Какие различия между разъемами USB 2.0, 3.0, 3.1 и 3.2. Как изменялось количество контактов и скорость передачи данных. Что такое USB Type-C и какие у него преимущества. Как реализовать интерфейс USB в своих проектах.
Эволюция стандартов USB: от USB 2.0 до USB 4.0
Универсальная последовательная шина (USB) прошла долгий путь развития с момента своего появления. Рассмотрим основные вехи эволюции этого интерфейса:
- USB 2.0 (2000 год) — «High Speed», скорость до 480 Мбит/с
- USB 3.0 (2008 год) — «SuperSpeed», до 5 Гбит/с
- USB 3.1 (2013 год) — «SuperSpeed+», до 10 Гбит/с
- USB 3.2 (2017 год) — до 20 Гбит/с
- USB 4.0 (2019 год) — до 40 Гбит/с
Каждое новое поколение USB приносило увеличение скорости передачи данных и расширение функциональности. При этом сохранялась обратная совместимость с предыдущими версиями.
Распиновка разъемов USB 2.0 и 3.0
Разъемы USB 2.0 и 3.0 имеют разное количество контактов:
- USB 2.0: 4 контакта (питание, земля, D+, D-)
- USB 3.0: 9 контактов (добавлены линии для SuperSpeed)
Дополнительные контакты в USB 3.0 обеспечивают более высокую скорость передачи данных и увеличенную мощность. При этом сохраняется совместимость с USB 2.0.
USB Type-C: универсальный разъем нового поколения
USB Type-C — это универсальный разъем, пришедший на смену различным вариантам USB-A и USB-B. Его основные преимущества:
- Симметричная конструкция (можно вставлять любой стороной)
- Компактные размеры
- Поддержка высоких скоростей передачи данных (до 40 Гбит/с)
- Возможность передачи большой мощности (до 100 Вт)
- Поддержка альтернативных режимов (видео, Thunderbolt и др.)
Разъем USB-C содержит 24 контакта, что позволяет реализовать широкий спектр функций.
Реализация интерфейса USB 2.0 через разъем Type-C
Для реализации USB 2.0 через разъем Type-C достаточно использовать следующие контакты:
- VBUS — питание +5В
- GND — земля
- D+ и D- — линии данных
- CC1 и CC2 — линии конфигурации
Линии CC используются для определения ориентации кабеля и согласования параметров соединения. Остальные контакты Type-C при этом не задействуются.
Особенности реализации USB 3.0/3.1 через Type-C
Для реализации USB 3.0/3.1 через Type-C дополнительно используются:
- TX1+/- и RX1+/- — высокоскоростные линии передачи/приема данных
- SSTX+/- и SSRX+/- — дополнительные линии для SuperSpeed
- SBU1 и SBU2 — дополнительные линии для альтернативных режимов
Ориентация кабеля определяет, какая пара TX/RX будет использоваться. Это обеспечивает универсальность разъема Type-C.
Подача питания через USB: от 2.5 Вт до 100 Вт
Возможности подачи питания через USB значительно расширились:
- USB 2.0: до 2.5 Вт (5В, 0.5А)
- USB 3.0: до 4.5 Вт (5В, 0.9А)
- USB Power Delivery: до 100 Вт (20В, 5А)
USB Power Delivery (PD) — это протокол, позволяющий устройствам согласовывать параметры питания. С его помощью через USB можно заряжать даже мощные ноутбуки.
Альтернативные режимы USB Type-C
Разъем USB Type-C поддерживает так называемые альтернативные режимы, позволяющие передавать через него нестандартные сигналы:
- DisplayPort — передача видео
- HDMI — передача видео и аудио
- Thunderbolt 3 — высокоскоростной интерфейс
- MHL — подключение мобильных устройств
Это делает Type-C универсальным разъемом, способным заменить множество специализированных интерфейсов.
Проектирование устройств с USB Type-C: на что обратить внимание
При разработке устройств с интерфейсом USB Type-C следует учитывать ряд моментов:
- Правильный выбор контроллера USB в зависимости от требуемой функциональности
- Реализация схемы определения ориентации кабеля и конфигурации соединения
- Обеспечение необходимой развязки высокоскоростных сигнальных линий
- Реализация поддержки USB Power Delivery при необходимости
- Учет требований к компоновке печатной платы для высокоскоростных интерфейсов
Тщательное проектирование позволит в полной мере реализовать возможности современных стандартов USB.
