USB 連接器和 USB 電纜的知識

USB 是通用串行總線(xiàn)的縮寫(xiě)。作為快速復習，“總線(xiàn)”是一種電路布置或通信系統，用于在系統中的組件之間傳輸數據。在這種情況下，“串行”總線(xiàn)通過(guò)單根導線(xiàn)一次一位地傳輸數據。

然而，USB 連接器不僅可以在組件之間傳輸數據，還可以傳輸電力，并且可以容納許多不同的硬件設備，從打印機和鍵盤(pán)到手機和閃存驅動(dòng)器。

在開(kāi)發(fā) USB 協(xié)議之前，計算機使用串行和并行端口來(lái)完成數據傳輸，各個(gè)設備使用各種專(zhuān)有插頭、連接器、電纜、擴展卡和必要的驅動(dòng)程序。數據傳輸速率很慢，并行端口以每秒 100 千字節 (kB) 的速度運行，串行端口以每秒 115 到 450 千字節 (kb) 的速度運行。

USB 1.0 規范于 1996 年初首次亮相，經(jīng)過(guò)一個(gè)公司聯(lián)盟的大量工作，最初可以以每秒 1.5 兆比特 (Mbit) 的低速和每秒 12 兆比特的全速傳輸數據。隨著(zhù) 2000 年以每秒 480 Mbit 發(fā)布 USB 2.0 和 2008 年以每秒 4.8 Gbps (Gbps) 發(fā)布的 USB 3.0，傳輸速度進(jìn)一步提高。USB 3.2 已經(jīng)接管了 3.1 和 3.0 標準，速度最高可達 20 Gbps，是目前最常用的。最新版本是 USB4，于 2019 年發(fā)布，傳輸速度高達 40 Gbps，并正在慢慢引入普通使用。

USB 標準多年來(lái)一直由USB 實(shí)施者論壇(USB-IF) 指導和認證，該論壇擁有 700 多家公司作為成員。多年來(lái)，USB-IF 的工作導致了一系列標準的發(fā)布，規格越來(lái)越快。這種通過(guò)小巧便宜的接口提高的速度和視頻分辨率使 USB 連接器成為當今世界使用的主要信號傳輸技術(shù)。

USB 連接器有多種類(lèi)型或物理外形，可用于各種應用。這些包括：

• A 型– 這是最常見(jiàn)的原始 USB 連接器，也稱(chēng)為 USB 標準 A。它用于將下游外圍設備連接到主機設備。扁平的矩形形狀通過(guò)摩擦固定在適當的位置，以便于插入和移除。它在其中一個(gè)引腳上提供 5 V 直流電源，并與所有類(lèi)型的 USB 協(xié)議兼容。

• B 型- B 型連接器最常與 USB 計算機外圍設備相關(guān)聯(lián)。這個(gè)連接器是方形的，頂部有輕微的斜角。與 A 型一樣，它通過(guò)摩擦固定在適當的位置。它的開(kāi)發(fā)目的是允許連接外圍設備，而不會(huì )有將兩臺主機相互連接的風(fēng)險。這種連接器類(lèi)型仍在使用，但微型版本更為普遍。

• C 型– 這是最新的 USB 接口，具有可逆對稱(chēng)設計，可以任一面朝上插入，并且可以使用電纜的任一端插入任何 USB-C 設備。它可以傳輸 USB 3.2（以前的 3.1 和 3.0）、2.0 和 1.1 信號，并且可以以高達 20 Gbps 的速度傳輸數據，雙向功率輸出高達 100 W（通過(guò)USB PD 3.1擴展到 240 W ），并且可以支持 DisplayPort視頻和四聲道音頻。Type C 還支持 USB4 和 Thunderbolt，這是一種硬件接口，允許將外圍設備連接到數據傳輸速度高達 40 Gbps 的計算機。

• Micro & Mini A&B – 顧名思義，這些是 A 型和 B 型連接器的較小形式版本，提供物理上更小的連接，同時(shí)保持 480 Mbps 的高速傳輸速率和 On-The-Go (OTG) 功能，允許移動(dòng)設備和其他外圍設備充當 USB 主機。

• AB 型- 此連接器允許微型 A 和微型 B 插頭連接到這種單一插座類(lèi)型，提供更大的靈活性。

USB 連接器類(lèi)型和引腳排列

各個(gè)類(lèi)型的 USB 連接器只能與其相關(guān)的公頭或母頭連接器匹配。沒(méi)有交叉兼容性。但是，雖然連接器本身是標準的，但使用它們的外殼可以針對不同的應用進(jìn)行顯著(zhù)更改。這導致了IP 等級（入口保護）USB 連接器的開(kāi)發(fā)，該連接器能夠提供強大的保護，防止固體或液體侵入惡劣環(huán)境中使用的設備。

大多數 USB 電纜組件的一端也有一種類(lèi)型的連接器，另一端有不同類(lèi)型的連接器，A 型到 B 型或 C 型非常常見(jiàn)。由于 C 型專(zhuān)為可互換而設計，因此 C 型更常見(jiàn)于電纜的兩端，并且隨著(zhù) C 型端口被更廣泛地采用，其使用量也會(huì )增加。USB 3.0 micro B 插頭具有更寬的連接以適應更高的數據傳輸率，不能與 USB 2.0 micro B 插座一起使用。但是，帶有 USB 3.0 micro B 端口的設備可以與較舊的 USB 2.0 micro B 型公插頭配合使用。

