Rozloženie pinov rôznych typov USB konektorov: zapojenie kontaktov micro a mini USB + nuansy spájkovania

Rozhranie USB je populárny typ technologickej komunikácie na mobilných a iných digitálnych zariadeniach. Konektory tohto druhu sa často nachádzajú na osobných počítačoch rôznych konfigurácií, periférnych počítačových systémoch, na mobilných telefónoch atď.

Zvláštnosťou tradičného rozhrania – USB pinout malej plochy. Na prácu sa používajú iba 4 piny (kontakty) + 1 uzemňovacia tieniaca linka. Avšak najnovšie vylepšené modifikácie (USB 3.0 Powered-B alebo Type-C) sú charakteristické zvýšením počtu pracovných kontaktov. O tom budeme hovoriť v tomto materiáli. Tiež popíšeme štruktúru rozhrania a vlastnosti zapojenia kábla na kontaktoch konektorov.

Typy USB konektorov

Skratka «USB» nesie skrátené označenie, ktoré sa v celom tvare číta ako «Universal Series Bus» – univerzálna sériová zbernica, vďaka ktorej aplikácii sa uskutočňuje vysokorýchlostná výmena digitálnych údajov.

Univerzálnosť USB rozhrania sa vyznačuje:

• nízkou spotrebou energie;
• unifikáciou káblov a konektorov;
• jednoduchým protokolovaním výmeny údajov;
• vysokou úrovňou funkcionality;
• širokou podporou ovládačov rôznych zariadení.

Aká je štruktúra USB rozhrania a aké existujú typy USB technologických konektorov v modernom svete elektroniky? Skúsme to rozobrať.

Technologická štruktúra rozhrania USB 2.0

Konektory patriace k výrobkom, ktoré sú súčasťou skupiny špecifikácií 1.x – 2.0 (vytvorené pred rokom 2001), sa pripájajú na štvoržilový elektrický kábel, kde dva vodiče sú napájacie a ďalšie dva sú prenosové údajov.

Tiež v špecifikáciách 1.x – 2.0 zapojenie servisných USB konektorov predpokladá pripojenie tieniaceho opletu – v podstate piateho vodiča.

Takto vyzerá fyzické prevedenie normálnych USB konektorov, patriacich k druhej špecifikácii. Vľavo sú uvedené prevedenia typu «samec», vpravo sú uvedené prevedenia typu «samica» a zodpovedajúci pinout pre obe varianty.

Existujúce prevedenia konektorov univerzálnej sériovej zbernice uvedených špecifikácií sú zastúpené tromi variantmi:

1. Normálny – typ «A» a «B».
2. Mini – typ «A» a «B».
3. Mikro – typ «A» a «B».

Rozdiel všetkých troch typov výrobkov spočíva v konštrukčnom prístupe. Zatiaľ čo bežné konektory sú určené na použitie v stacionárnych zariadeniach, konektory «mini» a «micro» sú navrhnuté na použitie v mobilných zariadeniach.

Takto vyzerá fyzické prevedenie konektorov druhej špecifikácie z radu «mini» a, príslušne, označenia pre konektory Mini USB – takzvaného pinoutu, na ktorý sa používateľ spolieha pri káblovom pripojení.

Preto sa posledné dva typy vyznačujú miniatúrnym prevedením a mierne zmeneným tvarom konektora.

Tabuľka pinoutov štandardných konektorov typu «A» a «B»

Popri prevedení konektorov typu «mini-A» a «mini-B», ako aj konektorov typu «micro-A» a «micro-B», existujú modifikácie konektorov typu «mini-AB» a «micro-AB».

Charakteristickým znakom týchto konštrukcií je prevedenie zapojenia vodičov USB na 10-pinovej kontaktnej ploche. V praxi sa však takéto konektory používajú zriedkavo.

Tabuľka pinoutov rozhrania Micro USB a Mini USB konektorov typu «A» a «B»

Technologická štruktúra rozhraní USB 3.x

Medzitým vývoj digitálnych zariadení už v roku 2008 viedol k morálnemu zastaraniu špecifikácií 1.x – 2.0.