Выбор контроллера USB
Выбор подходящего контроллера USB — ключевой момент при разработке устройства. Основные критерии выбора:
- Поддерживаемая версия USB (2.0, 3.0, 3.1)
- Режим работы (хост, устройство, OTG)
- Наличие встроенного PHY
- Поддержка USB Power Delivery
- Наличие драйверов для целевой операционной системы
Для простых устройств может подойти контроллер USB 2.0, а для высокоскоростных потребуется полноценный контроллер USB 3.1.
Определение ориентации кабеля
Разъем USB Type-C может быть подключен в двух ориентациях. Как определить текущую ориентацию?
- Контакты CC1 и CC2 используются для определения ориентации
- В зависимости от ориентации на одном из CC будет напряжение, на другом — нет
- По состоянию CC также определяется тип подключенного устройства
Эту функцию обычно реализует специализированный контроллер USB Type-C.
Развязка сигнальных линий
Для обеспечения целостности сигналов в высокоскоростных интерфейсах USB 3.0/3.1 критически важна правильная разводка платы:
- Дифференциальные пары должны быть симметричны и согласованы по длине
- Необходимо обеспечить контролируемый импеданс линий (90 Ом дифференциально)
- Следует минимизировать перекрестные помехи между парами
- Рекомендуется использовать развязывающие конденсаторы
Без соблюдения этих правил невозможно достичь максимальных скоростей передачи данных.
Реализация USB Power Delivery
Для поддержки расширенных возможностей подачи питания необходимо реализовать протокол USB Power Delivery:
- Обмен сообщениями PD происходит по линиям CC
- Устройства согласуют допустимые напряжения и токи
- Требуется силовой контроллер для управления напряжением и током
- Необходима защита от перегрузки и короткого замыкания
Реализация PD позволяет создавать универсальные зарядные устройства и источники питания.
Usb разъем мама в категории «Электрооборудование»
Врезной разъем USB Type C — гнездо, мама
Доставка по Украине
60 грн
Купить
Разъем USB Type C — гнездо, мама
Доставка по Украине
15 грн
Купить
Комплект репитер GOBOOST LINTRATEK GSM 900 МГц, 65 dBi, с экраном, разъем N-мама, 2G 4G LTE
На складе
Доставка по Украине
3 700 грн/комплект
Купить
Разъем MICRO USB гнездо мама
Доставка по Украине
15 грн
Купить
Монтажный разъем micro USB — гнездо мама
Доставка по Украине
35 грн
Купить
Розетка usb Разъем переходник в стену USB 3.0 модуль плата usb 3.0 мама usb 3.0 мама удлинитель соединитель
Доставка по Украине
242 грн
Купить
Соединитель micro USB мама to micro USB мама 30см кабель
Доставка по Украине
242 грн
Купить
Роз’єм USB 2,0 «мама» на плату, вертикальний
Доставка по Украине
69 грн
Купить
Разъём гнездо Type-C USB 3.
1 на плате мама
На складе
Доставка по Украине
29 грн
Купить
Разъем USB мама в корпусе
На складе в г. Умань
Доставка по Украине
10 грн
Купить
Плата переходник с разъемом mini USB мама, 5 коннекторов
На складе в г. Одесса
Доставка по Украине
26.6 — 29 грн
от 2 продавцов
29 грн
Купить
Плата переходник с разъемом USB type b мама, 4 коннектора
На складе в г. Одесса
Доставка по Украине
53.9 — 58 грн
от 2 продавцов
58 грн
Купить
Плата переходник с разъемом USB мама, 4 коннектора
На складе
Доставка по Украине
26.6 — 29 грн
от 2 продавцов
29 грн
Купить
Переходник штекер PS/2 папа — USB A мама Позволит подключить Вашу USB мышку к ПК со старым разъемом PS/2 на м
На складе
Доставка по Украине
85 грн
Купить
Швейцарский эргономичный городской рюкзак Венгер СвисГир 8810 с USB, разъёмом под наушники, для путешествий OT
На складе
Доставка по Украине
904 — 940 грн
от 2 продавцов
1 808 грн
904 грн
Купить
Смотрите также
Коннектор USB Type A гнездо с кожухом ЮСБ мама разборное тип А разъем штекер USB 2.
