Распиновка USB: расположение контактов и особенности классификации

Стандарт универсальной последовательной шины, иначе USB, был разработан в далёком 1996  году как класс, унифицирующий разъёмы и снижающий энергопотребление. Так компаниям-разработчикам оборудования и персональных компьютеров удалось избавиться от многообразия кабелей и разъёмов, а также упростить взаимодействие пользователя с ПК. С тех пор спецификация была несколько раз обновлена, получила различные форм-факторы, соответственно, менялось количество контактов и их расположение. Сегодня мы расскажем о расположении этих контактов в спецификации USB или их распиновке.

Виды USB-разъёмов

Среди пользователей имеет место путаница между разъёмами и версиями спецификаций. Тип разъёма — это форм-фактор, то есть физическая форма разъёма. Основных существует три: A, B и C. Типы A и B могут иметь версии micro и mini.

A – стандартный вид для ПК. Флешки, внешние диски и принтеры со стороны компьютера чаще всего подключаются именно с помощью него. Его подвиды micro и mini встречаются крайне редко. А вот тип B – наоборот. Его классический форм-фактор встречается редко, в основном, в принтерах. Зато его подвиды micro и mini получили широкое распространение. Если ваш смартфон подключается с помощью micro USB, то это — тип B. Вообще, тип B регламентирован спецификацией как разъём для использования на стороне периферийного устройства.

Тип С — это новый тип разъёма, который впервые был описан в 2014 году. В нём наконец-то решили проблему симметричности контактов, то есть штекер можно вставить в гнездо правильно с первого раза.

Теперь о версиях спецификаций: USB 3.0, USB 2.0. Цифры в названиях показывают версии спецификации. То есть, это описание работы алгоритмов интерфейса, которое используют производители устройств. Последняя действующая на сегодняшний день версия — 3.2. В 2019 году также ожидается публикация спецификации 4.

Распайка USB кабеля по цветам

Так как спецификаций имеется много, а тип разъёма накладывает свои ограничения на размещение контактов, то и распиновка отличается от версии к версии. Стало быть, и разбирать их надо по отдельности.

Распиновка USB 2.0

«Классика» разъёмов USB 2.0 предусматривает 4 контакта, а мини и микроверсии — 5. В любом случае, данные передаются по двум из них. Обычно их отмечают на схемах как D- и D+. Им соответствуют зелёный и белый цвета кабелей. В стандартных A и B может быть золотой, который на деле выглядит просто жёлтым. Два контакта отвечают за питание. По одному проводится напряжение в 5 В. Цвета кабелей — красный и оранжевый.

Второй может называться «минус» или просто «земля». Он имеет традиционный цвет — чёрный или синий. На схемах отмечается как GND. Для микро и мини версий USB пятый контакт нужен для поддержки стандарта OTG – подключения к мобильным устройствам периферии. Он не используется в типе B и замыкается на землю в типе А именно для поддержки OTG.

Распиновка USB 3.0

Спецификация 3.0 была полностью сформирована в 2008 году. При изготовлении устройств и кабелей принято использовать синий пластик для цветового оформления штекеров и разъёмов. Реже — красный. С помощью новых алгоритмов передачи данных была увеличена скорость передачи информации, сила тока и добавлено 5 контактов. Таким образом, всего контактов на USB 3.0 – 9, в отличие от  USB 2.0, где их 4. При этом, оба стандарта полностью совместимы — просто лишние контакты становятся неактивными. Также для USB были частично переработаны формы разъёмов. Внешне тип А остался таким же, но добавились контакты. Тип B, а также версии mini и micro конструктивно изменились. Новый симметричный разъём типа C поддерживает USB 3.0 полностью.

4 контакта в типах A и B перешли от версии 2.0. Это «земля», +5 В и два для передачи данных. Они и определяют обратную совместимость. Новые 5 включают в себя два для приёма данных по SuperSpeed, два для передачи по SuperSpeed и ещё один — «земля».

Коренным образом поменялось расположение контактов на разъёме типа C. Всего в нём 24 контакта. Для симметричности, 12 дублируют другие 12. То есть, как ни воткни, работать устройство всё равно будет. Два центральных контакта из 12 повторяют контакты USB 2.0 для передачи данных. Собственно, USB 2.0 также может быть реализован в типе C. Однако, это редкость. Два крайних контакта проводят «землю». 4 отведено для высокоскоростной передачи и приёма данных. Ещё два нужны для питания. Оставшиеся два контакта являются конфигурационным и дополнительным каналом.

Распиновка USB на материнской плате

По умолчанию, на материнских платах уже есть выведенные порты USB на задней панели. Но дополнительно практически всегда присутствуют штыревые выходы, например, для передней панели системного блока. В подключении нет ничего сложного. Встречаются два варианта коммутации. Это может быть набор фишек для вставки в штырьки, либо используется целый блок. Один набор штырей на плате рассчитан на два USB-разъёма. Для версии 2.0 используется 9 контактов, для 3.0 — 19. Если подключение происходит с помощью набора фишек, то можно использовать всего четыре контакта для одного разъёма, а в случае с 3.0 — 9.

Назначение контактов на материнской плате строго регламентировано. Обе линии имеют один и тот же набор, исключение составляет пятый контакт, который служит своеобразным маяком, чтобы не подключить блок неправильно. Если он находится справа, то самая крайняя левая пара контактов отвечает за передачу питания, затем две пары для данных и правая — земля. Можно ориентироваться и по надписям на фишках, и по цветам. Хотя последний способ не так надёжен.

Изучать назначение контактов для USB 3.0 на плате не имеет смысла, так как разработчики максимально упростили подключение. Для этого используется фишка со всем необходимым комплектом контактов, воткнуть который неправильно практически невозможно.

Вообще, распиновка USB постепенно уходит в прошлое. Актуальным было знать размещение контактов для версий 1.0 и 2.0. Затем же кабели и разъёмы стали всё больше унифицироваться и проектироваться с наименьшими для пользователей проблемами при подключении. Большинству из них вообще никогда не придётся сталкиваться с ручной установкой или пайкой контактов. Это, скорее, удел радиолюбителей и «гиков».

Если вы владеете знаниями или собственным опытом по подключению USB разных версий, то можете поделиться им в комментариях.