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

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.

В данной статье приведена общая информация о стандарте USB, а также распиновка USB разъема по цветам всех видов (USB, mini-USB, micro-USB, USB-3.0).

Разъем USB (Universal Serial Bus) – это последовательная шина универсального назначения, современный способ подсоединения внешних устройств к персональному компьютеру. Заменяет ранее используемые способы подключения (последовательный и параллельный порт, PS/2, Gameport и т.д.) для обычных видов периферийных устройств — принтеры, мыши, клавиатуры, джойстики, камеры, модемы и т.д. Также данный разъем позволяет организовывать обмен данными между компьютером и видеокамерой, карт-ридером, MP3 — плеером, внешним жестким диском.

Преимуществом USB разъема перед иными разъемами заключается в возможности подключения Plug&Play устройств без необходимости перезагрузки компьютера или ручной установке драйверов. Устройства Plug&Play могут быть подключены во время работы компьютера и в течение нескольких секунд приступить к работе.

При подключении нового устройства сначала хаб (кабельный концентратор) получает высокий уровень по линии передачи данных, которое сообщает, что появилось новое оборудование. Затем следуют следующие шаги:

1. Хаб сообщает Хост-компьютеру о том, что было подключено новое устройство.
2. Хост-компьютер запрашивает хаб, на какой порт было подключено устройство.
3. После получения ответа компьютер выдает команду об активации данного порта и выполняет обнуление (сброс) шины.
4. Концентратор формирует сигнал сброса (RESET) длительностью 10 мсек. Выходной ток питания устройства составляет 100 мА. Устройство теперь готово к работе и имеет адрес по умолчанию.

Создание USB — результат сотрудничества таких компаний как Compaq, NEC, Hewlett-Packard, Philips, Intel, Lucent и Microsoft. USB стандарт был призван заменить широко используемый последовательный порт RS-232. USB в целом облегчает работу пользователю и имеет большую пропускную способность, чем последовательный порт RS-232. Первая спецификация USB была разработана в 1995 году, как недорогой универсальный интерфейс для подсоединения внешних устройств, которые не требовали большую пропускную способность данных.

Три версии USB

USB 1.1

Версия USB 1.1 предназначен был для обслуживания медленных периферийных устройств (Low-Speed) со скоростью передачи данных 1,5 Мбит/с и быстрых устройств (Full-Speed) со скоростью передачи данных 12 Мбит/с. USB 1.1, однако, был не в состоянии конкурировать с высокоскоростным интерфейсом, например. FireWire (IEEE 1394) от компании Apple со скоростью передачи данных до 400 Мбит/с.

USB 2.0

В 1999 году стали задумываться о втором поколении USB, который был бы применим и для более сложных устройств (например, цифровых видеокамер). Эта новая версия, обозначаемая как USB 2.0 была выпущена 2000 году и обеспечивала максимальную скорость до 480 Мбит/с в режиме Hi-Speed и сохранила обратную совместимость с USB 1.1 (тип передачи данных: Full-Speed , Low-Speed).

USB 3.0

Третья версия (обозначаемая также как Super-speed USB) была спроектирована в ноябре 2008 года, но, вероятно, из-за финансового кризиса ее массовое распространение было отложено вплоть до 2010. USB 3.0 имеет более чем в 10 раз большую скорость по сравнению с USB 2.0 (до 5 Гбит/с). Новая разработка имеет 9 проводов вместо первоначальных 4 (шина данных уже состоит из 4 проводов), тем не менее, этот стандарт по-прежнему поддерживает и USB 2.0 и обеспечивает пониженное энергопотребление. Благодаря этому можно использовать любую комбинацию устройств и портов USB 2.0 и USB 3.0.

USB разъем имеет 4 контакта. К контактам DATA+ и DATA- подключается витая пара (скрученные между собой два провода), а к выводам VCC (+5 В) и GND подключаются обычные провода. Затем весь кабель (все 4 провода) экранируется алюминиевой фольгой.

