Припаиваем USB гнездо своими руками. Распиновка USB по цветам

Универсальная USB-шина является одним из популярных интерфейсов персонального компьютера. Она позволяет производить последовательное подключение различных устройств (до 127-ми единиц). Также USB-шины поддерживают функцию подключения и отключения приборов при работающем персональном компьютере. При этом устройства могут получать питание непосредственно через упомянутый элемент, что освобождает от необходимости использования дополнительных блоков питания. В этой статье мы рассмотрим, что представляет собой стандартная распиновка USB. Эта информация может пригодиться при самостоятельном изготовлении каких либо USB-переходников или устройств, получающих питание через рассматриваемый нами интерфейс. Кроме того, мы разберем, что представляет собой распиновка микро-USB и, конечно же, мини-USB.

Описание и распайка USB-интерфейса

Практически каждый пользователь ПК знает, как выглядит USB-разъем. Это плоский четырехконтактный интерфейс типа А. USB-разъем «мама» имеет маркировку AF, а «папа» - АМ. Распиновка USB типа А состоит из четырех контактов. Первый провод маркируется красным цветом, на него подается напряжение постоянного тока +5 В. Допускается подавать максимальный ток, равный 500 мА. Второй контакт - белого цвета - предназначен для (D-). Третий провод (зеленый) также используется для передачи данных (D+). Последний контакт маркируется черным цветом, на него подается нуль напряжения питания (общий провод).

Коннекторы типа А считаются активным, к ним подключаются питающие хост и т. д.). Разъемы типа В считаются пассивными, к ним присоединяют такие устройства, как принтеры, сканеры и прочее. Разъемы типа В представляют собой квадрат с двумя скошенными углами. «Мама» имеет маркировку BF, а «папа» - ВМ. Распиновка USB типа В имеет те же четыре контакта (два вверху и два внизу), назначение - идентичное типу А.

Распайка коннекторов типа микро-USB

Разъемы такого типа чаще всего используются для подключения планшетов и смартфонов. Они значительно меньше по размерам, чем стандартный USB-интерфейс. Еще одной особенностью является наличие пяти контактов. Маркировка таких коннекторов имеет следующий вид: micro-AF(BF) - «мама» и micro-АМ(ВМ) - «папа».

Распиновка USB типа микро:

Первый контакт (красного цвета) предназначен для подачи напряжения питания + 5 В;

Второй и третий провода (белого и зеленого цветов) используются для передачи данных;

Четвертый контакт (ID) в коннекторах типа В не задействован, а в разъемах типа А он замыкается на общий провод для поддержки OTG-функции;

Последний, пятый, контакт (черного цвета) - нуль напряжения питания.

Кроме перечисленных, в кабеле может быть еще один провод, используемый для «экранирования»; номер ему не присваивается.

Распиновка мини-USB

Коннекторы типа мини-USB также содержат пять контактов. Маркируют эти разъемы следующим образом: mini-AF (BF) - «мама» и mini-АМ (ВМ) - «папа». Распайка контактов идентична типу микро-USB.

Заключение

Информация о распайке проводов под разъемы USB весьма актуальна, так как этот тип интерфейса применяется практически во всех мобильных и настольных приборах и гаджетах. Эти разъемы используют как для заряда встроенных аккумуляторных батарей, так и для передачи данных.

Немного истории появления USB

Разработка универсальной последовательной шины или USB началась в 1994 году американским инженером индийского происхождения компании Intel Аджай Бхаттом и руководимым им подразделением из специалистов ведущих компьютерных компаний под названием USB-IF (USB Implementers Forum, Inc). В компанию разработчиков порта вошли представители Intel, Compaq, Microsoft, Apple, LSI и Hewlett-Packard. Перед разработчиками стояла задача изобрести универсальный для большинства устройств порт, работающий по принципу Plug&Play (Соедини и Играй), когда устройство после подключения к компьютеру либо начинало работать сразу, либо запускалось после установки необходимого программного обеспечения (драйверов). Новый принцип должен заменить LPT и COM порт, при этом скорость передачи данных должна быть не ниже 115 кбит/с. Кроме того, порт должен был быть параллельным, для организации подключения к нему нескольких источников, а так же позволять использовать подключение устройств на «горячую» без выключения или перезагрузки ПЭВМ.

