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.

30 августа 2013 в 12:26

Чиним USB-шнур на коленке

• Электроника для начинающих

Предыстория

В связи с учебой за границей, пришлось пересесть полностью на ноутбук. С собой взял свою геймерскую мышку SS Kana. Само собой, проводная мышь не рассчитана на частые перемещения, со временем шнур стал заламываться у самого основания, все чаще контакт стал пропадать. В течение последних трех месяцев я старался поддерживать работоспособность мышки, даже перестал брать её на занятия, но наступил день П, и контакт пропал окончательно; никакие манипуляции уже не давали результата.
Мои Жадность за дорогую мышку и Лень идти покупать новую сплотились против меня и заставили чинить контакт. Сразу оговорюсь, что данную статью пишу пост-фактум, пошагово я ничего не записывал, но я покажу на примере, как это делается. Качество фотографий оставляет желать лучшего, но суть уловить можно.

Оборудование

Нож. Все. Изоленты или каких-нибудь инструментов у меня под рукой нет.
Обычный кухонный нож. Достаточно острый, чтобы без проблем резать изоляцию.
Первоначальный вариант включал в себя пайку казеным паяльником, полученным в универе, однако в силу некоторых обстоятельсв, которые я опишу далее, пришлось все переделывать заного.

Первоначальный вариант

Как я уже сказал, кабель переломился у самого основания. Чтобы хоть немного получить места, я обстрогал ножом штекер и зачистил все четыре провода. Оплетку кабеля скрутил и отвернул в сторону, после чего отправился в универ за паяльником. Мне дали старенький паяльник, катушку с миллиметровым припоем и баночку с флюсом. Опыт пайки у меня есть, поэтому получилось нормально. Единственный недостаток - так как все четыре провода очень короткие, расположены на одном уровне, а изоляции у меня не было, получилась своеобразная «розочка» из проводов, торчащих в разные стороны. Однако, пробный запуск оказался удачным - мышка ожила, и я, гордый собой, вернулся в общежитие.
Но там меня ждало разочарование. Не вдаваясь в подробности, у меня, скорее всего, коротнули черный и красный провода и ноут заблокировал USB-гнездо. Поэтому что бы я дальше не делал, мышка не реагировала.
Я, пытаясь разобраться, стал грешить на оплетку (что она коротит провода), даже отрезал её, он ничего не помогло. В итоге, я полностью отрезал вилку и решил сделать все по-новой. Стоило бы перезагрузить компьютер и попробовать снова, скорее всего, мышь бы заработала. Кто знает...

Соединение очень мелкое, нормальной камеры у меня нет. Просто все четыре провода торчат пучком из штекера и к каждому припаян соответствующий провод. Оплетка отрезана, т.к. я думал, что она коротит провода. Неважно.

Соединение кабелей

Уже под вечер я достал мышь из ящика стола и принялся за дело. Первым делом, я взял новую вилку от ненужного mini-USB кабеля.

USB-шнуры мало чем отличаются друг от друга - четыре провода (черный и красный для питания, белый и зеленый для информации) и оплётка. Поэтому любой USB-кабель подойдет.

При починке я использовал метод, описанный . Вкратце - многожильные кабели соединяются «лесенкой». Таким образом, провода не касаются друг-друга и соединение получается тоньше.
На примере оставшегося куска провода я покажу, как это делается. Сперва, аккуратно отрезаем верхнюю изоляцию на длину около четырех-пяти сантиметров.


Расплетаем оплётку и отводим в сторону.


Затем оголяем 4 провода «лесенкой» - красный только самый кончик, чтобы скрутить; белый чуть подлиннее, с расчетом, чтобы не задевать красный; затем зеленый. Черный зачищаем дальше всех. Другой кабель оголяем точно так же, только зеркально - черный только кончик, затем зеленый, белый и красный у самого основания. Таким образом, мы исключаем замыкание проводов между собой.


Осталось только соединить два кабеля между собой. Каждый провод соединяем скруткой. Надеюсь, цвета Вы не перепутаете. После скрутки, лишние провода лучше обрезать, чтобы избежать ненужных контактов.


В своем варианте я еще покрыл все это дело куском верхней изоляции, чтобы избежать касания с оплеткой. В дальнейшем, я планирую либо достать где-нибудь изоленту, либо попросить бесцветный лак у девушек для изоляции.


После обработки изолентой, разумеется, это все примет божеский вид, а пока оплётка будет нависать таким странным образом. Соединение рабочее, никаких лишних контактов нет. Мышка работает как новая!

