USB 連接器和 USB 電纜的知識

USB 是通用串行總線的縮寫。作為快速復(fù)習(xí)，“總線”是一種電路布置或通信系統(tǒng)，用于在系統(tǒng)中的組件之間傳輸數(shù)據(jù)。在這種情況下，“串行”總線通過單根導(dǎo)線一次一位地傳輸數(shù)據(jù)。

然而，USB 連接器不僅可以在組件之間傳輸數(shù)據(jù)，還可以傳輸電力，并且可以容納許多不同的硬件設(shè)備，從打印機和鍵盤到手機和閃存驅(qū)動器。

在開發(fā) USB 協(xié)議之前，計算機使用串行和并行端口來完成數(shù)據(jù)傳輸，各個設(shè)備使用各種專有插頭、連接器、電纜、擴展卡和必要的驅(qū)動程序。數(shù)據(jù)傳輸速率很慢，并行端口以每秒 100 千字節(jié) (kB) 的速度運行，串行端口以每秒 115 到 450 千字節(jié) (kb) 的速度運行。

USB 1.0 規(guī)范于 1996 年初首次亮相，經(jīng)過一個公司聯(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(shù)據(jù)。隨著 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，傳輸速度進一步提高。USB 3.2 已經(jīng)接管了 3.1 和 3.0 標(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)準(zhǔn)多年來一直由USB 實施者論壇(USB-IF) 指導(dǎo)和認(rèn)證，該論壇擁有 700 多家公司作為成員。多年來，USB-IF 的工作導(dǎo)致了一系列標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，規(guī)格越來越快。這種通過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(dāng)今世界使用的主要信號傳輸技術(shù)。

USB 連接器有多種類型或物理外形，可用于各種應(yīng)用。這些包括：

• A 型– 這是最常見的原始 USB 連接器，也稱為 USB 標(biāo)準(zhǔn) A。它用于將下游外圍設(shè)備連接到主機設(shè)備。扁平的矩形形狀通過摩擦固定在適當(dāng)?shù)奈恢茫员阌诓迦牒鸵瞥?。它在其中一個引腳上提供 5 V 直流電源，并與所有類型的 USB 協(xié)議兼容。

• B 型- B 型連接器最常與 USB 計算機外圍設(shè)備相關(guān)聯(lián)。這個連接器是方形的，頂部有輕微的斜角。與 A 型一樣，它通過摩擦固定在適當(dāng)?shù)奈恢谩Ｋ拈_發(fā)目的是允許連接外圍設(shè)備，而不會有將兩臺主機相互連接的風(fēng)險。這種連接器類型仍在使用，但微型版本更為普遍。

• C 型– 這是最新的 USB 接口，具有可逆對稱設(shè)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(shè)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(shù)據(jù)，雙向功率輸出高達 100 W（通過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(shè)備連接到數(shù)據(jù)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，同時保持 480 Mbps 的高速傳輸速率和 On-The-Go (OTG) 功能，允許移動設(shè)備和其他外圍設(shè)備充當(dāng) 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型，提供更大的靈活性。

USB 連接器類型和引腳排列

各個類型的 USB 連接器只能與其相關(guān)的公頭或母頭連接器匹配。沒有交叉兼容性。但是，雖然連接器本身是標(biāo)準(zhǔn)的，但使用它們的外殼可以針對不同的應(yīng)用進行顯著更改。這導(dǎo)致了IP 等級（入口保護）USB 連接器的開發(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(shè)備。

大多數(shù) USB 電纜組件的一端也有一種類型的連接器，另一端有不同類型的連接器，A 型到 B 型或 C 型非常常見。由于 C 型專為可互換而設(shè)計，因此 C 型更常見于電纜的兩端，并且隨著 C 型端口被更廣泛地采用，其使用量也會增加。USB 3.0 micro B 插頭具有更寬的連接以適應(yīng)更高的數(shù)據(jù)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(shè)備可以與較舊的 USB 2.0 micro B 型公插頭配合使用。

