке штекера для версии USB 2.0 тип В, 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.

• Возможно, вам также будет интересно, как Seagate

Теперь рассмотрим распайку контактов для USB 3.0 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 предыдущего рисунка.
• Цвет максимально приближен к цветовой маркировке проводов в шнуре.

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, цифровое и цветовое обозначение соответствует принятому стандарту, который приводился выше.

Описание разъема микро USB 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 отказались от этой идеи или пока не осуществили ее.

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

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).

Распиновка мини USB разъёма

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 USB, 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 зарядного для мобильного телефона.

Видео о ремонте USB-кабелей, распайки штекеров USB mini и USB micro:

Содержание:

В каждом компьютере и других аналогичных устройствах наиболее популярным является USB-разъем. С помощью юсб провода стало возможно подключать более 100 единиц последовательно соединенных устройств. Эти шины позволяют подключать и отключать любые приборы даже в процессе работы персонального компьютера. Практически все устройства могут заряжаться через данный разъем, поэтому нет необходимости применять дополнительные блоки питания. Распиновка USB по цветам помогает точно определить, к какому типу устройств относится та или иная шина.

Устройство и назначение USB

Первые порты этого типа появились еще в девяностых годах прошлого века. Через некоторое время эти разъемы обновились до модели USB 2.0. Скорость их работы возросла более чем в 40 раз. В настоящее время в компьютерах появился новый интерфейс USB 3.0 со скоростью, в 10 раз превышающей предыдущий вариант.

Существуют и другие виды разъемов этого типа, известные, как micro и mini USB, применяющиеся в современных телефонах, смартфонах, планшетах. Каждая шина имеет собственную или распиновку. Она может потребоваться при необходимости изготовления своими руками переходника с одного вида разъема на другой. Зная все тонкости расположения проводов, можно сделать даже зарядное устройство для мобильного телефона. Однако следует помнить, что в случае неправильного подключения устройство может быть повреждено.

Разъем USB 2.0 выполнен в виде плоского коннектора, в котором установлено четыре контакта. В зависимости от назначения он маркируется как AF (BF) и AM (BM), что соответствует обиходному названию «мама» и «папа». В мини- и микро- устройствах имеется такая же маркировка. От обычных шин они отличаются пятью контактами. Устройство USB 3.0 внешне напоминает модель 2.0, за исключением внутренней конструкции, имеющей уже девять контактов.

Распиновка-распайка разъемов USB 2.0 и 3.0

Распайка проводов в модели USB 2.0 располагается в следующем порядке:

1. Проводник красного цвета, к которому осуществляется подача питающ его напряжения постоянного тока со значением +5V.
2. Проводник белого цвета, применяемый для передачи информационных данных. Он обозначается маркировкой «D-».
3. Проводник окрашен в зеленый цвет. С его помощью также передается информация. Он маркируется как «D+».
4. Проводник черного цвета. На н его производится подача нуля питающ его напряжения. Он носит название общ его провода и обозначается собственной меткой в виде перевернутого Т.

Расположение проводов в модели 3.0 выполнено совершенно по-другому. Четыре первых контактирующих провода полностью соответствуют разъему USB 2.0.

Основное отличие USB 3.0 заключается в следующих проводах:

• Проводник № 5 имеет синий цвет. По нему передается информация с отрицательным значением.
• Проводник № 6 желтого цвета, так же как и предыдущий контакт предназначен для передачи информации, имеющей положительное значение.
• Проводник № 7 применяется в качестве дополнительного заземления.
• Проводник № 8 фиолетового цвета и проводник № 9 оранжевого цвета. Они выполняют функцию приема данных, соответственно, с отрицательным и положительным значением.

Распайка-распиновка коннекторов микро- и мини-USB

Коннекторы микро-USB наиболее часто применяются в планшетах и смартфонах. От стандартных шин распиновка micro usb отличаются значительно меньшими размерами и наличием пяти контактов. Они маркируются как micro-AF(BF) и micro-AM(BM), что соответствует «маме» и «папе».

Распайка микро-USB производится в следующем порядке:

• Контакт № 1 красного цвета. Через н его подается напряжение.
• Контакты №№ 2 и 3 белого и зеленого цвета применяются для передачи.
• Контакт № 4 сиреневого цвета выполняет специальные функции в отдельных моделях шин.
• Контакт № 5 черного цвета является нулевым проводом.

Распиновка мини USB разъема по цветам выполняется, так же как и в микро-юсб коннекторах.