USB (Universal Serial Bus - «универсальная последовательная шина») - последовательный интерфейс передачи данных для среднескоростных и низкоскоростных периферийных устройств. Для подключения используется 4-х проводный кабель, при этом два провода используются для приёма и передачи данных, а 2 провода - для питания периферийного устройства. Благодаря встроенным линиям питания USB позволяет подключать периферийные устройства без собственного источника питания.

Основные сведения о USB

Кабель USB состоит из 4 медных проводников - 2 проводника питания и 2 проводника данных в витой паре, и заземленной оплётки (экрана). Кабели USB имеют физически разные наконечники «к устройству» и «к хосту». Возможна реализация USB устройства без кабеля, со встроенным в корпус наконечником «к хосту». Возможно и неразъёмное встраивание кабеля в устройство (например, USB-клавиатура, Web-камера, USB-мышь) , хотя стандарт запрещает это для устройств full и high speed.

Шина USB строго ориентирована, т. е. имеет понятие «главное устройство» (хост, он же USB контроллер, обычно встроен в микросхему южного моста на материнской плате) и «периферийные устройства».

Устройства могут получать питание +5 В от шины, но могут и требовать внешний источник питания. Поддерживается и дежурный режим для устройств и разветвителей по команде с шины со снятием основного питания при сохранении дежурного питания и включением по команде с шины.

USB поддерживает «горячее» подключение и отключение устройств . Это возможно благодаря увеличения длинны проводника заземляющего контакта по отношению к сигнальным. При подключении разъёма USB первыми замыкаются заземляющие контакты , потенциалы корпусов двух устройств становятся равны и дальнейшее соединение сигнальных проводников не приводит к перенапряжениям, даже если устройства питаются от разных фаз силовой трёхфазной сети.

На логическом уровне устройство USB поддерживает транзакции приема и передачи данных. Каждый пакет каждой транзакции содержит в себе номер оконечной точки (endpoint) на устройстве. При подключении устройства драйверы в ядре ОС читают с устройства список оконечных точек и создают управляющие структуры данных для общения с каждой оконечной точкой устройства. Совокупность оконечной точки и структур данных в ядре ОС называется каналом (pipe) .

Оконечные точки , а значит, и каналы, относятся к одному из 4 классов:

• поточный (bulk),
• управляющий (control),
• изохронный (isoch),
• прерывание (interrupt).

Низкоскоростные устройства, такие, как мышь, не могут иметь изохронные и поточные каналы .

Управляющий канал предназначен для обмена с устройством короткими пакетами «вопрос-ответ». Любое устройство имеет управляющий канал 0, который позволяет программному обеспечению ОС прочитать краткую информацию об устройстве, в том числе коды производителя и модели, используемые для выбора драйвера, и список других оконечных точек.

Канал прерывания позволяет доставлять короткие пакеты и в том, и в другом направлении, без получения на них ответа/подтверждения, но с гарантией времени доставки - пакет будет доставлен не позже, чем через N миллисекунд. Например, используется в устройствах ввода (клавиатуры, мыши или джойстики).

Изохронный канал позволяет доставлять пакеты без гарантии доставки и без ответов/подтверждений, но с гарантированной скоростью доставки в N пакетов на один период шины (1 КГц у low и full speed, 8 КГц у high speed). Используется для передачи аудио- и видеоинформации.

Поточный канал дает гарантию доставки каждого пакета, поддерживает автоматическую приостановку передачи данных по нежеланию устройства (переполнение или опустошение буфера), но не дает гарантий скорости и задержки доставки. Используется, например, в принтерах и сканерах.

Время шины делится на периоды, в начале периода контроллер передает всей шине пакет «начало периода». Далее в течение периода передаются пакеты прерываний, потом изохронные в требуемом количестве, в оставшееся время в периоде передаются управляющие пакеты и в последнюю очередь поточные.

Активной стороной шины всегда является контроллер, передача пакета данных от устройства к контроллеру реализована как короткий вопрос контроллера и длинный, содержащий данные, ответ устройства. Расписание движения пакетов для каждого периода шины создается совместным усилием аппаратуры контроллера и ПО драйвера, для этого многие контроллеры используют Прямой доступ к памяти DMA (Direct Memory Access ) - режим обмена данными между устройствами или же между устройством и основной памятью, без участия Центрального Процессора (ЦП). В результате скорость передачи увеличивается, так как данные не пересылаются в ЦП и обратно.

Размер пакета для оконечной точки есть вшитая в таблицу оконечных точек устройства константа, изменению не подлежит. Он выбирается разработчиком устройства из числа тех, что поддерживаются стандартом USB.

Технические характеристики USB

Возможности, достоинства и недостантки USB:

• Высокая скорость обмена (full-speed signaling bit rate) - 12 Мб/с;
• Максимальная длина кабеля для высокой скорости обмена - 5 м;
• Низкая скорость обмена (low-speed signaling bit rate) - 1.5 Мб/с;
• Максимальная длина кабеля для низкой скорости обмена - 3 м;
• Максимум подключенных устройств (включая размножители) - 127;
• Возможно подключение устройств с различными скоростями обмена;
• Не нужно устанавливать дополнительных элементов, таких как терминаторы;
• Напряжение питания для периферийных устройств - 5 В;
• Максимальный ток потребления на одно устройство - 500 mA.