Tieto typy rozhraní neumožňovali pripojenie nových zariadení, napríklad externých pevných diskov, tak, aby bola zabezpečená vyššia (viac ako 480 Mbit/s) rýchlosť prenosu dát.

Následne sa objavilo úplne iné rozhranie označené špecifikáciou 3.0. Vývoj novej špecifikácie sa vyznačuje nielen zvýšenou rýchlosťou, ale aj zvýšeným prúdom – 900 mA oproti 500 mA pre USB 2.0.

Je jasné, že objavenie sa takýchto konektorov umožnilo obsluhu väčšieho počtu zariadení, z ktorých časť môže byť napájaná priamo z rozhrania univerzálnej sériovej zbernice.

Modifikácia konektorov USB 3.0 rôznych typov: 1 – prevedenie «mini» typu «B»; 2 – štandardný výrobok typu «A»; 3 – vývoj radu «micro» typu «B»; 4 – štandardné prevedenie typu «C»

Ako je vidieť na obrázku vyššie, rozhrania tretej špecifikácie majú viac pracovných kontaktov (pinov) ako predchádzajúca – druhá verzia. Napriek tomu je tretia verzia plne kompatibilná s «dvojkou».

Aby bolo možné prenášať signály s vyššou rýchlosťou, konštruktéri tretej verzie vybavili konektory dodatočne štyrmi dátovými linkami a jednou linkou nulového kontaktného vodiča. Doplnené kontaktné piny sú umiestnené v samostatnom rade.

Tabuľka označenia pinov konektorov tretej verzie pre rozpájanie kábla USB

Medzitým sa používanie rozhrania USB 3.0, najmä série «A», prejavilo ako vážny nedostatok v konštrukčnom pláne. Konektor má asymetrický tvar, ale pritom nie je presne uvedená poloha pripojenia.

Vývojári sa museli venovať modernizácii konštrukcie, v dôsledku čoho sa v roku 2013 dostal k používateľom variant USB-C.

Modernizované prevedenie konektora USB 3.1

Konštrukcia tohto typu konektora predpokladá zdvojenie pracovných vodičov na oboch stranách zástrčky. Na rozhraní je tiež niekoľko rezervných liniek.

Tento typ konektora našiel široké uplatnenie v modernej mobilnej digitálnej technike.

Umiestnenie kontaktov (pinov) pre rozhranie typu USB-C, patriaceho do série tretej špecifikácie konektorov, určených na komunikáciu rôznej digitálnej techniky

Stojí za zmienku charakteristiky USB Type-C. Napríklad rýchlostné parametre pre toto rozhranie ukazujú úroveň – 10 Gbit/s.

Konštrukcia konektora je vyhotovená v kompaktnom prevedení a zabezpečuje symetriu spojenia, pričom umožňuje zasunutie konektora v akejkoľvek polohe.

Tabuľka pinoutu, zodpovedajúca špecifikácii 3.1 (USB-C)

Ďalšia úroveň špecifikácie USB 3.2

Medzitým proces zdokonaľovania univerzálnej sériovej zbernice aktívne pokračuje. Na nekomerčnej úrovni už bola vyvinutá ďalšia úroveň špecifikácie – 3.2.

Podľa dostupných informácií rýchlostné charakteristiky rozhrania typu USB 3.2 sľubujú dvojnásobne väčšie parametre, než je schopná poskytnúť predchádzajúca konštrukcia.

Dosiahnuť takéto parametre sa vývojárom podarilo zavedením viacpásmových kanálov, cez ktoré sa uskutočňuje prenos rýchlosťami 5 a 10 Gbit/s, v uvedenom poradí.

Podobne ako «Thunderbolt», USB 3.2 používa niekoľko pásmov na dosiahnutie celkovej priepustnosti, namiesto toho, aby sa pokúšal synchronizovať a spúšťať jeden kanál dvakrát

Mimochodom treba poznamenať, že kompatibilita perspektívneho rozhrania s už existujúcim USB-C je plne podporovaná, pretože konektor «Type-C» (ako už bolo uvedené) je vybavený rezervnými kontaktmi (pinmi), ktoré zabezpečujú prenos signálov vo viacerých pásmach.