Ниже представлена распиновка (распайка) всех видов USB разъемов.

Виды и распиновка USB разъемов

Распайка USB кабеля по цветам:

1. +5 вольт
2. -Data
3. +Data
4. Общий

Схема распиновки разъема USB — тип А:

Схема распиновки разъема USB — тип В:

Распайка кабеля по цветам разъемов: mini (мини) и micro (микро) USB:

1. +5 вольт
2. -Data
3. +Data
4. Не используется / Общий
5. Общий

Распиновка разъема mini-USB — тип А:

В этой статье я расскажу вам как правильно припаять micro USB штекер на планшете не испортив его. Часто стали приносить мне на ремонт планшеты с такой проблемой,вырвали micro USB с "корнем", задели нагой за шнур,когда тот лежал на зарядке или по другой причине. Планшет прибор хрупкий и с ним надо относиться бережно и аккуратно, так я говорю своим клиентам. Итак принесли вам планшет с оторванным штекером или когда его ещё не полностью оторвали,аккуратно разбираем его, в основном нижняя крышка планшета крепиться на пластмассовых так называемых защёлках и обычно она закручивается на несколько маленьких болтиках.

Убедившись что все винты откручены мы берём скальпель или нож с тонким лезвием и аккуратно поддеваем крышку по всему периметру прорези,легонько поворачивая лезвие в верх в сторону крышки,тем самым освобождая пластмассовые фиксаторы из пазов корпуса планшета. Это делать надо с минимальным усилием,запомните если фиксаторы при небольшом усилие не расфиксируются,то значит вы делаете что то не правильно, лучше спокойно и не торопясь попробуйте разобраться в принципе фиксации клипсов и в какую сторону нужно поворачивать лезвие скальпеля. Поверьте в случае неудачной разборки очень тяжело в дальнейшем восстановить крепление, придётся клеят фиксаторы если вы ещё соберёте маленькие пластмассовые осколки.

Допустим вам удалось аккуратно снять крышку,далее вам необходимо отпаять аккумуляторную батарею которая находиться внутри, отпаивать выводы необходимо так как вы не сможете перевернуть плату и добраться до micro USB штекера,да и отпаять выводы от батарее нужно для того чтобы случайно не замкнуть что нибудь и не вывести из строя ваш планшет. Итак, мы отпаяли выводы аккумулятора и открутили все крепёжные венты самой платы, далее переворачиваем её,хочу отметить что если шлейфы между главной платой и экраном,позволяют перевернуть плату, то желательно шлейф не трогать.

Теперь перейдём непосредственно к нашему micro USB разъёму,вооружимся увеличительным стеклом и внимательно осмотрим сам штекер и выводы дорожек которые подходят к нему, если дорожки целые и не отслоились,то это очень хорошо.Берём паяльник не более 25 Ватт и на плате зачищаем вывода дорожек, где раньше находился сам штекер. Выводов должно быть пять. Далее берём штекер и приклеиваем его к плате супер клеем,клея надо немного,лучше взять спичку и макнуть её в клей, затем
равномерно распределить его по всей нижней поверхности штекера. Дальше когда клей немного подсохнет, можно будет припаивать вывода между платой и micro USB. Но если выводы дорожек оторваны на плате,то можно попытаться сделать вот что с начало нужно с помощью увеличительного стекла отыскать все концы дорожек,если это возможно и зачистить их концы от лака и залудить,но учтите,перегревать не в коем случае нельзя, а затем также приклеиваем штекер и припаиваем выводы между разъёмом и дорожками с помощью тонких проволочек.