0 female
Доставка по Украине
13 грн
Купить
Веб-камера USB с разрешением 1080P Full HD | вэб камера со встроенным микрофоном и ЮСБ разьёмом | Webcam 1080p
На складе в г. Киев
Доставка по Украине
658 грн
558 грн
Купить
Рюкзак городской SwissGear-Black для ноутбука, с чехлом от дождя, разъем USB и AUX + Часы SwissArmy SPT
Доставка из г. Киев
1 925 грн
1 392 грн
Купить
Рюкзак городской SwissGear-Black для ноутбука, с чехлом от дождя, разъем USB и AUX + Монокуляр 16×52 SPT
Доставка из г. Киев
2 214 грн
1 681 грн
Купить
Рюкзак городской SwissGear универсальный, для ноутбука, чехол от дождя, разъем USB и 3.5 jack Черный SPT
Доставка из г. Киев
1 636 грн
1 208 грн
Купить
Рюкзак городской SwissGear-Black для ноутбука, с чехлом от дождя, разъем USB и AUX + Фитнес браслет SPT
Доставка из г. Киев
1 925 грн
1 392 грн
Купить
Рюкзак городской SwissGear-Black для ноутбука, с чехлом от дождя, разъем USB и AUX + Бинокль 30×60 SPT
Доставка из г.
Киев
2 020 грн
1 593 грн
Купить
Разъем USB-A стандартный вилка на кабель под пайку с разборным корпусом (мама)
На складе в г. Одесса
Доставка по Украине
18 грн
Купить
Разъем mini-USB мама DIP (180 град)
Доставка по Украине
29 грн
Купить
Разъем USB B 2.0 UB201 мама гнездо для принтера 137083M
Заканчивается
Доставка по Украине
70 грн
27 грн
Купить
Коннектор micro USB на DIP 2.54 плата с разводкой гнездо разъем штекер микро ЮСБ мама micro-USB female
Доставка по Украине
13 грн
Купить
Беспроводной микрофон для смартфона з разъёмом USB Type-C Savetek GS-M28, 10 метров, 5 часов работы —
Доставка из г. Киев
1 610 грн
1 350 грн
Купить
Налобный Фонарь для Походов/Кемпинга FORCLAZ 6 режимов (400 Люмен) c USB Разъемом Желтый 4263901
На складе в г. Киев
Доставка по Украине
2 899 грн
Купить
Налобный Фонарь для Походов/Кемпинга FORCLAZ Белый и Красный Свет (120 Люмен) c USB Разъемом Зеленый 2974826
На складе
Доставка по Украине
1 089 грн
Купить
USB-разъем c-вид спереди для мамы Royalty Free Vector
Usb-разъем c-вид спереди для мамы Royalty Free Vector
org/BreadcrumbList»>ЛицензияПодробнее
Стандарт Вы можете использовать вектор в личных и коммерческих целях. Расширенный Вы можете использовать вектор на предметах для перепродажи и печати по требованию.Тип лицензии определяет, как вы можете использовать этот образ.
| Станд. | Расшир. | |
|---|---|---|
| Печатный/редакционный | ||
| Графический дизайн | ||
| Веб-дизайн | ||
| Социальные сети | ||
| Редактировать и изменить | ||
| Многопользовательский | ||
| Предметы перепродажи | ||
| Печать по запросу |
Право собственности Учить больше
Эксклюзивный Если вы хотите купить исключительно этот вектор, отправьте художнику запрос ниже: Хотите, чтобы это векторное изображение было только у вас? Эксклюзивный выкуп обеспечивает все права этого вектора.
Мы удалим этот вектор из нашей библиотеки, а художник прекратит продажу работ.
Способы покупкиСравнить
Плата за изображение $ 14,99 Кредиты $ 1,00 Подписка 9 долларов0082 0,69 Оплатить стандартные лицензии можно тремя способами. Цены составляют
| Оплата с помощью | Цена изображения |
|---|---|
| Плата за изображение $ 14,99 Одноразовый платеж | |
| Предоплаченные кредиты $ 1 Загружайте изображения по запросу (1 кредит = 1 доллар США). Минимальная покупка 30р. | |
| План подписки От 69 центов Выберите месячный план. Неиспользованные загрузки автоматически переносятся на следующий месяц. | |
Способы покупкиСравнить
Плата за изображение $ 39,99 Кредиты $ 30,00 Существует два способа оплаты расширенных лицензий.