Первый непромышленный образец USB порта под кодовым индексом 1.0 с возможностью передачи данных до 12 мбит/с. был представлен в конце 1995 – начале 1996 годов. В середине 1998 года порт был доработан автоматическим поддержанием скорости для стабильного соединения и мог работать на скорости 1,5 мбит/с. Его модификация стала USB 1.1. Начиная с середины 1997 года, были выпущены первые материнские платы и устройства с этим разъемом. В 2000 году появился USB 2.0, поддерживающий скорость 480 мбит/сек. Основной принцип разработки – возможность подключения к порту старых устройств на основе USB 1.1. В это же время появляется первая флешка на 8 мегабайт под этот порт. 2008 год с доработками контроллера USB по скорости и мощности ознаменовался выходом 3-й версии порта, с поддержкой передачи данных на скорости до 4,8 Гбит/сек.

Основные понятия и сокращения, применяемые при распиновке USB разъемов

VCC (Voltage at the Common Collector) или Vbus – контакт положительного потенциала источника питания. Для USB устройств составляет +5 Вольт. В радиоэлектрических схемах данная аббревиатура соответствует напряжению питания биполярных NPN и PNP транзисторов.

GND (Ground) или GND_DRAIN – минусовой контакт питания. В аппаратуре (в том числе и материнских платах) соединен с корпусом для защиты от статического электричества и источника внешних электромагнитных помех.

D- (Data -) - информационный контакт с нулевым потенциалом, относительно которого происходит передача данных.

D+ (Data +) – информационный контакт с логической «1», необходимый для передачи данных от хоста (ПЭВМ) к устройству и наоборот. Физически, процесс представляет собой передачу положительных прямоугольных импульсов разной скважности и амплитудой +5 Вольт.

Male – штекер разъема USB, в народе именуемый, как «папа».

Female – гнездо разъема USB или «мама».

Series A, Series B, mini USB, micro-A, micro-B, USB 3.0 – различные модификации разъемов USB устройств.

RX (receive) – прием данных.

TX (transmit) – передача данных.

-StdA_SSRX – отрицательный контакт для приема данных в USB 3.0 в режиме SuperSpeed.

+StdA_SSRX – положительный контакт для приема данных в USB 3.0 в режиме SuperSpeed.

-StdA_SSTX – отрицательный контакт для передачи данных в USB 3.0 в режиме SuperSpeed.

+StdA_SSTX – положительный контакт для передачи данных в USB 3.0 в режиме SuperSpeed.

DPWR – разъем дополнительного питания для устройств USB 3.0.

Распиновка USB разъема

Для спецификаций 1.x и 2.0 распиновкаUSB разъема идентична.

Как видим из рисунка на 1 и 4 ноге присутствует напряжение питания периферии подключаемого устройства, а по контактам 2 и 3 происходит передача информационных данных. В случае использования пятиконтакного разъема micro-USB, то следует руководствоваться следующим рисунком.

Как видим, использование 4 вывода в стандартной спецификации не предусмотрено. Однако, иногда 4 контакт применяется для подачи положительного питания на устройство. Чаще всего, это энергоемкие потребители с током, стремящимся к предельно допустимому для разъема USB 2.0, о чем будет сказано ниже. Согласно стандарту, каждый провод имеет свой цвет. Так плюсовой контакт питания соединен красным проводом, минусовой – черным, сигнал data- идет по белому, а положительный информационный сигнал data+ по зеленому. Кроме того, для защиты устройств от внешнего влияния качественные кабеля используют экранирование металлических частей разъемов посредством замыкания внешней металлизированной оплетки кабеля на корпус. Другими словами, экран кабеля может соединяться с минусом питания разъема (но это условие не обязательное). Использование экрана позволяет улучшить стабильность передачи данных, увеличить скорость и применить большую длину кабеля к устройству.

