Розпіновка USB: все про кольори дротів і схеми підключення для роз'ємів різного типу

USB-інтерфейс — універсальний спосіб підключення найрізноманітніших пристроїв. Флешки, принтери, смартфони, зовнішні диски — для всіх них цей конектор служить надійним мостом, що забезпечує швидкий обмін інформацією та подачу живлення. Але за уявною простотою ховається складна система зв'язків, де кожен дріт і контакт виконує свою важливу функцію. Щоб розібратися в хитросплетіннях розпіновки USB-кабелів, необхідно розуміти значення колірного маркування і схему роз'ємів.

Зміст

• Різновиди USB-роз'ємів
• Колірна схема розпіновки USB
• Особливості розпайки USB 2.0
• Особливості розпайки USB 3.0
• Особливості розпайки USB 4.0
• Micro- і Mini-USB: як влаштовано розпіновку
• Рекомендації щодо вибору та використання USB-кабелів
• Поради з розпіновки USB

Різновиди USB-роз'ємів

З часу своєї появи у 1996 році стандарт пройшов великий шлях. Кожне нове покоління інтерфейсу приносило збільшення швидкості передачі даних і розширення функціональності. При цьому конструкція роз'ємів також зазнавала змін, відповідаючи вимогам компактності та універсальності.

Основні типи USB-роз'ємів, що використовуються сьогодні:

1. Type-A — класичний плоский інтерфейс прямокутної форми. Використовується для підключення периферійних пристроїв до комп'ютера. Забезпечує швидкість до 10 Гбіт/с (3.1) і силу струму до 2.1 А (USB Battery Charging).
2. Type-B — квадратний роз'єм з двома скошеними гранями. Застосовується на периферійних пристроях, як-от принтери і сканери. Підтримує специфікації 2.0 (до 480 Мбіт/с) і 3.0 (до 5 Гбіт/с).
3. Type-C — компактний овальний роз'єм із симетричною конструкцією. Вважається найбільш сучасним і універсальним. Може передавати дані на швидкості до 40 Гбіт/с (USB 4) і забезпечувати струм до 5А за напруги 20В (PD).
4. Lightning — фірмовий роз'єм Apple для смартфонів і планшетів. Має схожі з USB характеристики, але пропрієтарний протокол обміну.

Тоді як USB 1.1 міг передавати дані тільки на швидкості до 12 Мбіт/с, сучасний стандарт 3.2 забезпечує пропускну здатність до 20 Гбіт/с. А в USB 4 планка піднімається до 40 Гбіт/с, що можна порівняти з Thunderbolt 3.

Потужність, доступна для живлення підключених пристроїв, у версії 3.0 зросла до 4.5 Вт (900 мА@5В) порівняно з 2.5 Вт (500 мА@5В) у 2.0. Специфікація USB Battery Charging 1.2 передбачає збільшення струму до 1.5 А, а Power Delivery дозволяє передавати до 100 Вт (5А@20В).

Колірна схема розпіновки USB

Правильне з'єднання має вирішальний вплив на нормальне функціонування USB-пристроїв і кабелів. Щоб полегшити складання та обслуговування, дроти розділили кольорами згідно з їхнім призначенням.

Стандартне маркування:

• червоний — живлення +5В (VCC);
• чорний — земля (GND);
• зелений — дані D+;
• білий — дані D-.

У кабелях стандарту 3.0 додаються додаткові дроти для ліній передачі даних SuperSpeed, які зазвичай отримують синій та жовтий кольори. Для підвищення завадостійкості вводиться загальний екран з фольги або обплетення.

Особливості розпайки USB 2.0

Розпіновка USB 2.0 Type-A:

• VCC (+5В, червоний).
• D- (дані -, білий).
• D+ (дані +, зелений).
• GND (земля, чорний).

Type-B використовує ту саму колірну схему, але отримав квадратну форму та інше розташування контактів.

Під час паяння важливо дотримуватися полярності живлення і не переплутати сигнальні дроти D+ і D-. Порушення розпіновки USB на материнській платі призводить до непрацездатності пристрою або навіть виходу його з ладу.

Особливості розпайки USB 3.0

У USB 3.0 задіяні додаткові контакти для високошвидкісних ліній передачі даних SuperSpeed. При цьому зворотна сумісність з версією 2.0 зберігається — роз'єм містить усі необхідні контакти.

Розпіновка ЮСБ:

• VCC (+5В, червоний).
• D- (дані 2.0 -, білий).
• D+ (дані 2.0 +, зелений).
• GND (земля, чорний).
• StdASSRX- (дані SuperSpeed RX -, синій).
• StdASSRX+ (дані SuperSpeed RX +, жовтий).
• GND (земля, чорний).
• StdASSTX- (дані SuperSpeed TX -, фіолетовий).
• StdASSTX+ (дані SuperSpeed TX +, помаранчевий).