Цены составляют $ $.
| Оплата с помощью | Стоимость изображения |
|---|---|
| Плата за изображение $ 39,99 Оплата разовая, регистрация не требуется. | |
| Предоплаченные кредиты $ 30 Загружайте изображения по запросу (1 кредит = 1 доллар США). | |
Оплата
Плата за изображение $ 499Дополнительные услугиПодробнее
Настроить изображение Доступно только с оплатой за изображение 9 долларов0082 85,00Нравится изображение, но нужно всего лишь несколько модификаций? Пусть наши талантливые художники сделают всю работу за вас!
Мы свяжем вас с дизайнером, который сможет внести изменения и отправить вам изображение в выбранном вами формате.
Примеры
- Изменить текст
- Изменить цвета
- Изменить размер до новых размеров
- Включить логотип или символ
- Добавьте название своей компании или компании
Включенные файлы
Подробности загрузки.
..
- Идентификатор изображения
- 37229458
- Цветовой режим
- RGB
- Художник
- ДедушкаИскусство
USB Type C (и USB 2.0, 3.0, 3.1 и 3.2)
24 апреля 2020 г., 16:33
До 2019 года я использовал только USB 2.0 в своих схемах, но для проекта заказчика мне пришлось внедрить сверхскоростное устройство USB 3.1 с разъемом типа C. Глядя на стандарты, реализовать интерфейс Type C несложно, но сложнее заставить Superspeed работать надежно. Вот мои заметки в виде краткого руководства по USB для тех, кто добавляет USB Type C в свои проекты.
На изображении выше видно, что порт USB 2.0 имеет внутри всего 4 металлических контакта. (Обычно) синий порт USB 3.0 слева имеет 5 дополнительных контактов перед обычными 4 контактами, что дает этому порту в общей сложности 9 контактов.связи.
Эти дополнительные контакты обеспечивают более высокие скорости и передачу дополнительной мощности.
Ниже приведены контакты порта USB C на ведущем устройстве, таком как компьютер или концентратор:
Распиновка USB C (CC-by-SA 4.0, Flashgamer.com)Как видите, в розетка, но вам не нужно использовать их все. Если вам нужно подать питание на что-то простое, такое как микроконтроллер и некоторые маломощные датчики, вы можете просто подключиться к контактам GND и VBUS. Это даст вам 500 мА мощности, если вы подключите другой конец кабеля к старой машине с USB 2.0 или до 900мА. если вы подключите его к порту USB 3.X с помощью кабеля USB 3. Для многих вещей это все, что вам нужно. Установив резисторы на линиях CC и обнаружив возможности на хосте, вы также можете запросить как 1500 мА, так и 3000 мА.
Эти пределы тока установлены в спецификациях USB. USB 2.0 требует, чтобы ни одно устройство не могло потреблять более 500 мА, поэтому хост не должен предлагать больше тока, чем это.
Вы можете реализовать это с помощью PTC или аналогичного устройства. Это защитит от короткого замыкания кабелей и других проблем. USB 3.0 расширяет это до 900 мА для всех портов. Чтобы обеспечить большую мощность, вам нужно больше меди в кабеле. Это решается путем увеличения количества контактов в разъеме USB с 4 до 9.
Чтобы реализовать интерфейс USB 2.0 в соединении типа C, просто добавьте D+ и D- к разъемам питания. Довольно легко!
Для реализации интерфейса USB 3.0 подключите разъем типа C, как для USB 3.1, согласно приведенному выше рисунку. Ориентация кабеля определяет, какие контакты RX/TX будут использоваться.
Чтобы внедрить USB 3.1, прочтите мою статью о том, как это сделать. Учитывая более высокие скорости и доступные опции, создание устройства 3.1 может быть немного сложнее, чем для предыдущих версий. Вы будете использовать контакты CC для определения ориентации кабеля, мощности, которую может обеспечить хост (ПК, концентратор или аналогичный), и многого другого.
В таблице ниже перечислены необработанные факты о том, что вы можете получить с каждым из стандартов.