В случае применения micro-USB – OTG кабеля к планшету, 4-й неиспользуемый контакт соединяется с минусовым проводом. Схема кабеля наглядно представлена рисунком с 4pda.ru. В данном случае категорически запрещено подавать положительное питание на 4-й контакт разъема, что влечет за собой выход из строя либо контроллера USB порта, либо поломку контроллера OTG!

Что касается спецификации USB 2.0 разъема, то ниже представлена таблица основных характеристик.

Так же спецификация указывает, что для фильтрации полезного сигнала максимальная емкость между информационной шиной Data и отрицательным контактом питания (массой) допускается применение емкости номиналом до 10uF (минимум 1uF). Больше номинал конденсатора использовать не рекомендуется, поскольку на скоростях, близких к максимальным, происходит затягивание фронтов импульсов, что приводит к потере скоростных характеристик USB порта.

При подключении внешних разъемов USB портов к материнской плате стоит особое внимание уделить к правильности соединения проводов, поскольку не так страшно перепутать информационные сигналы Data – и Data+, сколько опасно поменять местами питающие провода. В этом случае из опыта ремонта электронного оборудования чаще приходит в негодность подключаемое устройство! Схему соединений необходимо смотреть в инструкции к материнской плате.

Остается добавить, что для реализации кабелей подключаемых устройств разъема USB 2.0 утвержден стандарт сечений каждого провода в шнуре.

В качестве AWG выступает американская система маркировки сечения провода.

Теперь перейдем к рассмотрению порта USB 3.0

Вторым названием USB 3.0 порта есть USB Super Speed, за счет возросшей скорости передачи данных до 5 Гб/сек. Для увеличения скоростных показателей инженеры применили полнодуплексную (двупроводную) передачу, как отправленных данных, так и принимаемых. За счет этого в разъеме появилось 4 дополнительных контакта -/+ StdA_SSRX и -/+StdA_SSTX. Кроме того, возросшие скорости потребовали применения нового типа контроллера с большим энергопотреблением, что привело к необходимости использования дополнительных контактов питания в USB 3.0 разъеме (DPWR и DGND). Новый тип разъема стал именоваться, как USB Powered B. В отступлении скажем, что первые китайские флешки под этот разъем были выполнены в корпусах без учета тепловых характеристик их контроллеров и, как результат, сильно грелись и выходили из строя.

Практическая реализация USB 3.0 порта позволила достигнуть скорости обмена данными на уровне 380Мбайт/cек. Для сравнения порт SATA II (подключение жестких дисков) способен передавать данные на скорости 250Мбайт/cек. Применение дополнительного питания позволило использовать на гнезде устройства с максимальным потреблением тока до 900mA. Так может подключиться либо одно устройство, либо до 6 гаджетов с потреблением по 150mA. При этом минимальное напряжение работы подключаемого устройства может снижаться до 4V. В следствие увеличения мощности разъема инженерам пришлось ограничить длину USB 3.0 кабеля до 3м., что является несомненным минусом данного порта. Ниже мы приводим стандартную спецификацию порта USB 3.0

Распиновка USB 3.0 разъема выглядит следующим образом:

Полной программной поддержкой спецификации USB 3.0 обладает операционная система начиная с Windows 8, MacBook Air и MacBook Pro последних версий и Linux с версии ядра 2.6.31. За счет применения в разъеме USB 3.0 Powered-B двух дополнительных контактов питания, возможно подключение устройств с нагрузочной способностью до 1А.

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:

1. Красный VBUS (+), напряжение 5 В, сила тока 0,5 А.
2. Белый (-), D-.
3. Зеленый (+), D+.
4. ID – для типа А замыкают на GND, для поддержания функции OTG, а для типа B не задействуют.
5. 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 3.0 типы A и B

Шина версии 3.0 имеет подключение по 10 или 9 проводам. 9 контактов используется, если отсутствует провод Shield. Расположение контактов выполняется таким образом, чтобы можно было подключать устройства ранних модификаций.