區分micro B 和 USB 3.0 micro B 連接器的混淆

如前所述，USB 通信標準定義了正在使用的設備之間的數據傳輸速度、握手協(xié)議和電源規格。多年來(lái)，該標準已經(jīng)有了顯著(zhù)的改進(jìn)，數據傳輸速度從每秒 1.5 Mbit 的 USB 1.0 到速度高達 20 Gbps 的 USB 3.2。每個(gè)后續版本都促進(jìn)了新一輪的互連硬件。

眾所周知，USB 通信標準與頻繁的追溯命名更改混淆，但目前 USB 3.2 是最容易獲得的與 A 型和 C 型連接器兼容的 USB 標準，盡管它可以從 5 Gbps 到 20 Gbps 不等。20 Gbps 標準也可以稱(chēng)為“SuperSpeed USB 20 Gbps”或“USB 3.2 Gen 2x2”，其中 10 Gbps 標準也可以稱(chēng)為“SuperSpeed USB 10 Gbps”或“USB 3.2 Gen 2”。最后，5 Gbps 標準目前稱(chēng)為“SuperSpeed USB 5 Gbps”或“USB 3.2 Gen 1”。但是，可以在整個(gè) Internet 上找到舊命名約定的使用，手動(dòng)檢查設備或連接器的速度等級并將其用作基線(xiàn)可能是最簡(jiǎn)單的。

USB 3.2 命名約定和規范

但是，與許多安裝的情況一樣，同一系統中經(jīng)常使用不同的版本。如果使用較新 USB 版本和較舊版本的設備正在通信，它們將默認使用較舊版本和速度。這是軟件的功能，但與標準的兼容性也與硬件有關(guān)。

所有 C 型連接器都與 USB 3.2 兼容，但某些 C 型連接器仍符合早期標準。A 型和 B 型取決于電纜，不同的連接器顏色通常表示不同的版本以供快速參考。在查看物理連接器標準和通信標準之間的關(guān)系時(shí)，經(jīng)常會(huì )出現混淆。我們的博客文章USB Type C 和 USB 3.2 – 闡明連接對此進(jìn)行了更詳細的討論。

使用原始標準，需要主機。A 型連接器通常表示主機設備，B 型連接器通常連接到外圍設備。對于 USB OTG（On The GO），這不是必需的。USB OTG 是一種允許 USB 設備（如智能手機）充當主機，允許連接其他 USB 設備的規范?；旧?，它允許 USB 設備在不需要計算機的情況下從其他設備讀取數據。

USB 標準最初是作為一種數據接口協(xié)議來(lái)簡(jiǎn)化設備之間的互連，并提供了一些電力。從那時(shí)起，它已經(jīng)從向包含數據接口的重要電力管道提供有限電力的數據接口發(fā)展成熟。許多設備現在能夠通過(guò)連接充電或接收電力。

各方共同努力實(shí)現電力傳輸的標準化，并以 USB 電力傳輸 (USB PD) 標準的形式增加功能集。使用 Type C，USB PD 可以提供高達 20 V 的可變電壓和高達 5 A 的最大電流，總功率傳輸限制高達 100 W。2021 年發(fā)布的USB PD 3.1 標準此后將該功率傳輸能力擴展到了 240 W。此外，電源的方向不再是固定的，由主機或外圍設備供電。電源管理也可以跨多個(gè)外設進(jìn)行優(yōu)化。

USB PD 需要數字設備握手才能達到這些更高的額定值。如果所需的芯片不可用且未發(fā)生握手，系統將恢復為 5 V/1 A 標準。這與 USB 版本和類(lèi)型無(wú)關(guān)，但確實(shí)需要支持 USB PD 標準的類(lèi)型。例如，支持 2.0 和更新版本的 A 型到 C 型電纜可以使用 PD。

USB Power Delivery 規范的進(jìn)展

PD 也可以與不傳輸數據的設備一起使用，純粹利用 USB 供電。它確實(shí)需要單獨的通信線(xiàn)路進(jìn)行電源協(xié)商，因此設計和制造比許多非 USB 格式稍微復雜一些。PD 為大量設備創(chuàng )建了充電標準，簡(jiǎn)化和整合了充電器，這一事實(shí)可以抵消這種復雜性。這可以減少電子垃圾以及不同設備需要多根電纜的不便。要了解更多信息，請閱讀我們的僅供電 USB C 型連接器簡(jiǎn)介博客文章。

通過(guò)提供小尺寸、易于設計和使用、高通信速度以及更高的功率傳輸，USB 連接器可用于非常廣泛且不斷增長(cháng)的應用列表。這些用途的簡(jiǎn)短列表包括：

• 臺式機和筆記本電腦

• 磁盤(pán)驅動(dòng)器

• 打印機

• 掃描儀

• 操縱桿和控制器

• 攝像機

• 手機、智能電視

• 游戲機

由于不需要數據傳輸，USB 連接器也可以單獨用于為可充電手電筒、充電板和許多其他便攜式消費設備等設備供電。

USB 的潛在應用持續增長(cháng)

最新 USB 標準的穩健性和速度也開(kāi)啟了更多應用。它現在具有帶寬、可靠性和電力傳輸能力，可用于數據采集和監控、機器視覺(jué)和過(guò)程控制等工業(yè)應用?；旧?，任何使用 240 W 或更低功率的應用都可以成為 USB 電源的候選者。

USB 是一種非常靈活的標準，在需要數據傳輸和電源的領(lǐng)域幾乎得到普遍采用。USB 連接器和電纜組件將易用性與智能技術(shù)規格相結合，使產(chǎn)品或系統設計人員能夠降低布線(xiàn)需求和雜亂、減少占用空間、確保向后兼容性并削減總體成本。無(wú)論是為未來(lái)設計還是與傳統產(chǎn)品連接，了解 USB 的功能都將幫助設計人員創(chuàng )造出可供地球上幾乎任何人使用的產(chǎn)品。