Rozprowadzenie różnych rodzajów złączy USB: rozmieszczenie styków micro i mini USB + niuanse lutowania

Interfejs USB – popularny rodzaj komunikacji technologicznej w urządzeniach mobilnych i innych cyfrowych. Złącza tego typu często spotyka się w komputerach osobistych o różnej konfiguracji, peryferyjnych systemach komputerowych, telefonach komórkowych itd.

Cechą charakterystyczną tradycyjnego interfejsu – mała powierzchnia układu pinów USB. Do pracy wykorzystuje się tylko 4 piny (styki) + 1 uziemiająca linia ekranująca. Jednak nowszym, bardziej zaawansowanym modyfikacjom (USB 3.0 Powered-B lub Type-C) charakterystyczne jest zwiększenie liczby styków roboczych. O tym właśnie będziemy mówić w tym materiale. Opiszemy również strukturę interfejsu oraz cechy lutowania kabla na stykach złączy.

Rodzaje złączy USB

Skrót «USB» niesie skrócone oznaczenie, które w całości odczytuje się jako «Universal Series Bus» – uniwersalna magistrala szeregowa, dzięki której umożliwiona jest szybka wymiana danych cyfrowych.

Uniwersalność interfejsu USB wyróżnia się:

• niskim poborem energii;
• unifikacją kabli i złączy;
• prostym protokołem wymiany danych;
• wysokim poziomem funkcjonalności;
• szerokim wsparciem sterowników różnych urządzeń.

Jaka jest struktura interfejsu USB i jakie istnieją rodzaje technologicznych złącz USB we współczesnym świecie elektroniki? Spróbujmy to zrozumieć.

Struktura technologiczna interfejsu USB 2.0

Złącza należące do produktów wchodzących w grupę specyfikacji 1.x – 2.0 (stworzone przed 2001 rokiem) są podłączane do czterożyłowego kabla elektrycznego, gdzie dwa przewody są zasilające, a dwa pozostałe – przesyłające dane.

Również w specyfikacjach 1.x – 2.0 lutowanie złączy USB zakłada podłączenie ekranującej oploty – w zasadzie piątego przewodu.

Tak wygląda fizyczne wykonanie normalnych złączy USB, należących do drugiej specyfikacji. Po lewej stronie wskazane są wersje typu «męski», po prawej stronie wskazane są wersje typu «żeński» oraz odpowiadający obu wariantom układ pinów.

Istniejące wykonania złączy uniwersalnej magistrali szeregowej wymienionych specyfikacji są reprezentowane przez trzy warianty:

1. Normalny – typ «A» i «B».
2. Mini – typ «A» i «B».
3. Micro – typ «A» i «B».

Różnica pomiędzy wszystkimi trzema typami złączy polega na podejściu konstrukcyjnym. Jeśli standardowe złącza są przeznaczone do użytku w urządzeniach stacjonarnych, to złącza "mini" i "mikro" są zaprojektowane do zastosowania w urządzeniach mobilnych.

Tak wygląda fizyczne wykonanie złączy drugiej specyfikacji z serii "mini" oraz odpowiednio oznaczenia dla złączy Mini USB – tak zwanej rozpiski, na podstawie której użytkownik wykonuje połączenie kablowe.

Dlatego dwa ostatnie typy charakteryzują się miniaturowym wykonaniem i nieco zmienionym kształtem złącza.

Tabela rozpisek standardowych złączy typu "A" i "B"

Oprócz wykonania złączy typu "mini-A" i "mini-B", a także złączy typu "micro-A" i "micro-B", istnieją modyfikacje złączy typu "mini-AB" i "micro-AB".

Cechą charakterystyczną takich konstrukcji jest wykonanie rozpajania przewodów USB na 10-pinowym polu stykowym. Jednak w praktyce takie złącza są rzadko stosowane.

Tabela rozpisek interfejsu Micro USB i Mini USB złączy typu "A" i "B"

Struktura technologiczna interfejsów USB 3.x

Tymczasem doskonalenie sprzętu cyfrowego już do 2008 roku doprowadziło do moralnego starzenia się specyfikacji 1.x – 2.0.