Распайка USB 3.0:

• A – штекер;
• B – гнездо;
• 1, 2, 3, 4 – контакты, совпадающие с распиновкой контактов в спецификации 2.0, имеют ту же цветовую гамму;
• 5, 6 контакты для передачи данных по протоколу SUPER_SPEED, имеют обозначение SS_TX- и SS_TX+ соответственно;
• 7 – заземление GND;
• 8, 9 – контактные площадки проводов для приема данных по протоколу SUPER_SPEED, обозначение контактов: SS_RX- и SS_RX+.

Распиновка Micro-USB-разъема

Кабель Micro-USB имеет соединители с 5 контактными площадками. К ним подводится отдельный монтажный провод в изоляции нужного цвета. Чтобы штекер точно и плотно садился в гнездо, верхняя экранирующая часть имеет специальную фаску. Контакты микро-USB пронумерованы цифрами от 1 до 5 и читаются справа налево.

Распиновки коннекторов микро- и мини-USB идентичны, представлены в таблице:

Экранирующий провод не припаивается ни к одному контакту.

Распиновка Mini-USB

Разъемы Mini-A и Mini-B появились на рынке в 2000 году, использовали стандарт USB 2.0. К сегодняшнему дню мало используются из-за появления более совершенных модификаций. Им на смену пришли микросоединители и модели ЮСБ типа C. В разъемах мини используется 4 экранированных провода и ID-функция. 2 провода используют для питания: питающий +5 В и заземление GND. 2 провода для приема и отправки дифференциальных сигналов данных, обозначаются D+ и D-pin. Data+ и Data- сигналы передаются по витой паре. D+ и D-работают всегда вместе, они не являются отдельными симплексными соединениями.

В USB-разъемах используется 2 вида кабелей:

• экранированный, 28 AWG витая, мощность 28 AWG или 20 AWG без скрутки;
• неэкранированный, 28 AWG без скрутки, мощность 28 AWG или 20 AWG без скрутки.

Длина кабеля зависит от мощности:

• 28 – 0,81 м;
• 26 – 1,31 м;
• 24 – 2,08 м;
• 22 – 3,33 м;
• 20 – 5 м.

Многие производители цифровой техники разрабатывают и комплектуют свою продукцию разъемами другой конфигурации. Это может вызвать сложности с зарядкой мобильного телефона или других аппаратов.

Во многих наших мобильных устройствах для зарядки и синхронизации используется разъём mini-USB. Закреплён он внутри крепко, но при неаккуратном использовании, то есть при дёрганьях за шнур, когда устройство заряжается, при падении устройства и повисании на USB-проводе данный разъём может отвалиться. Как раз такое устройство автор данных строк и взял на ремонт. Это был Shturmann Link 500.

Поставим на место mini-USB разъём

Первым делом нужно добраться до платы, где разъём был припаян, так чтобы возможно было подлезть туда паяльником. В моём случае (GPS-навигатор) пришлось его разобрать и вытащить материнскую плату.

Когда отвалившийся разъём и место пайки стали нам доступны можно приступать. Смотрим как держался разъём: он держался на пайке корпуса в четырёх местах, на пайке самих контактов и на клею с двух сторон с боков корпуса. Сначала залужаем места пайки разъёма, если необходимо, сглаживаем паяльником места на плате, только аккуратно, 5 контактов находятся совсем близко друг к другу. Перед посадкой разъёма на своё место было бы неплохо его приклеить, например на плавящийся клей термоклеевого пистолета, но лучше на какой-нибудь эпоксидный клей или что-нибудь ещё попрочнее, но не рекомендую на суперклей сажать, ибо он схватывается быстро и оторвать разъём в случае неудачной пайки будет сложно. Итак, мы сажаем разъём на своё место на клей, теперь нам надо припаять 5 контактов к своим местам, умудрившись не перемкнуть ни одну пару из них. Если нету паяльника с очень тонким жалом, то это будет непросто, пришлось несколько раз перепаивать до достижения желаемого результата. Когда все 5 контактов аккуратно припаяны остаётся припаять корпус разъёма в четырёх местах, как он и был припаян ранее, после чего можно с боков дополнительно залить клеем.