區(qū)分micro B 和 USB 3.0 micro B 連接器的混淆

如前所述，USB 通信標(biāo)準(zhǔn)定義了正在使用的設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸速度、握手協(xié)議和電源規(guī)格。多年來，該標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)有了顯著的改進，數(shù)據(jù)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。每個后續(xù)版本都促進了新一輪的互連硬件。

眾所周知，USB 通信標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)，盡管它可以從 5 Gbps 到 20 Gbps 不等。20 Gbps 標(biāo)準(zhǔn)也可以稱為“SuperSpeed USB 20 Gbps”或“USB 3.2 Gen 2x2”，其中 10 Gbps 標(biāo)準(zhǔn)也可以稱為“SuperSpeed USB 10 Gbps”或“USB 3.2 Gen 2”。最后，5 Gbps 標(biāo)準(zhǔn)目前稱為“SuperSpeed USB 5 Gbps”或“USB 3.2 Gen 1”。但是，可以在整個 Internet 上找到舊命名約定的使用，手動檢查設(shè)備或連接器的速度等級并將其用作基線可能是最簡單的。

USB 3.2 命名約定和規(guī)范

但是，與許多安裝的情況一樣，同一系統(tǒng)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(shè)備正在通信，它們將默認(rèn)使用較舊版本和速度。這是軟件的功能，但與標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)。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(biāo)準(zhǔn)和通信標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系時，經(jīng)常會出現(xiàn)混淆。我們的博客文章USB Type C 和 USB 3.2 – 闡明連接對此進行了更詳細(xì)的討論。

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

USB 標(biāo)準(zhǔn)最初是作為一種數(shù)據(jù)接口協(xié)議來簡化設(shè)備之間的互連，并提供了一些電力。從那時起，它已經(jīng)從向包含數(shù)據(jù)接口的重要電力管道提供有限電力的數(shù)據(jù)接口發(fā)展成熟。許多設(shè)備現(xiàn)在能夠通過連接充電或接收電力。

各方共同努力實現(xiàn)電力傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)化，并以 USB 電力傳輸 (USB PD) 標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(shè)備供電。電源管理也可以跨多個外設(shè)進行優(yōu)化。

USB PD 需要數(shù)字設(shè)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(tǒng)將恢復(fù)為 5 V/1 A 標(biāo)準(zhǔn)。這與 USB 版本和類型無關(guān)，但確實需要支持 USB PD 標(biāo)準(zhǔn)的類型。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(guī)范的進展

PD 也可以與不傳輸數(shù)據(jù)的設(shè)備一起使用，純粹利用 USB 供電。它確實需要單獨的通信線路進行電源協(xié)商，因此設(shè)計和制造比許多非 USB 格式稍微復(fù)雜一些。PD 為大量設(shè)備創(chuàng)建了充電標(biāo)準(zhǔn)，簡化和整合了充電器，這一事實可以抵消這種復(fù)雜性。這可以減少電子垃圾以及不同設(shè)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 型連接器簡介博客文章。

通過提供小尺寸、易于設(shè)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的應(yīng)用列表。這些用途的簡短列表包括：

• 臺式機和筆記本電腦

• 磁盤驅(qū)動器

• 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(shù)據(jù)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(shè)備等設(shè)備供電。

USB 的潛在應(yīng)用持續(xù)增長

最新 USB 標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)健性和速度也開啟了更多應(yīng)用。它現(xiàn)在具有帶寬、可靠性和電力傳輸能力，可用于數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控、機器視覺和過程控制等工業(yè)應(yīng)用?；旧?，任何使用 240 W 或更低功率的應(yīng)用都可以成為 USB 電源的候選者。

USB 是一種非常靈活的標(biāo)準(zhǔn)，在需要數(shù)據(jù)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(guī)格相結(jié)合，使產(chǎn)品或系統(tǒng)設(shè)計人員能夠降低布線需求和雜亂、減少占用空間、確保向后兼容性并削減總體成本。無論是為未來設(shè)計還是與傳統(tǒng)產(chǎn)品連接，了解 USB 的功能都將幫助設(shè)計人員創(chuàng)造出可供地球上幾乎任何人使用的產(chǎn)品。