Если допустим нет возможности восстановить все дорожки на плате,то можно попытаться сделать хотя бы просто заряжалась аккумуляторная батарея планшета,для этого на понадобиться припаять только два вывода плюс и минус,они расположены на штекере первый и последний, обратите внимание на рисунок, я указал их стрелкой. Но при таком раскладе вы не сможете подключить свой планшет к компьютеру или к внешнему USB-модему, Flash памяти. На этом всё,желаю успеха. Подробную информацию можно прочитать на моём сайте,а также посмотреть скриншоты по разборке планшета. Есть в наличие: книги, справочники, журналы, схемы. radiorodot

Разъём USB является универсальной последовательной шиной. Сегодня этот разъём в различных форм-фактора присутствует практически на любом электронном гаджете или устройстве. Однако в виду длительной эксплуатации может возникнуть негативная ситуация – разъём либо отламывается, либо отпаивается (при учёте присутствия высоких температур).

Подробнее о том, как осуществить замену разъёма читайте в нижеприведённой статье. Следует помнить, что вся приводимая методика если будет применяться Вами, то только на свой страх и риск! Как правило, когда непрофессионал старается самостоятельно починить сложную электронику, всё заканчивается крайне плачевно.

Многие профессионалы в случае возникновения вышеописанной ситуации советуют приобрести новый разъём. По цене он стоит сущие копейки. Продаётся в любом компьютерном салоне.

Чтобы не перепутать разъём ни с чем, лучше отправиться за покупкой со старым разъёмом (который отвалился). Приобрести нужно точно такой же. Далее представлен комплект инструментов, который обязательно потребуется для выполнения замены разъема:

• флюс для пайки;
• паяльник с тонким жалом;
• канифоль;
• припой.

У стандартно UBS-разъёма имеется несколько выводов. Крайне важно, чтобы эти выводы попали в переходные отверстия, которые предназначены именно для них. Но перед тем, как помещать разъём на плату, рекомендуется зачистить контакты.

Выполняется это при помощи обыкновенного резинового ластика, который используется для удаления простого карандаша с бумаги. Это исключит возможность плохого контакта после пайки.

Следует сразу отметить, что запаивать выводы рекомендуется таким образом, чтобы не торчало лишнего припоя. Ведь он проводит электричество, а значит, может замкнуть на массу в случае некорректной установки платы в ноутбук (или любое другое устройство).

Чтобы непрофессионалу выполнить пайку корректным образом, рекомендуется использовать флюс или канифоль. Это даст возможность припою не прилипать к жалу паяльника.

В результате пайка будет выполнена аккуратной и прочной.

Крайне важно не перегревать саму плату во время пайки. Ведь в ней находятся дорожки. При перегреве они могут подняться, что нарушит всю работу устройства.

В видео будет продемонстрировано, как можно самостоятельно заменить разъём USB на ноутбуке:

Кабели USB имеют разные физические наконечники. Это зависит от того, к какому устройству оно подключаются. Существуют подключения к самому устройству и к хосту. Причем USB может быть с кабелем, так и без него. Возможен и такой вариант: кабель встраивается в само устройство. Кабель необходим для того, чтобы формировать интерфейс между устройством и хостом.

Но через некоторое время разработчики такого интерфейса компьютера, как USB, все равно имел маленькую скорость для того, чтобы использовать внешние жесткие диски и другие устройства, скорость которых была намного большая. Поэтому создателям USB пришлось изменить устройство так, что получилась новая модель. Теперь скорость третьего типа USB стала быстрей в десять раз. Конечно же, это отразилось и на зарядке.

Общие сведения об USB

Кабель USB состоит из четырех проводников, выполненных из меди. Это два проводника, предназначенных для питания, а еще остальные проводники в витой паре. В этот комплект еще входит и заземленная оплетка.

Рассмотрим теперь немного хост. В его качестве выступает специальный контролер, который запрограммирован и управляем. Его задача: обеспечивать деятельность интерфейса. Кстати, контролер чаще всего можно найти в микросхеме. Для соединения контролера с другими устройствами необходим концентратор.

А вот чтобы уже подключить внешние устройства к концентратору, используются порты, на конце которых и находятся разъемы. Кабели помогают USB устройствам подключаться к разъемам. Питание устройства может быть разным: от шины или внешний какой-то источник питания.