Разъём с боковых сторон может плохо припаиваться. В этом случае его припаиваемые поверхности нужно зачистить и залудить.

Теперь подключаем устройство к компьютеру и проверяем всё ли работает как надо. Если всё хорошо, то собираем устройство и продолжаем им пользоваться.

Универсальные USB-шины являются одним из наиболее популярных компьютерных интерфейсов. Они дебютировали еще в 1997 году, а спустя всего три года появилась новая модификация (2.0), ускоренная в 40 раз по сравнению с изначальной. Однако, несмотря на такой прогресс, производители поняли, что скорости все равно недостаточно для использования внешних жестких дисков и прочих скоростных устройств. И вот сегодня появился новый USB-интерфейс (тип 3.0). Новый стандарт превысил скорость предыдущей версии (2.0) в 10 раз. Эта статья посвящена такому вопросу, как распайка USB-разъема. Эта информация может пригодиться радиолюбителям, которые самостоятельно изготавливают какие-либо USB-переходники или устройства, получающие питание через USB-шину. Кроме того, рассмотрим, что представляет собой распайка USB-разъема типа микро-USB и мини-USB.

Описание

Многие радиолюбители сталкивались с проблемой, когда неверно подсоединенный порт USB-шины приводил к сгоранию флешнакопителей и периферийных устройств. Во избежание таких ситуаций необходимо, чтобы распайка USB-разъема была осуществлена правильно, согласно принятым стандартам. Разъем типа USB 2.0 представляет собой плоский коннектор с четырьмя контактами, он имеет маркировку AF (BF) - «мама» и АМ (ВМ) - «папа». Микро-USB имеют такую же маркировку, только с приставкой micro, а устройства типа мини, соответственно, - приставку mini. Последние два вида отличаются от стандарта 2.0 тем, что в этих разъемах используется уже 5 контактов. И, наконец, самый последний тип - это USB 3.0. Внешне он похож на тип 2.0, однако в таком коннекторе используется целых 9 контактов.

Распиновка разъемов типа USB

Распайка USB-разъема 2.0 имеет следующий вид:

Первый провод (красный цвет), на него подается напряжение питания постоянного тока +5 В;

Второй контакт (белый цвет), его используют для (D-);

Третий провод (зеленый цвет), он также предназначен для передачи информации (D+);

Четвертый контакт (черный цвет), на него подается ноль напряжения питания, еще его называют общим проводом.

Как уже писалось выше, типы микро и мини - это пятиконтактный разъем USB. Распайка такого коннектора идентична типу 2.0, кроме четвертого и пятого выводов. Четвертый контакт (сиреневый цвет) - это ID. В разъемах типа В его не задействуют, а в коннекторах типа А замыкают на общий провод. Последний, пятый вывод (черный цвет) - это ноль напряжения питания.

типа 3.0

Первые четыре контакта полностью идентичны стандарту 2.0, на них мы останавливаться не будем. Пятый контакт (синего цвета) используют для передачи информации со знаком минус USB3 (StdA_SSTX). Шестой вывод - то же самое, но со знаком плюс (желтый цвет). Седьмой - дополнительное заземление. Восьмой контакт (фиолетовый цвет) предназначен для приема данных USB3 (StdA_SSRX) со знаком минус. И, наконец, последний девятый - то же самое, что и седьмой, но со знаком плюс.

Как делается распайка USB-разъема для зарядки?

Любое зарядное устройство использует из USB-коннектора всего два провода: + 5В и общий контакт. Поэтому, если вам необходимо подпаять к «зарядке» разъем типа USB 2.0 или 3.0, значит, следует использовать первый и четвертый контакты. Если вы применяете типы мини или микро, в таком случае подпаиваться необходимо на первый и пятый выводы. Самое главное при подаче напряжения питания - это соблюсти полярность прибора.