Версія 3.0 висуває підвищені вимоги до якості кабелю і роз'ємів. Для зменшення наведень і спотворень сигналу під час передачі на високій частоті використовуються диференціальна пара і ретельне екранування дротів.

Особливості розпайки USB 4.0

Роз'єми USB 4 уніфіковані під стандарт Type-C. Вони мають симетричну конструкцію з дворядним розташуванням 12 контактів на кожному боці. Таке рішення дало змогу домогтися компактності, зручності та сумісності з різним обладнанням.

Розпіновка роз'єму USB Type-C:

• A1, B12 — GND;
• A2, B11 — SSTXp1, SSTXp2;
• A3, B10 — SSTXn1, SSTXn2;
• A4, A9, B4, B9 — VBUS;
• A5, B8 — CC1, CC2;
• A6, B7 — Dp1, Dp2;
• A7, B6 — Dn1, Dn2;
• A8, B5 — SBU1, SBU2.

Для реалізації всіх можливостей USB 4.0 потрібні якісні марковані кабелі з точним дотриманням специфікацій з хвильового опору, цілісності сигналів і рівня перешкод.

Micro- і Mini-USB: як влаштовано розпіновку

Роз'єми Micro-USB і Mini-USB набули великого поширення завдяки компактним розмірам. Вони використовувалися у смартфонах, планшетах, фотоапаратах, зовнішніх дисках до переходу індустрії на універсальний формат USB Type-C.

Основні відмінності між Micro-USB і Mini-USB:

• Micro-USB отримав тонший профіль (1.8 мм проти 3.0 мм у Mini-USB);
• в Micro-USB додано 5-й контакт (ID) для реалізації Host-функціоналу;
• Micro-USB розрахований на більшу кількість циклів підключення (10000 проти 5000).

Розпіновка Micro/Mini-USB:

1. VCC (+5В, червоний).
2. D- (дані -, білий).
3. D+ (дані +, зелений).
4. ID (детектування режиму Host/Slave).
5. GND (земля, чорний).

Основні правила монтажу Micro/Mini-USB:

• дотримуватися полярності живильних контактів (VCC, GND);
• не переплутати сигнальні лінії D+ і D-;
• акуратно приклеїти роз'єм до плати перед пайкою;
• підпаяти додаткові кріплення корпусу інтерфейсу до мікросхем.

Також варто візуально перевіряти якість пайки контактів.

Рекомендації щодо вибору та використання USB-кабелів

Під час вибору USB-кабелю потрібно звертати увагу на:

• підтримувану версію специфікації (USB 2.0/3.0/3.1/4.0);
• тип роз'ємів (A, B, C, mini, micro);
• якість дротів та інтерфейсів;
• відповідність довжини кабелю специфікації;
• наявність екранування і феритових фільтрів.

Занадто довгі кабелі призводять до загасання сигналів і зниження стабільності з'єднання. Максимальні допустимі значення для 2.0 становить 5 м, для 3.0 — 3 м.

Поради з розпіновки USB

Для успішної збірки і ремонту кабелів USB будуть потрібні:

• паяльник 25–40 Вт із загостреним жалом;
• кусачки для зачищення дротів;
• ніж для оброблення кабелю;
• пінцет для фіксації роз'єму;
• мультиметр для прозвонки контактів;
• ізоляційна стрічка і термоусадочна трубка;
• припій ПОС-61 і флюс.

Порядок розпаювання USB:

1. Відрізати кабель необхідної довжини і зачистити зовнішню ізоляцію на 1–2 см.
2. Розділити дроти за кольорами і зачистити їхні кінці на 2–3 мм.
3. Залудити контакти роз'єму і облуджені дроти.
4. Припаяти дроти до відповідних контактів, дотримуючись розпіновки USB на материнці.
5. Перевірити якість пайки на відсутність холодних спаїв і замикань.
6. Обгорнути місце пайки ізоляційною стрічкою і зафіксувати термоусадкою.
7. Продзвонити зібраний кабель мультиметром.
8. Перевірити працездатність краще відразу на цільовому пристрої. Рекомендується протестувати як обмін даними, так і зарядку.

Дотримуючись наведених порад, можна самостійно виготовити якісний USB-кабель з потрібною розпіновкою. Грамотна робота з кольоровим маркуванням дротів і розуміння призначення кожного контакту в роз'ємах дає змогу реалізувати будь-які проєкти, чи то відновлення старого шнура, чи то створення нового перехідника.