Te typy interfejsów nie pozwalały na podłączenie nowego sprzętu, na przykład zewnętrznych dysków twardych, w taki sposób, aby zapewnić wyższą (ponad 480 Mb/s) prędkość przesyłu danych.

W związku z tym powstał zupełnie inny interfejs, oznaczony specyfikacją 3.0. Opracowanie nowej specyfikacji charakteryzuje się nie tylko zwiększoną szybkością, ale także daje większe natężenie prądu – 900 mA wobec 500 mA dla USB 2.0.

Oczywistym jest, że pojawienie się takich złączy umożliwiło obsługę większej liczby urządzeń, z których część może być zasilana bezpośrednio z interfejsu uniwersalnej magistrali szeregowej.

Modyfikacje złączy USB 3.0 różnych typów: 1 – wykonanie "mini" typu "B"; 2 – standardowe złącze typu "A"; 3 – wersja z serii "micro" typu "B"; 4 – standardowe wykonanie typu "C"

Jak widać na powyższym obrazku, interfejsy trzeciej specyfikacji mają więcej styków roboczych (pinów) niż poprzednia – wersja druga. Niemniej jednak wersja trzecia jest w pełni kompatybilna z "dwójką".

Aby umożliwić przesyłanie sygnałów z wyższą prędkością, projektanci konstrukcji trzeciej wersji wyposażyli je dodatkowo w cztery linie danych i jedną linię zerowego przewodu stykowego. Dodatkowe piny stykowe znajdują się w osobnym rzędzie.

Tabela oznaczeń pinów złączy trzeciej wersji do lutowania kabla USB

Tymczasem użycie interfejsu USB 3.0, w szczególności serii «A», ujawniło poważną wadę konstrukcyjną. Złącze ma asymetryczny kształt, ale nie wskazuje konkretnej pozycji podłączenia.

Projektanci musieli zająć się modernizacją konstrukcji, w wyniku czego w 2013 roku użytkownicy otrzymali wariant USB-C.

Zmodernizowana wersja złącza USB 3.1

Konstrukcja tego typu złącza zakłada zdublowanie przewodów roboczych po obu stronach wtyczki. Ponadto interfejs posiada kilka linii rezerwowych.

Ten typ złącza znalazł szerokie zastosowanie w nowoczesnym mobilnym sprzęcie cyfrowym.

Rozmieszczenie styków (pinów) dla interfejsu typu USB-C, należącego do trzeciej serii specyfikacji złączy przeznaczonych do komunikacji różnego rodzaju sprzętu cyfrowego.

Warto zwrócić uwagę na charakterystyki USB Type-C. Na przykład parametry prędkości dla tego interfejsu wskazują poziom – 10 Gbit/s.

Konstrukcja złącza jest kompaktowa i zapewnia symetryczność połączenia, umożliwiając włożenie wtyczki w dowolnej pozycji.

Tabela pinów zgodna ze specyfikacją 3.1 (USB-C)

Kolejny poziom specyfikacji USB 3.2

Tymczasem proces udoskonalania uniwersalnej magistrali szeregowej aktywnie trwa. Na poziomie niekomercyjnym opracowano już następny poziom specyfikacji – 3.2.

Według dostępnych informacji, parametry prędkości interfejsu typu USB 3.2 obiecują dwukrotnie większe wartości niż te, które może zapewnić poprzednia konstrukcja.

Osiągnięcie takich parametrów udało się projektantom poprzez wprowadzenie wielopasmowych kanałów, przez które odbywa się transmisja z prędkościami odpowiednio 5 i 10 Gbit/s.

Podobnie jak «Thunderbolt», USB 3.2 wykorzystuje wiele pasm do osiągnięcia ogólnej przepustowości, zamiast próbować synchronizować i uruchamiać jeden kanał dwukrotnie.

Przy okazji należy zaznaczyć, że kompatybilność perspektywicznego interfejsu z już istniejącym USB-C jest w pełni wspierana, ponieważ złącze „Type-C” (jak już wspomniano) zostało wyposażone w zapasowe styki (piny), zapewniające wielopasmową transmisję sygnałów.

