Razporeditev pinov različnih vrst USB priključkov: ožičenje kontaktov micro in mini USB + nianse spajkanja

Vmesnik USB – priljubljena vrsta tehnološke komunikacije na mobilnih in drugih digitalnih napravah. Priključki te vrste so pogosti na osebnih računalnikih različnih konfiguracij, perifernih računalniških sistemih, mobilnih telefonih itd.

Posebnost tradicionalnega vmesnika – majhna površina pinov USB. Za delovanje se uporabljajo le 4 pini (kontakti) + 1 ozemljitvena zaščitna linija. Res pa je, da je za zadnje, bolj napredne modifikacije (USB 3.0 Powered-B ali Type-C) značilno povečanje števila delovnih kontaktov. O tem bomo govorili v tem gradivu. Prav tako bomo opisali strukturo vmesnika in posebnosti razpajkanja kabla na kontaktih priključkov.

Vrste USB priključkov

Kratica »USB« nosi skrajšano oznako, ki se v celoti bere kot »Universal Series Bus« – univerzalno zaporedno vodilo, s pomočjo katerega poteka hitra izmenjava digitalnih podatkov.

Univerzalnost vmesnika USB se odlikuje po:

• nizki porabi energije;
• unifikaciji kablov in priključkov;
• preprostem protokoliranju izmenjave podatkov;
• visoki stopnji funkcionalnosti;
• široki podpori gonilnikov različnih naprav.

Kakšna je struktura vmesnika USB in katere vrste USB tehnoloških priključkov obstajajo v sodobnem svetu elektronike? Poskusimo ugotoviti.

Tehnološka struktura vmesnika USB 2.0

Priključki, ki spadajo k izdelkom, vključenim v skupino specifikacij 1.x – 2.0 (ustvarjeni pred letom 2001), se priključujejo na štirižilni električni kabel, kjer sta dva vodnika napajalna in še dva prenašata podatke.

Prav tako v specifikacijah 1.x – 2.0 razpajkanje servisnih USB priključkov predvideva priključitev zaščitnega oklopa – v bistvu petega vodnika.

Tako izgleda fizična izvedba normalnih USB priključkov, ki spadajo k drugi specifikaciji. Na levi so prikazane izvedbe tipa »samec«, na desni so prikazane izvedbe tipa »samica« in ustrezen pinout za obe različici.

Obstoječe izvedbe konektorjev univerzalnega zaporednega vodila omenjenih specifikacij so predstavljene s tremi različicami:

1. Normalni – tip »A« in »B«.
2. Mini – tip »A« in »B«.
3. Mikro – tip »A« in »B«.

Razlika med vsemi tremi vrstami izdelkov je v konstrukcijskem pristopu. Če so običajni konektorji namenjeni uporabi v stacionarni opremi, so konektorji »mini« in »mikro« izdelani za uporabo v mobilnih napravah.

Tako je videti fizična izvedba konektorjev druge specifikacije iz serije »mini« in, ustrezno, oznake za konektorje Mini USB – tako imenovane razporeditve nožic, na podlagi katere uporabnik izvede kabelsko povezavo.

Zato sta dva zadnja tipa označena z miniaturno izvedbo in nekoliko spremenjeno obliko konektorja.

Tabela razporeditve nožic standardnih konektorjev tipa »A« in »B«

Poleg izvedbe konektorjev tipa »mini-A« in »mini-B« ter konektorjev tipa »mikro-A« in »mikro-B« obstajajo tudi modifikacije konektorjev tipa »mini-AB« in »mikro-AB«.

Značilnost takšnih konstrukcij je izvedba razpajkanja vodnikov USB na 10-pinski kontaktni ploščici. Vendar se v praksi takšni konektorji redko uporabljajo.

Tabela razporeditve nožic vmesnika Micro USB in Mini USB konektorjev tipa »A« in »B«

Tehnološka struktura vmesnikov USB 3.x

Medtem je izpopolnjevanje digitalne opreme že do leta 2008 pripeljalo do moralne zastarelosti specifikacij 1.x – 2.0.