| Версия | Имя | Скорость передачи | Мощность | Количество контактов |
|---|---|---|---|---|
| USB 1.0 | Низкая или полная скорость | 1,5 МБ/с | 0,5 А / 2,5 Вт | 4 (земля, D+, D-, 5 В) |
| USB 2.0 | Высокая скорость | 35-40 МБ/с | 0,5 А / 2,5 Вт | 4 (земля, D+, D-, 5 В) |
| USB 3.0 | Суперскорость | 300 МБ/с | 0,9 А / 4,5 Вт | 9 (Земля, D+, D-, 5 В, RX+, RX-, TX+, TX-, GND сток) |
| USB 3.1 | Суперскорость+ | 1200 МБ/с | 0,9 А, 1,5 А или 3 А, до 15 Вт * | 24 |
| USB 3.2 | Суперскорость+ | 2400 МБ/с | 0,9 А, 1,5 А или 3 А, до 15 Вт * | 24 |
USB 4. 0 ** | Суперскорость+ | 4800 МБ/с | 0,9 А, 1,5 А или 3 А, до 15 Вт * | 24 |
*) Системы типа C будут подавать 5 В по умолчанию, но если и хост, и устройство используют USB Power Delivery (PD), вы можете увеличить напряжение до 12 В при 1,5 А (18 Вт), 12 В при 3 А (36 Вт), 12 В при 5 А (60 Вт), 20 В при 3 А (60 Вт) или 20 В при 5 А (100 Вт)
**) USB 4.0 — это пока только спецификация, но первое оборудование должно появиться в конце 2020 года. будет порт USB 3.1. Устройство 2.0 с кабелем 3.0 даст вам только 2.0 скорости и мощности. Чтобы в полной мере воспользоваться преимуществами стандартов выше USB 2.0, необходимо использовать кабель со всеми необходимыми проводами. Разъемы на обоих концах также должны поддерживать одинаковое (или большее) количество контактов. Это может показаться проблемой, но на самом деле это не так. Увеличение количества контактов облегчит вам обнаружение соединения на другом конце.
Если пользователь подключает ваше устройство к порту, мощность которого недостаточна для его правильной работы, вы можете обнаружить это и помочь пользователю подключиться к порту правильного типа.
На самом деле для достижения высоких скоростей, обещанных спецификацией USB 3.2, потребуется очень тщательная компоновка печатной платы и высококачественные кабели.
Беспорядок с именами USB
Чтобы запутать вещи, USB-IF теперь называет USB 3.0 для USB 3.1 Gen 1 и USB 3.1 для USB 3.1 Gen 2. Вероятно, это серьезный случай непонимания технологами того, что мир не вращается. вокруг USB для большинства людей. Им легко запомнить, какой «Gen» идет с какой версией USB, так как они работают с ним каждый день. Попробуйте сказать моей маме или даже моему технически подкованному отцу, чтобы он купил кабель «USB 3.1 Gen 2», и он потеряется. Ужасно видеть это объяснение от производителя карт памяти Kingston, где им приходится использовать большую часть статьи, чтобы привести в порядок этот беспорядок с именами.
Давайте просто сохраним старые названия USB 2.0, USB 3.0 и USB 3.1? Они сообщают нам физический формат и скорость — без дополнительной путаницы.
Обнаружение соединения
Просто измерив напряжение на контактах CC1 и CC2, вы можете узнать, подключено ли что-либо. Вы также можете определить, перевернут ли кабель, и какой тип устройства подключен к другому концу (хост или устройство). У Microchip есть хорошее объяснение того, как читать CC1 и CC2 здесь.
UFP, DFP или DRP?
Если вы создаете хост-устройство (что-то, что является источником питания для других устройств), оно называется нисходящим портом (DFP). Концентратор или ПК — типичный DFP. Если вы создаете устройство (микроконтроллер, источник света, двигатель или любое другое устройство), которому требуется питание, оно называется восходящим портом (UFP). Если ваше устройство может быть и тем, и другим, оно также может быть портом с двойной ролью (DRP).
Подача питания (PD)
Если у вас современный компьютер, вполне вероятно, что он оснащен портом USB C для зарядки.
Используя PD, некоторые разъемы USB C могут передавать до 5 А при 20 В, обеспечивая мощность до 100 Вт. На данный момент мне не нужна такая большая мощность ни в одном из моих проектов, но меня впечатляет, что это даже возможно, учитывая, насколько тонкими являются кабели USB C. Разработка электроники для поддержки PD, по-видимому, была болезненной для первых пользователей, но теперь это становится проще со вторым поколением ИС. Из-за этого не факт, что вы можете использовать любое зарядное устройство типа C для своего компьютера, но ожидайте, что со временем это станет лучше.
Альтернативные режимы
Вы можете использовать не только разъем типа C для USB. Он также может заменить кабель HDMI и Thunderbolt. Они будут «договариваться» между хостом и устройством по 24-контактному кабелю, чтобы проверить, можно ли использовать порт USB для других целей. Для этого, очевидно, потребуется схема для определения возможностей и, если все пойдет хорошо, переключение линий для доставки разных сигналов на обоих концах кабеля.