Cechy lutowania kabla na stykach złączy

Nie wyróżnia się jakimiś szczególnymi niuansami technologicznymi lutowanie przewodów kabla na polach stykowych złączy. Najważniejsze w takim procesie – zapewnienie zgodności koloru wcześniej pozbawionych izolacji przewodów kabla z konkretnym stykiem (pinem).

Kolorowe oznaczenie przewodów wewnątrz zestawu kablowego używanego dla interfejsów USB. Od góry do dołu pokazano odpowiednio kolorystykę przewodów kabli dla specyfikacji 2.0, 3.0 i 3.1

Ponadto, jeśli dokonuje się rozpajkowania modyfikacji starszych wersji, należy uwzględnić konfigurację złączy, tak zwanych – „męskich” i „żeńskich”.

Przewód przylutowany na styk złącza męskiego musi odpowiadać lutowaniu na styk złącza żeńskiego. Weźmy na przykład wariant rozpajkowania kabla według styków USB 2.0.

Cztery przewody robocze używane w tym wariancie są zazwyczaj oznaczone czterema różnymi kolorami:

• czerwonym;
• białym;
• zielonym;
• czarnym.

Odpowiednio, każdy przewód jest przylutowywany do pola stykowego oznaczonego w specyfikacji złącza analogiczną kolorystyką. Takie podejście znacznie ułatwia pracę elektronika, eliminuje możliwe błędy podczas procesu rozpajkowania.

Podobna technologia lutowania jest stosowana również do złączy innych serii. Jedyna różnica w takich przypadkach – większa liczba przewodów, które trzeba lutować. Aby uprościć sobie pracę, wygodnie jest użyć specjalistycznego narzędzia – niezawodnej lutownicy do lutowania przewodów w warunkach domowych oraz strippera do zdejmowania izolacji z końcówek żył.

Niezależnie od konfiguracji złączy, zawsze stosuje się lutowanie przewodu ekranu. Ten przewód jest przylutowywany do odpowiedniego styku na złączu, Shield – ekran ochronny.

Nierzadko zdarzają się przypadki ignorowania ekranu ochronnego, gdy „specjaliści” nie widzą sensu w tym przewodzie. Jednak brak ekranu gwałtownie obniża parametry kabla USB.

Dlatego nie jest zaskakujące, że przy znacznej długości kabla bez ekranu użytkownik napotyka problemy w postaci zakłóceń.

Rozpajkowanie złącza dwoma przewodami w celu zorganizowania linii zasilającej dla urządzenia-dawcy. W praktyce stosuje się różne warianty rozpajkowań, w zależności od potrzeb technicznych.

Lutowanie kabla USB jest dozwolone w różnych wariantach, w zależności od konfiguracji linii portu w konkretnym urządzeniu.

Na przykład, aby połączyć jedno urządzenie z drugim w celu uzyskania tylko napięcia zasilania (5V), wystarczy przylutować na odpowiednich pinach (stykach) zaledwie dwie linie.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Poniższy film wyjaśnia główne punkty dotyczące pinoutu złączy serii 2.0 i innych, wizualnie objaśnia poszczególne szczegóły produkcji procedur lutowania.

Posiadając pełną informację na temat pinoutu złączy uniwersalnej magistrali szeregowej, zawsze można poradzić sobie z problemem technicznym związanym z defektami przewodów. Informacje te z pewnością przydadzą się również, jeśli zajdzie potrzeba niestandardowego połączenia jakichś urządzeń cyfrowych.

Czy chcieliby Państwo uzupełnić powyższy materiał przydatnymi uwagami lub cennymi radami dotyczącymi samodzielnego lutowania? Proszę pisać komentarze w bloku poniżej, dodawać, w razie potrzeby, unikalne materiały fotograficzne.

Czy zostały Państwu jakieś pytania po przeczytaniu artykułu? Proszę zadawać je tutaj – nasi eksperci i kompetentni odwiedzający stronę postarają się wyjaśnić niejasne kwestie.