Ti tipi vmesnikov niso omogočali priključitve nove opreme, na primer zunanjih trdih diskov, tako da bi bila zagotovljena višja (več kot 480 Mbit/s) hitrost prenosa podatkov.

Posledično se je pojavil popolnoma drugačen vmesnik, označen s specifikacijo 3.0. Razvoj nove specifikacije ne zaznamuje le povečana hitrost, temveč tudi povečan tok – 900 mA v primerjavi s 500 mA za USB 2.0.

Jasno je, da je pojav takšnih konektorjev omogočil oskrbo večjega števila naprav, od katerih se lahko nekatere napajajo neposredno iz vmesnika univerzalne serijske vodila.

Modifikacija konektorjev USB 3.0 različnih tipov: 1 – izvedba »mini« tipa »B«; 2 – standardni izdelek tipa »A«; 3 – razvoj serije »mikro« tipa »B«; 4 – standardna izvedba tipa »C«

Kot je razvidno na zgornji sliki, imajo vmesniki tretje specifikacije več delovnih kontaktov (nožic) kot prejšnja – druga različica. Kljub temu je tretja različica popolnoma združljiva z »dvojko«.

Da bi lahko prenašali signale z višjo hitrostjo, so razvijalci konstrukcij tretje različice dodatno opremili s štirimi podatkovnimi linijami in eno linijo ničelnega kontaktnega vodnika. Dodatne kontaktne nožice so nameščene v ločeni vrsti.

Tabela označevanja pinov priključkov tretje različice za spajkanje kabla USB

Medtem se je uporaba vmesnika USB 3.0, zlasti serije 'A', izkazala za resno pomanjkljivost v konstrukcijskem načrtu. Priključek ima asimetrično obliko, vendar ni natančno naveden položaj priklopa.

Razvijalci so se morali lotiti posodobitve konstrukcije, zaradi česar se je leta 2013 uporabnikom pojavila možnost USB-C.

Posodobljena izvedba priključka USB 3.1

Konstrukcija tega tipa priključka predvideva podvojitev delovnih vodnikov na obeh straneh vtiča. Na vmesniku je tudi več rezervnih linij.

Ta tip priključka je našel široko uporabo v sodobni mobilni digitalni tehniki.

Lokacija kontaktov (pinov) za vmesnik tipa USB-C, ki spada v serijo tretje specifikacije priključkov, namenjenih za komunikacije različne digitalne opreme.

Omeniti velja značilnosti USB Type-C. Na primer, hitrostni parametri za ta vmesnik kažejo raven – 10 Gbit/s.

Konstrukcija priključka je izdelana v kompaktni izvedbi in zagotavlja simetričnost povezave, kar omogoča vstavitev vtiča v poljubnem položaju.

Tabela pinouta, ki ustreza specifikaciji 3.1 (USB-C)

Naslednja raven specifikacije USB 3.2

Medtem se proces izboljševanja univerzalnega serijskega vodila aktivno nadaljuje. Na nekomercialni ravni je že razvita naslednja raven specifikacije – 3.2.

Glede na razpoložljive informacije hitrostne značilnosti vmesnika tipa USB 3.2 obljubljajo dvakrat večje parametre, kot jih lahko zagotovi prejšnja konstrukcija.

Razvijalcem je uspelo doseči takšne parametre z uvedbo večpasovnih kanalov, prek katerih poteka prenos pri hitrostih 5 in 10 Gbit/s.

Podobno kot 'Thunderbolt' USB 3.2 uporablja več pasov za doseganje skupne prepustnosti, namesto da bi poskušal sinhronizirati in zagnati en kanal dvakrat.

Mimogrede je treba opozoriti, da je združljivost perspektivnega vmesnika z že obstoječim USB-C popolnoma podprta, ker je konektor »Type-C« (kot že omenjeno) opremljen z rezervnimi kontakti (pini), ki omogočajo večpasovni prenos signalov.