Сигналы USB передаются по двум проводам экранированного 4-хпроводного кабеля.

Распайка разъема USB 1.0 и USB 2.0

Тип А		Тип В
Вилка (на кабеле)	Розетка (на компьютере)	Вилка (на кабеле)	Розетка (на периферийном устройстве)

Названия и функциональные назначения выводов USB 1.0 и USB 2.0

4 GND Ground (корпус)

Недостатки USB 2.0

Хоть максимальная скорость передачи данных USB 2.0 составляет 480 Мбит/с (60 Мбайт/с), в реальной жизни достичь таких скоростей нереально (~33,5 Мбайт/сек на практике). Это объясняется большими задержками шины USB между запросом на передачу данных и собственно началом передачи. Например, шина FireWire , хотя и обладает меньшей пиковой пропускной способностью 400 Мбит/с, что на 80 Мбит/с (10 Мбайт/с) меньше, чем у USB 2.0, в реальности позволяет обеспечить бо́льшую пропускную способность для обмена данными с жёсткими дисками и другими устройствами хранения информации. В связи с этим разнообразные мобильные накопители уже давно «упираются» в недостаточную практическую пропускную способность USB 2.0.

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.

Сейчас в устройствах можно часто встретить разъёмы usb (ю-эс-би, англ. Universal Serial Bus - «универсальная последовательная шина»). Из за случайного механического повреждения, например, во время нахождения устройства в режиме зарядки часто встречается такая неисправность — как обрыв micro usb разъема. О том, как перепаять micro usb разъем самостоятельно вы узнаете в статье ниже.

Если вы любите мастерить и умеете обращаться с паяльником, то вам не составит труда перепаять micro usb разъем на планшете самостоятельно. Для этого нам понадобятся инструменты: паяльник на 25 Ватт, припой, легко плавкое олово, пинцет, маленькая фигурная отвертка, скальпель или нож с тонким лезвием, увеличительное стекло.

Как разобрать планшет (телефон, ноутбук)?

Самое главное — всё делаем осторожно и аккуратно!

Для разборки нам необходимо:

1. Набор отвёрток;
2. Пинцет;
3. Скальпель или нож;
4. Паяльник.

Порядок действий.

Шаг 1. Открутить все крепежные винты на планшете или телефоне, снять заднюю крышку аккуратно поддеваем ножом или скальпелем, тем самым освобождая фиксаторы корпуса из пазов, наклоняя лезвие в сторону экрана.

Шаг 2. После того как сняли крышку на планшете (телефоне), необходимо заземлить паяльник, припаять провод к общему корпусу (минусу) и затем второй конец провода к корпусу самого паяльника. Это необходимо сделать для того чтобы, обезопасить планшет от случайного статического электричества, которое может вывести его электронные компоненты из строя. А также следует сделать антистатический браслет и также заземлить его.

Шаг 4. После этого откручиваем все крепежные винты на плате и переворачиваем ее, тем самым мы доберёмся непосредственно к самому micro usb разъему.

Список неисправностей USB разъема

1. Micro usb разъем пришел в не годность.

В случае если разъем пришел в негодность и дальнейший ремонт его невозможен, то его следует заменить. Для этого нам необходимо найти заведомо исправный, можно воспользоваться не нужным или неисправным сотовым телефоном и отпаять micro usb разъем с телефона. Для этого берём скальпель и просовываем его между платой и разъемом, нагревая крепёжные лепестки micro usb разъема, постепенно приподнимая одну сторону, затем другую. Далее, после того как крепёжные лепестки будут отпаяны от платы, нужно взять пинцет, так как разъем быстро нагревается его не следует перегревать, потому что пластмассовые детали micro usb разъема могут расплавиться и деформироваться. После этого отпаиваем выводы разъема, их следует нагревать все одновременно. Обратите внимание на монтаж, smd детали могут находиться вблизи разъема и при не аккуратной пайке они могут быть выпаяны или сожжены, будьте внимательны и потому жало паяльника должно быть тонким. Последовательность распайке разъема одинаковый и демонтаж micro usb разъема на планшете следует выполнить по аналогичному способу.

2.Micro usb разъем исправный, но оторван от основной платы.

В этом случае стоит обратить внимание на целостность самих дорожек, для этого берём увеличительное стекло и осматриваем монтаж, если дорожки целые на плате, то хорошо, если же нет, значит, придётся их восстанавливать. Необходимо найти все концы оторванных дорожек и аккуратно зачистить с помощью скальпеля (очистить лак), затем залудить паяльником. После этого берём сам micro usb разъем и припаиваем крепёжные лепестки разъема к плате, советую до пайки предварительно приклеить разъем к плате, это уменьшит вероятность повторного обрыва. Осталось за малым, припаять вывода, если дорожки целые то это не составит труда, но если же нет, делаем следующее: берём тонкие медные проводки (одно волосика многожильного тонкого провода) и припаиваем между выводами дорожек и разъема. В случае если по какой то причине не удалось восстановить все дорожки (оборвана дорожка под электронной деталью и нет возможности отследить её нахождение). В этом случае можно будет сделать только для зарядке планшета, при этом нам нужно восстановить лишь две дорожки, два крайних вывода на micro usb разъема, единственный недостаток, это отсутствие возможности подключение планшета к компьютеру и внешних устройств.