Vlastnosti zapojenia kábla na kontaktoch konektorov

Pájkovanie vodičov kábla na kontaktných plôškach konektorov sa nevyznačuje nejakými zvláštnymi technologickými nuansami. Hlavné v tomto procese je zabezpečenie súladu farby vodičov kábla, ktoré boli predtým zbavené izolácie, s konkrétnym kontaktom (pinom).

Farebné označenie vodičov v káblovej zostave používanej pre USB rozhrania. Zhora nadol je zobrazené farebné označenie vodičov káblov pre špecifikácie 2.0, 3.0 a 3.1.

Taktiež, ak sa vykonáva pájkovanie modifikácií starších verzií, treba brať do úvahy konfiguráciu konektorov, takzvaných – samec a samica.

Vodič zapájaný na kontakte samca musí zodpovedať zapojeniu na kontakte samice. Vezmime si napríklad variant zapojenia kábla podľa kontaktov USB 2.0.

Štyri pracovné vodiče používané v tomto variante sú spravidla označené štyrmi rôznymi farbami:

• červenou;
• bielou;
• zelenou;
• čiernou.

Každý vodič sa následne pripájkuje na kontaktnú plôšku označenú špecifikáciou konektora analogickej farby. Tento prístup výrazne uľahčuje prácu elektrotechnika a vylučuje možné chyby v procese pájkovania.

Analogická technológia pájkovania sa používa aj na konektory iných sérií. Jediný rozdiel v takýchto prípadoch je väčší počet vodičov, ktoré treba spájkovať. Na zjednodušenie práce je vhodné použiť špeciálne náradie – spoľahlivú spájkovačku na pájkovanie vodičov v domácich podmienkach a odizolovací nástroj (stripovač) na odstránenie izolácie z koncov žíl.

Bez ohľadu na konfiguráciu konektorov sa vždy používa pájkovanie vodiča tienenia. Tento vodič sa pripájkuje k príslušnému kontaktu na konektore, Shield – ochranné tienenie.

Nie sú zriedkavé prípady ignorovania ochranného tienenia, keď „špecialisti“ nevidia zmysel v tomto vodiči. Avšak absencia tienenia výrazne znižuje vlastnosti kábla USB.

Preto nie je prekvapujúce, že pri značnej dĺžke kábla bez tienenia používateľ narazí na problémy v podobe rušenia.

Zapojenie konektora dvomi vodičmi na vytvorenie napájacej linky pre darcovské zariadenie. V praxi sa používajú rôzne varianty zapojenia na základe technických potrieb.

Kábel USB je možné zapájať rôznymi spôsobmi v závislosti od konfigurácie portových liniek na konkrétnom zariadení.

Napríklad na prepojenie dvoch zariadení s cieľom získať len napájacie napätie (5 V) stačí spájkovať na príslušných pinoch (kontaktoch) len dve linky.

Závery a užitočné video k téme

Nižšie uvedené video objasňuje hlavné body pinovania konektorov série 2.0 a ďalších, vizuálne objasňuje jednotlivé detaily výroby postupov spájkovania.

Vlastniac úplné informácie o pinovaní konektorov univerzálnej sériovej zbernice, je vždy možné zvládnuť technický problém súvisiaci s defektami vodičov. Tieto informácie sa tiež určite zídu, ak bude potrebné neštandardne spojiť nejaké digitálne zariadenia.

Chcete doplniť vyššie uvedený materiál užitočnými poznámkami alebo cennými radami pre samostatné spájkovanie? Napíšte komentáre do bloku nižšie, v prípade potreby pridajte jedinečné fotografické materiály.

Možno vám po prečítaní článku zostali otázky? Pýtajte sa ich tu – naši experti a kompetentní návštevníci stránky sa pokúsia objasniť nejasné momenty.