Posebnosti razpajkanja kabla na kontaktih priključkov

Spajkanje vodnikov kabla na kontaktnih ploščicah konektorjev ni povezano s kakšnimi posebnimi tehnološkimi podrobnostmi. Glavno pri tem postopku je zagotoviti, da se barva predhodno odstranjenih izolacij vodnikov kabla ujema z določenim kontaktom (pinom).

Barvna oznaka vodnikov znotraj kabelskega sklopa, ki se uporablja za vmesnike USB. Od zgoraj navzdol je prikazana barvna shema vodnikov kablov za specifikacije 2.0, 3.0 in 3.1.

Prav tako je treba pri spajkanju modifikacij zastarelih različic upoštevati konfiguracijo konektorjev, tako imenovanih »samec« in »samica«.

Vodnik, spajkan na kontaktu »samca«, mora ustrezati spajkanju na kontaktu »samice«. Vzemimo za primer možnost spajkanja kabla na kontaktih USB 2.0.

Štirje delovni vodniki, uporabljeni v tej različici, so praviloma označeni s štirimi različnimi barvami:

• rdečo;
• belo;
• zeleno;
• črno.

V skladu s tem je vsak vodnik prispajkan na kontaktno ploščico, ki je označena s specifikacijo konektorja enake barvne sheme. Tak pristop znatno olajša delo elektronika in odpravlja morebitne napake med postopkom spajkanja.

Podobna tehnologija spajkanja se uporablja tudi za konektorje drugih serij. Edina razlika v takih primerih je večje število vodnikov, ki jih je treba spajkati. Za lažje delo je priročno uporabiti posebno orodje – zanesljiv spajkalnik za spajkanje žic doma in striper za odstranjevanje izolacije s koncev žil.

Ne glede na konfiguracijo konektorjev se vedno uporablja spajkanje ozemljitvenega vodnika. Ta vodnik je prispajkan na ustrezen kontakt na konektorju, Shield – zaščitni oklop.

Niso redki primeri ignoriranja zaščitnega oklopa, ko »strokovnjaki« ne vidijo smisla v tem vodniku. Vendar pa odsotnost oklopa močno zmanjša značilnosti kabla USB.

Zato ni presenetljivo, da ima uporabnik pri znatni dolžini kabla brez oklopa težave v obliki motenj.

Spajkanje konektorja z dvema vodnikoma za organizacijo napajalne linije za donorsko napravo. V praksi se uporabljajo različne različice spajkanja, ki temeljijo na tehničnih potrebah.

Spajkati kabel USB je dovoljeno na različne načine, odvisno od konfiguracije linij vrat na določeni napravi.

Na primer, za povezavo ene naprave z drugo z namenom pridobitve samo napajalne napetosti (5V) je dovolj, da spajkamo samo dve liniji na ustreznih pinih (kontaktih).

Zaključki in koristen video na to temo

Spodaj predstavljeni videoposnetek pojasnjuje glavne točke razporeditve priključkov serije 2.0 in drugih, vizualno pojasnjuje posamezne podrobnosti izdelave postopkov spajkanja.

S popolnimi informacijami o razporeditvi priključkov univerzalnega serijskega vodila se lahko vedno spoprimete s tehnično težavo, povezano z napakami prevodnikov. Prav tako bodo te informacije zagotovo prišle prav, če boste morali nestandardno povezati kakšne digitalne naprave.

Želite dopolniti zgoraj navedeno gradivo s koristnimi pripombami ali dragocenimi nasveti za samostojno spajkanje? Napišite komentarje v spodnjem bloku, po potrebi dodajte edinstvene fotografske materiale.

Morda imate po branju članka še kakšna vprašanja? Zastavite jih tukaj – naši strokovnjaki in kompetentni obiskovalci spletnega mesta bodo poskušali razjasniti nejasne točke.