Для начала запуска достаточно всего лишь несколько минут и можно включаться в работу. Сначала сигнал о начале работы поступает на кабельный концентратор , который и сообщает дальше, что оборудование к работе готово.

Но стоит помнить одно правило. Всегда, когда начинаете выполнять распиновку устройства, сначала определите то, какова распиновка на вашем кабеле. Разъем юсб помогать подсоединить все внешние устройства к вашему компьютеру. Этот современный способ подключения заменяет все те способы, которые были ранее. Такой разъем дает дополнительные возможности : при работе компьютерного оборудования любые устройства могут быть подключены и сразу включаться в работу. Может он влиять и на работу зарядки.

Спецификация USB

Существовали первые предварительные версии USB, которые стали выпускаться еще в ноябре 1994 года. Так продолжалось в течение года. И после этого стали выходить уже новые модели USB , которые используются и до сих пор.

На сегодняшний день можно говорить о следующих моделях:

1. USB 1.0. Эта модель выпущена в январе 1996 года.
2. USB 1.1. Эта спецификация была выпущена в сентябре 1998 года.
3. USB 2.0. Эта модель была выпущена в 2000 году.

Технические характеристики каждой модели

Первая модель - USB 1.0. В такой спецификации выделяют два режима работы:

1. С низкой пропускной способностью.
2. С высокой пропускной способностью.

Максимальная кабельная длина допускается в этой модели для первого рабочего режима – три метра, а для второго рабочего состояния достигает пяти метров. Если пожелаете подключить несколько устройств, то их можно подключить до 127.

Технические характеристики модели USB 1.1 соответствуют первой, но вот только все проблемы и ошибки, которые возникли во время ее использования, были исправлены. Кстати, это первая модель, которая получила широкую популярность и быстро распространилась.

Третья модель – это USB 2.0. Для него есть три режима работы, где могут быть задействованы и мыши, и джойстик, и геймпады, и клавиатура, а также видеоустройства и такие устройства, которые хранят информацию.

Кабели и разъемы USB

В настоящее время в компьютерном мире произошло много разных изменений. Например, появился уже новый интерфейс с модификацией USB 3.0, скорость его в десять раз сильнее предыдущей модели. Но есть и другие виды разъемов , известные как микро- и мини- юсб. Их, кстати, можно встретить в настоящее время, например, в планшетах, телефонах, смартфонах и в другой самой разнообразной компьютерной продукции.

Каждая такая шина, конечно же, имеет еще и собственную распайку или распиновку. Она необходима для того, чтобы потом изготовить переходник в домашних условиях, позволяющий переходить с одного вида разъема на другой вид. Но для этого необходимы знания. Например, определенные знания о том, как располагаются проводники. Например, можно так сделать зарядку для любого телефона. Если такую работу с разъемами выполнить неверно, то тогда и само устройство будет поврежденным.

Есть отличие и в конструкции мини и макроустройствах. Так, теперь контактов уже у них пять. А в устройстве USB 2.0 можно насчитать девять контактов. Поэтому и распайка разъемов usb в такой модели будет проходить немного по-другому. Такая же распиновка usb разъемов будет и в модификации 3.0.

Распайка будет происходить по следующей схеме: сначала проводник красного цвета, который отвечает за подачу напряжения тока, который питает. Затем следует проводник белого и зеленого окраса, задача которых передавать информацию. Потом стоит перейти к проводнику черного цвета, который принимает подачу нуля напряжения, которое подается.

В конструкции USB 3.0 провода располагаются совсем по–другому. Первые четыре из них похожи по своему разъему на устройство модели 2.0. Но, уже начиная с пятого проводника, разъемы начинают различаться. Синий, пятый, проводок передает ту информацию, которая имеет отрицательное значение. Желтый проводник передает положительную информацию.

Можно проводить распиновку устройство еще и по цветам, которые подходят для разъемов всех устройств. Преимущества таких разъемов заключается в том, что при их использовании не нужно делать перезагрузку компьютера или даже пытаться как-то вручную установить все необходимые драйвера.