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!

Содержание:

В наш век компьютерных технологий, смартфонов и гаджетов трудно найти такого человека, который бы не знал, что такое разъемы USB. Также практически каждый понимает и такие слова, как mini- и micro-USB разъем. Ведь подобными вещами мы пользуемся практически ежедневно, что естественно. Подобные разъемы стоят и на зарядном устройстве, и на всех периферийных устройствах компьютера.

Но что делать, если распайка отошла у основания, и нет возможности даже понять, какой цвет и на какой контакт был припаян? Вот тут уже следует применить знания, а какие, сейчас попробуем разобраться.

Распайка подобного штекера, или, иными словами, распиновка USB провода, по своей сути ничего сверхсложного в себе не несет. Разобравшись с последовательностью и цветами любой, кто может держать в руках паяльник, сможет справиться с подобной работой.

Но для начала необходимо понять, что представляет собой USB штекер.

Что такое разъем USB?

По своей сути это коннектор со множеством возможностей, начиная от USB питания до передачи сложных информационных данных. Подобный кабель заменил ранее использовавшиеся варианты соединения с компьютером (порты PS/2 и т.п.). Применяется он на сегодняшний день для всех устройств, подключаемых к персональному компьютеру, будь то мышь, флешки, принтер, камера или модем, джойстик или клавиатура - кабели USB стали действительно универсальными.

Различают три вида подобных разъемов:

• 1.1 - его предназначение - устаревшие уже периферийные устройства с возможностью передачи информации лишь в полтора мегабита в секунду. Конечно, после небольшой доработки производителем скорость передачи поднялась до 12 Мбит/сек, но с более высокоскоростными вариантами все же конкуренции он не выдержал. Еще бы, когда у компании Apple уже был разъем, поддерживающий 400 Мбит/сек. Сейчас такие виды тоже есть, но их очень мало, так как давно появились более быстрые USB провода, мини USB, да и вообще, скорость USB в жизни человека занимает особое место. Все куда-то торопятся, спешат жить, есть люди, которые практически не спят, а потому, чем быстрее скачивается информация, тем предпочтительнее коннектор, не так ли?
• 2.0. В конце прошлого века в свет вышло второе поколение подобных разъемов. Вот тут уже производитель постарался - скорость передачи выросла почти до 500 Мбит/сек. А предназначался он, в основном, для усложненных гаджетов, вроде цифровой видеокамеры.
• 3.0 - вот это уже действительно высокие технологии. Предельная скорость передачи данных в 5 Гбит/сек обеспечила этому USB разъему спрос, который практически свел на ноль первую и вторую версию. В третьей серии увеличено количество проводов до девяти против четырех. Однако сам коннектор не видоизменен, а потому с ним можно по-прежнему использовать виды первой и второй серий.

Обозначения при распиновке

Рассматривая схему распиновки, необходимо понимать все обозначения, которые на ней присутствуют. Обычно указываются:

• Вид соединителя - он может быть активным (А) и пассивным (В). Пассивным называют соединение принтера, сканера и т.п. В общем разъем, который работает только на принятие информации. Через активный возможен и прием и передача данных.
• Форма соединителя - «мама», то есть гнездо (F), и «папа» - штекер (M).
• Размеры соединителя - обычный, mini и micro.

К примеру USB AM, то есть активный штекер USB.

Располагаться провода по цветам должны следующим образом (слева направо):

• Провод красного цвета - плюсовой, постоянного напряжения в 5В. с максимальным током 500 миллиампер.
• Провод белого цвета - data-
• Провод зеленого цвета - data+
• Провод черного цвета - этот провод является общим, «землей», «минусом». Напряжения на нем нет.

А вот mini и micro разъем включают в себя 5 проводов с таким расположением:

• Провода красного, белого и зеленого цветов - расположены аналогично первому варианту.
• ID - этот провод в коннекторах «В» свободен. В «А» его необходимо замкнуть на провод черного цвета.

Иногда в разъеме может присутствовать отдельный провод без изоляции - это так называемая «масса», которая припаивается к корпусу.

По представленным схемам - здесь видна внешняя сторона. Для того, чтобы самостоятельно спаять штекер необходимо взять зеркальное отображение рисунка, и как наверное стало понятно, microUSB-распиновка нисколько не сложнее, чем у обычных USB-разъемов.

Кстати, если испорченные части кабеля предполагается использовать только для зарядки мобильных, удобнее будет, посмотрев на цвета проводов, припаять только черный и красный. Такого разъема вполне достаточно для телефона, заряжать его он будет. Что делать с остальными проводами? С ними не нужно производить никаких действий.