Однако

Сразу мышка работать отказалась. Уже было совсем отчаявшись, я заметил сообщение системы о нарушениях работы USB-входов. Как я уже говорил, первоначальный вариант закоротил контакты и ноут отрубил USB-входы. После перезагрузки, мышь снова заработала. Конечно, соединение недолговечное, без изоленты никак, однако мышь работает.

Спасибо за внимание. Надеюсь, эта статья Вам помогла.

P.S. это моя первая статья на Хабре. Спасибо за инвайт!

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.

Universal Serial Bus (USB) схема распайки

Схема распайки разъёмов USB

Схема распайки разъёмов USB (кабель и устройство)

Схема распайки разъёмов USB (кабель и устройство)

Сигналы USB передаются по двум проводам (витая пара) экранированного четырёхжильного кабеля.

VBUS – напряжение +5 Вольт цепи питания, GND – контакт для подключения «корпуса» цепи питания. Максимальная сила тока, потребляемого устройством по линиям питания шины USB, не должна превышать 500 мА. Данные передаются через контакты D- и D+ разъёма USB. Дифференциальный способ передачи данных является основным для USB.

Разъёмы USB кабеля

Для USB-кабеля используются специальные USB разъёмы. Кабель USB является направленным, поэтому, для правильного подключения, USB разъёмы имеют различную конфигурацию. Различают два типа USB разъёмов: Тип A (см. Рис.7. и Рис.8.) и Тип B (см. Рис.9., Рис.10. и Рис.11).

Рис.7. Обычный разъём USB кабеля Тип A

В соответствии со спецификацией 1.0 USB разъёмы Тип A применяются для подключения «к хосту» т.е. устанавливаются на стороне контроллера или концентратора USB.

Рис.8. «Фирменный» разъём USB кабеля Тип A

В соответствии со спецификацией 1.0 USB разъёмы Тип B применяются для подключения «к устройству» т.е. для подключения периферийных устройств.

Рис.9. Обычный разъём USB кабеля Тип B. Такой разъём подходит, например,
для подключения принтера

Рис.10. Обычный разъём USB mini кабеля Тип B

Рис.11. Разъём мicro USB кабеля Тип B. На рисунке, ниже символа USB хорошо видно обозначение Тип B

На Рис.12. и Рис.13. показаны USB кабели. Эти USB кабели оборудованы обычным разъёмом USB кабеля Тип A и разъёмом USB mini кабеля Тип B.

Рис.12. USB кабели оборудованы обычным разъёмом USB кабеля Тип A (на рисунке слева) и разъёмом USB mini кабеля Тип B (на рисунке справа). Тип B обозначен как B

Рис.13. USB кабели оборудованы обычным разъёмом USB кабеля Тип A (на рисунке слева) и разъёмом USB mini кабеля Тип B (на рисунке справа). Тип B обозначен как b

Рис.14. USB кабель, оборудованный миниатюрным разъёмом, называемым мicro USB

USB поддерживает «горячее» (при включенном питании) подключение и отключение устройств. Это достигнуто увеличенной длиной заземляющего контакта разъёма по отношению к сигнальным контактам см. Рис.15. При подключении разъёма USB первыми замыкаются заземляющие контакты, потенциалы корпусов двух устройств выравниваются и дальнейшее соединение сигнальных проводников не приводит к перенапряжениям, даже если устройства питаются от разных фаз силовой трёхфазной сети.

Рис.15. Длина заземляющего контакта (на рисунке контакт 4 GND вверху) разъёма увеличена по отношению к сигнальным (на рисунке контакт 3 D+ внизу) контактам. Верхний контакт длиннее нижнего. Это позволяет производить подключение и отключение устройств без выключения питания (так называемое «горячее» подключение и отключение)

Рис.15.a. Длина контактов питания USB разъёма флеш-карты (на рисунке крайние контакты) увеличена по отношению к сигнальным (на рисунке средние контакты) контактам. Это позволяет производить подключение и отключение устройств без выключения питания (так называемое «горячее» подключение и отключение)

Ответные части USB разъёмов располагаются на периферийных устройствах, подключаемых по USB см. Рис.16. и Рис.17.

Рис.16. Разъём для подключения разъёма кабеля USB. Хорошо виден символ USB

Рис.17. Разъём для подключения разъёма кабеля USB mini Тип B

Рис.18. Сопоставление размеров разъёмов USB. Обычный разъём USB кабеля Тип A (на рисунке слева), разъём USB mini кабеля Тип B (на рисунке в центре) и разъёмом USB мicro кабеля Тип B (на рисунке справа). Тип B обозначен как B

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: