Всем привет. Сегодня я подробно расскажу и покажу как меняю micro-USB разъёмы и иную мелочь,на коленках», т.е. в домашних условиях, не имея специального навыка и особых профессиональных дорогостоящих приблуд и веществ. Просто вооружившись вдохновением, всегда выручающим оптимизмом, смекалкой, усидчивостью, терпением и достаточным временем.

Вчера мне принесли на ремонт смартфон Lumia Denim 630 с неисправным гнездом питания, со словами: ,Зарядку показывает — а заряжать не хочет!» Смартфон выглядел монолитным, без винтов и защёлок, подумал было: ,Ну вот — запара! Сейчас придётся отогревать феном!», хотя повозившись оказалось что вскрывается легко, так как внутренности лежат в крышке- ,корытце» которое легко отделяется (на внутренних защёлках). Т.е. разработчиками Nokia всё продумано,по военному». За это им от меня смачный лайк!

Гнездо внешне оказалось в хорошем состоянии, трещин на пайке не обнаружилось, значит как часто бывает неисправность крылась в стёртых контактах внутри разъёма. Решил смело менять на новое. После ремонта разобрал старое гнездо и действительно контакты были в грязи, в,масляном войлоке» и выглядели заюзанными. Сфоткать забыл, а вообще какими бывают убитыми разъёмы, смотрите на приложенном к статье фото.

Верный признак того, что гнездо необходимо менять

Гнезда я покупал на Aли Экспресс ,кучкой» около 100 шт, 10-ти видов, что удобно.

Набор micro-usb гнезд

Подобрал подходящее, но не идентичное, которое пришлось доработать-подпилить.

Гнездо предстоит подогнать

Как оказалось впоследствии при почти внешней схожести гезда, на нём не подходили золочёные контакты по высоте, т.е,парили» над платой! Берите на заметку!

Гнездо подогнал, но не заметил несоответствие оригиналу

Пришлось по новой подбирать гнездо, снова подпиливать, подгонять, так как нужного не было.

Гнездо предстоит подогнать

При подгонке выявился лёгкий перекос гнезда, т.е. раскрытие скрепляющих замков гнезда, которые пришлось поставить на место, пропаять и слегка подогнать к крышке смарта острым ножом.

Гнездо подогнано

А всё потому что заказанные оптом гнёзда дешёвенькие, а значит попроще, из не очень прочного металла, в сравнении с родным гнёздами. Родные гнёзда как правило стоят очень дорого, сделаны добротно, надёжно, но таких на любой случай не напасёшься. Заказывать же родные в Китае и нудно ждать — проблематично. Определился разбирая старое гнездо, взвешивая все за и против, и сравнивая ценники в Али.

Для выпайки я использую специальный термофен , хотя вы можете вполне обойтись и строительным феном, проявляя при этом бдительность и внимательность, чтобы не,поджарить» УсЁ кругоОом.

Паяльный фен

Обязательно закройте все пластмассовые детали, конденсаторы, кондитерсокой фольгой или от шоколада, иначе они могут поплавиться! Тогда кирдык вашему смарту может прийти до обидного внезапно и безисходно! 🙂 Т.е. сначала круговыми движениями прогреваете всю плату, дабы её не повело,пропеллером» от разности температур, а потом уже круговыми движениями греете само гнездо (около 300 градусов, проверяете температурным датчиком мультиметра или обойдясь интуицией и пальцами). Перед прогревом желательно просто пропаять гнездо обычным припоем с флюсом или канифолью (смешать своё олово с заводским, этим облегчив выпайку), так как заводской припой на плате часто бывает безсвинцовым, что вызывает проблемы с выпаиванием гнезда.

Кстати для удобства работы я вполне обхожусь обычным кондитерским силиконовым ковриком, так как профессиональные дороги.

Мой коврик для пайки

Он держит высокие температуры и на нём ничего не скользит, т.е. вещь практичная и уместная. Так же использую специальный держатель плат с,крокодильчиками», с помощью которого удобно фиксирую плату.

Держатель плат

Коврик и держатель приобретал на Али. Вообще вы можете обойтись и без них, включая соображалку. 🙂

После выпайки использую оплётку смоченную флюсом или канифолью, прислоняя её с помощью паяльника и водя ими по дорожкам и отверстиям с оловом, так же заранее смазанных флюсом.

оплетка для удаления припоя

В результате оплётка вбирает в себя весь мешающий припой, оставляя всё вокруг чистым (круто придумано!). Единственное имейте ввиду, не сдерите дорожки и контактные пятаки оплёткой! Такое тоже имеет место быть! Будьте внимательны и не торопитесь!

Забыл сказать что выпаять гнездо паяльником проблематично и рискованно. Конечно при хорошем опыте можно выпаять и изощрённо — с помощью одной бООльшой капли припоя, накрыв ею всё гнездо и смотря на то чтобы не,ушатать» и не прилепить соседние детальки к вашей мега-капле и т.д. Но всё же это мастерски делают люди с набитой рукой и опытом. Ещё как вариант, в мастерских ранее (когда не было фенов, при СССР) изготавливали (покупали) специальные насадки-жала под необходимые разъёмы и гнёзда, которые позволяли подвести тепло ко всем требуемым участкам за раз и легко выпаять. Это был экскурс, но для вас всё же проще термофеном.

Специальные жала

В идеале для пайки мелких деталей в мастерских с успехом используют специальный микроскоп. Я же использую очки-лупа, так как хороший микроскоп мне пока не по карману, а дешёвый брать — только деньги на ветер.

Очки-лупа с подсветкой

Так же для разборки и сборки использую набор часовых отвёрток, их же с удовольствием использую и как удобные мелкие чистилки (от канифоли на плате), ковырялки, толкалки, поддевалки ножек элементов и т.д. Приобрёл в ближайшем строительном магазине, за символическую сумму.

Набор дешёвых часовых отверток

Здорово помогают разновидности пинцетов, приобретённых мной в Али и в,Фикс-прайсе». В важем же случае может пригодится женский косметический пинцет. 🙂

Жало вашего семейного сорокаватного паяльника нужно будет заточить под острым углом и со слегка закруглённым концом, чтобы аккуратно и эффективно подлезать к ножкам гнезда и безболезненно для соседних радиоэлементов.

Заточка жала паяльника

Или просто намотать медную проволоку на жало и использовать её в качестве тонкого жала, в простонародье: ,Минипаяльник на скорую руку»!

Мини паяльник

Желательно купить дешёвый регулятор мощности для светильников, которым вы будете регулировать температуру жала, чтобы канифоль на жале быстро не превращалась в нагар, чтобы не перегреть токопроводящие дорожки и чтобы они не отлетели.

Регулятор мощности светильника

Можно конечно и без регулятора мощности, но тогда придётся паять кратковременными прикосновениями, чтобы не перегреть дорожки и занудно часто чистя жало от чёрных канифольных окислов. И опять же — и это искусство возможного, на грани риска. Решайте сами.

Продолжаем. Перед впаиванием, смыл с платы использованый флюс зубной щёткой смоченной в спирте (можно и водкой, но она не совсем подходит из-за масел), шебурша ею в направлении за края платы, чтобы старый флюс не размазался по плате, улетел с платы и не привёл к корозии соседних медных дорожек. Вообще это по большому счёту касается почти всех флюсов, безотмывных и нейтральных, касается и канифоли, так все они в той или иной степени агрессивны и в той или иной степени испарения оных вредны для здоровья (проветривайте комнату!). Поэтому желательно смывать спиртом, отмывками и т.д., а канифоль соскабливать и промывать спиртом (под канифолью тоже бывает разъедает дорожки!). Далее посмотрел чистые ли и пропаяны ли контактные площадки (много припоя не должно быть, т.е. без горок, просто пропайка, чтобы гнездо ровно легло и припаялось) смазал места паек флюсом (флюс см. на фото), положил его,прицелившись» аккурат на посадочные места, чтобы гнездо потом совпало с задней крышкой и припаял, периодически пополняя жало припоем. Ну или если у вас припой в виде тоненькой проволочки, подносите его к месту пайки с жалом. Если у вас только канифоль то просто набираете жалом припой, потом мокаете его в канифоль и быстренько пока канифоль на жале не превратился в мерзкую чёрную массу из-за перегрева, припаиваете необходимые контактные пятаки к гнезду.

После обязательно проверьте как вы припаяли, всё ли красиво выглядит, не выпирает ли чего, нет ли т.н. ,соплей» между контактными площадками, так как это может вызвать короткое замыкание и чревато более серъёзной поломкой аппарата. Используйте немного оплётку, если жалом соплю убрать не удаётся, она отберёт лишний припой, а под ножкой гнезда олово отсавит. Если всё же чуток останется, тогда смажьте место канифолью и лёгкими движениями посрывайте жалом остатки олова между контактами. Но не переусердствуйте, припой должен быть в виде достаточной капельки, покрывающей контакт, для крепости контакта. Не жалейте флюса (канифоля) чтобы пайка была электропроводящей (а не т.н. ,холодная» или,сухая» пайка, не проводящая ток).

Теперь частично, без винтов, собираем смартфон, подключаем шлейфы, включаем, проверяем на работоспособность, если всё хорошо, зарядка идёт, батарея показывает что накапливает заряд, тогда окончательно собираем привинчивая и закрывая заднюю декоративную крышку.

Для ясности процесса замены гнезда, нарезал вам gif-ки из видео работы профессионала. Смотрите и внимайте.

Кабели USB имеют разные физические наконечники. Это зависит от того, к какому устройству оно подключаются. Существуют подключения к самому устройству и к хосту. Причем USB может быть с кабелем, так и без него. Возможен и такой вариант: кабель встраивается в само устройство. Кабель необходим для того, чтобы формировать интерфейс между устройством и хостом.

Но через некоторое время разработчики такого интерфейса компьютера, как USB, все равно имел маленькую скорость для того, чтобы использовать внешние жесткие диски и другие устройства, скорость которых была намного большая. Поэтому создателям USB пришлось изменить устройство так, что получилась новая модель. Теперь скорость третьего типа USB стала быстрей в десять раз. Конечно же, это отразилось и на зарядке.

Общие сведения об USB

Кабель USB состоит из четырех проводников, выполненных из меди. Это два проводника, предназначенных для питания, а еще остальные проводники в витой паре. В этот комплект еще входит и заземленная оплетка.

Рассмотрим теперь немного хост. В его качестве выступает специальный контролер, который запрограммирован и управляем. Его задача: обеспечивать деятельность интерфейса. Кстати, контролер чаще всего можно найти в микросхеме. Для соединения контролера с другими устройствами необходим концентратор.

А вот чтобы уже подключить внешние устройства к концентратору, используются порты, на конце которых и находятся разъемы. Кабели помогают USB устройствам подключаться к разъемам. Питание устройства может быть разным: от шины или внешний какой-то источник питания.

Для начала запуска достаточно всего лишь несколько минут и можно включаться в работу. Сначала сигнал о начале работы поступает на кабельный концентратор , который и сообщает дальше, что оборудование к работе готово.

Но стоит помнить одно правило. Всегда, когда начинаете выполнять распиновку устройства, сначала определите то, какова распиновка на вашем кабеле. Разъем юсб помогать подсоединить все внешние устройства к вашему компьютеру. Этот современный способ подключения заменяет все те способы, которые были ранее. Такой разъем дает дополнительные возможности : при работе компьютерного оборудования любые устройства могут быть подключены и сразу включаться в работу. Может он влиять и на работу зарядки.

Спецификация USB

Существовали первые предварительные версии USB, которые стали выпускаться еще в ноябре 1994 года. Так продолжалось в течение года. И после этого стали выходить уже новые модели USB , которые используются и до сих пор.

На сегодняшний день можно говорить о следующих моделях:

1. USB 1.0. Эта модель выпущена в январе 1996 года.
2. USB 1.1. Эта спецификация была выпущена в сентябре 1998 года.
3. USB 2.0. Эта модель была выпущена в 2000 году.

Технические характеристики каждой модели

Первая модель - USB 1.0. В такой спецификации выделяют два режима работы:

1. С низкой пропускной способностью.
2. С высокой пропускной способностью.

Максимальная кабельная длина допускается в этой модели для первого рабочего режима – три метра, а для второго рабочего состояния достигает пяти метров. Если пожелаете подключить несколько устройств, то их можно подключить до 127.

Технические характеристики модели USB 1.1 соответствуют первой, но вот только все проблемы и ошибки, которые возникли во время ее использования, были исправлены. Кстати, это первая модель, которая получила широкую популярность и быстро распространилась.

Третья модель – это USB 2.0. Для него есть три режима работы, где могут быть задействованы и мыши, и джойстик, и геймпады, и клавиатура, а также видеоустройства и такие устройства, которые хранят информацию.

Кабели и разъемы USB

В настоящее время в компьютерном мире произошло много разных изменений. Например, появился уже новый интерфейс с модификацией USB 3.0, скорость его в десять раз сильнее предыдущей модели. Но есть и другие виды разъемов , известные как микро- и мини- юсб. Их, кстати, можно встретить в настоящее время, например, в планшетах, телефонах, смартфонах и в другой самой разнообразной компьютерной продукции.

Каждая такая шина, конечно же, имеет еще и собственную распайку или распиновку. Она необходима для того, чтобы потом изготовить переходник в домашних условиях, позволяющий переходить с одного вида разъема на другой вид. Но для этого необходимы знания. Например, определенные знания о том, как располагаются проводники. Например, можно так сделать зарядку для любого телефона. Если такую работу с разъемами выполнить неверно, то тогда и само устройство будет поврежденным.

Есть отличие и в конструкции мини и макроустройствах. Так, теперь контактов уже у них пять. А в устройстве USB 2.0 можно насчитать девять контактов. Поэтому и распайка разъемов usb в такой модели будет проходить немного по-другому. Такая же распиновка usb разъемов будет и в модификации 3.0.

Распайка будет происходить по следующей схеме: сначала проводник красного цвета, который отвечает за подачу напряжения тока, который питает. Затем следует проводник белого и зеленого окраса, задача которых передавать информацию. Потом стоит перейти к проводнику черного цвета, который принимает подачу нуля напряжения, которое подается.

В конструкции USB 3.0 провода располагаются совсем по–другому. Первые четыре из них похожи по своему разъему на устройство модели 2.0. Но, уже начиная с пятого проводника, разъемы начинают различаться. Синий, пятый, проводок передает ту информацию, которая имеет отрицательное значение. Желтый проводник передает положительную информацию.

Можно проводить распиновку устройство еще и по цветам, которые подходят для разъемов всех устройств. Преимущества таких разъемов заключается в том, что при их использовании не нужно делать перезагрузку компьютера или даже пытаться как-то вручную установить все необходимые драйвера.

Разрабатывалась еще с 1994 года, при этом в команде разработчиков состояли инженеры из передовых компаний в сфере IT-технологий - Microsoft, Apple, Intel и других. В процессе проведения исследований преследовалась одна задача - найти универсальный порт, который мог бы использоваться для большинства устройств.

Таким образом, пользователям был предоставлен разъем USB, который практически сразу был поддержан различными разработчиками и начал активно использоваться в самых разных устройствах, начиная от персональных компьютеров и заканчивая мобильными гаджетами. Однако случилось так, что кабели с такими разъемами могли использоваться далеко не везде, да и сами по себе они были разными, в связи с чем некоторым требуется распайка мини-USB-разъема для того, чтобы сделать соответствующий переходник.

При этом мало кто знает о том, как правильно должна осуществляться данная процедура.

Понятия, которые нужно знать

Распайка USB-разъема начинается с изучения основных понятий:

• VCC - контакт положительного потенциала Для современных USB-кабелей показатель данного контакта составляет +5 Вольт, при этом стоит отметить, что в радиоэлектрических схемах такая аббревиатура полностью соответствует напряжению питания PNP, а также NPN-транзисторов.
• GND - контакт отрицательного потенциала источника питания. В современной аппаратуре, включая также различные модели материнских плат, данное устройство соединяется корпусом для того, чтобы обеспечить эффективную его защиту от статического электричества или же каких-либо внешних источников электромагнитных помех.
• D- - информационный контакт, имеющий нулевой потенциал, относительно которого осуществляется транслирование информации.
• D+ - информационный контакт, имеющий логическую единицу. Данный контакт используется для транслирования информации от хоста к устройству или же наоборот. На физическом уровне данный процесс представляет собой передачу прямоугольных импульсов с положительным зарядом, при этом импульсы имеют разную амплитуду и скважность.
• Male - штекер данного разъема, который среди современных пользователей, которыми осуществляется распайка USB-разъема для мыши и других устройств, часто называется «папа».
• Female - гнездо, в которое вставляется штекер. Пользователями называется «мама».
• RX - прием информации.
• TX - передача информации.

USB-OTG

OTG представляет собой способ соединения через кабель USB двух периферийных устройств без необходимости использования компьютера. Также такая распайка микро-USB-разъема в профессиональных кругах часто называется USB-host. Другими словами, флешка или же какой-нибудь жесткий диск таким образом могут непосредственно подключаться к планшету или же мобильному телефону точно так же, как к полноценному персональному компьютеру.

Помимо этого, к гаджетам можно подключать мышки или же клавиатуры, если они поддерживают возможность их использования. Нередко таким образом соединяют фотоаппараты и другие гаджеты с принтерами.

Какие у него есть ограничения?

Ограничения, которые имеет такая распайка микро-USB-разъема, являются следующими:

К примеру, если речь идет о подключении к телефону какой-нибудь USB-флешки, то в таком случае чаще всего применяется переходник «USB_AF-USB_AM_micro». В данном случае в разъем вставляется флешка, в то время как штекер подключается к мобильному телефону.

Особенность кабеля

Главная особенность, которой отличается распайка USB-разъема в формат OTG, - то, что в штекере контакт 4 в обязательном порядке должен замыкаться с контактом 5. В стандартном дата-кабеле к данному контакту вообще ничего не припаяно, а называется данный штекер USB-BM micro. Именно по этой причине нужно добраться до четвертого контакта, после чего при помощи перемычки присоединить его к проводу GND. После такой процедуру штекер будет переименован в USB-AM micro. Именно наличие перемычки между этими контактами в штекере позволяет аппарату определить, что к нему собираются подсоединить какое-то периферийное устройство. В том случае, если этой перемычки аппарат не будет видеть, им будет выполняться роль пассивного устройства, а любые подключенные к нему флешки просто-напросто будут полностью проигнорированы.

Как определяются устройства?

Многие считают, что при соединении в режиме OTG оба устройства полностью автоматически определяют, кто из них будет представлять собой хост, а кто будет находиться в подчинении. В действительности же в данном случае только пользователь определяет то, кто именно в данном случае будет мастером, так как в какое устройство будет воткнут штекер, оснащенный перемычкой между 4 и 5 контактами, то из них и будет являться хостом.

Как его сделать?

Через полупрозрачную изоляцию вы сможете рассмотреть несколько разноцветных проводов. Вам нужно будет подплавить изоляцию около черного провода, после чего один конец перемычки подпаять к контакту GND. С противоположной стороны можно увидеть белый провод, а также неиспользуемый контакт. В данном случае нам нужно подплавить изоляцию около незадействованного контакта, после чего к нему подпаять второй конец перемычки.

Стоит отметить, что схема распайки USB-разъема формата micro является гораздо более простой.

Развороченный штекер, который вы оснастили перемычкой, нужно будет изолировать, для чего используется специализированная термоусадочная трубка. После этого вам нужно будет просто взять «маму» от удлинителя и припаять ее к нашему штекеру цвет в цвет. Если кабели являются экранированными, то в таком случае вам нужно будет также, помимо прочего, соединить и экраны.

Можно ли заряжать?

Если к устройству подключается периферия через OTG, то в таком случае оно должно будет ее питать, что значительно может снизить общую длительность работы устройства от встроенного в него аккумулятора. В связи с этим многие задумываются, можно ли через внешний источник подзаряжать такое устройство. Это возможно, но для этого нужна поддержка специального режима в устройства, а также отдельная распайка USB-разъема для зарядки.

На самом деле режим зарядки чаще всего предусматривается современными разработчиками гаджетов, однако далеко не все позволяют проводить такую процедуру. При этом следует отметить тот факт, что для перехода в такой режим зарядки должна быть использована отдельная схема распайки USB-разъема, в которой контакты замыкаются через отдельный резистор.

Разъемы типа Micro USB встроены во множество современных устройств, однако встречаются и гнезда другого типа - Mini USB, которые требуют отдельного специального кабеля. У многих возникает логичный вопрос: почему бы не заменить гнездо Mini USB на Micro USB.
Легко ли перепаять USB гнездо самостоятельно без паяльной станции, и какие трудности могут возникнуть у человека без опыта ремонта электроники при замене USB разъема.
Рассмотрим процесс замены Mini USB коннектора на Micro USB детально!
Прежде всего стоит знать, что у этих разъемов чаще всего не совпадают ни контактные площадки для припаивания к плате, ни шаг между выводами контактов!
Если эти трудности вас не пугают, и вы все равно решили заменить Mini USB разъем на Micro USB, обязательно позаботьтесь об изоляции всех контактов разъема!

Что касается инструментов, то для самостоятельной замены USB разъема понадобится:
1. Качественный легкоплавкий припой и бескислотный флюс.
2. Оловоотсос хотя бы простейший не обязателен, но желателен! Выпаивать детали с его помощью получится гораздо быстрее!
3. Оплетка для снятия припоя.
4. Средство для промывки плат или обычный спирт. Даже, если вы используете профессиональный безотмывочный флюс, протереть плату после пайки не помешает!
5. Термостойкий каптоновый скотч.
6. Держатель печатных плат хотя бы простейшего типа иметь очень желательно!
7. Паяльная станция или паяльник с термо-стабилизацией! Без них велика вероятность:
- перегрева детали! Перегретые дорожки печатной платы обычно просто отслаиваются!
- её недогрева! Если припой недостаточно пластичен и быстро твердеет, вы рискуете оторвать деталь вместе с контактными площадками печатной платы! Это особенно актуально при замене Micro USB, Mini USB и других аналогичных разъемов!

Процесс замены USB разъема состоит из нескольких этапов:
1. Прежде всего устройство полностью обесточивают, отключив от сети и автономного питания (аккумуляторы обязательно отсоединяют)!
2. Все легкоплавкие детали вблизи разъема обычно защищают от оплавления, заклеивая каптоновым скотчем.
3. На место демонтажа USB разъема наносится бескислотный флюс.
4. Тугоплавкий припой удаляют и наносят легкоплавкий.

Чем больше припоя удастся нанести, тем легче будет выпаять USB разъем паяльником.

5. Равномерно перемещая паяльник, стараются одновременно прогреть все контактные площадки разъема и его выводы.
6. Аккуратно снимают разъем с платы, предварительно убедившись, что припой достаточно нагрет. Лучше снимать разъем керамическим пинцетом, а не обычным металлическим!

7. Все контактные площадки очищают от припоя настолько, чтобы их поверхность стала ровной!
8. Если производится замена разъема Mini USB на Micro USB, и контактные площадки не совпадают, на плату наклеивается каптоновый скотч. Он нужен для предотвращения замыкания!

9. Очень важно точно выставить Micro USB гнездо на плате! Учитывайте, что выступающая металлическая часть Micro USB штекеров бывает разной длины!

Слишком "глубоко" размещенное в корпусе Micro USB гнездо не обеспечит надежного контакта с контактами штекера из-за того, что его пластик просто упрется в корпус! И наоборот слишком близко припаянный разъем может легко сломаться от бокового перекоса при вытаскивании кабеля!

Все выводы разъема нужно обязательно тщательно залудить и убедиться, что припой действительно проник в металл! Если этого не сделать, разъем может просто отвалиться или сместиться при вставке/вытаскивании коннектора!

Точно отпозиционировав USB разъем, припаивают его крепежные выводы.
10. Затем припаивают выводы питания и (если нужно) сигнальные выводы.
Если шаг между ними не совпадает, для соединения обычно используют проводки ("волоски" из тонкого провода). Однако следует учесть, что проводники питания ("+" и "-") должны иметь достаточное сечение!
11. Крепление Micro USB разъема к плате может быть усилено, припаиванием дополнительной скобы из залуженной проволоки (обязательно твердой).

Конечно припаивать её нужно аккуратно, чтобы не расплавить разъем и не залепить припоем его отверстия для фиксации Micro USB штекера!
12. После замены USB разъема тщательно промойте плату от флюса и убедитесь в отсутствии на ней "соплей" (частичек припоя), которые могут стать причиной короткого замыкания! Разумеется все паяные контакты перед сборкой устройства лучше "прозвонить" мультиметром!

USB (Universal Serial Bus - «универсальная последовательная шина») - последовательный интерфейс передачи данных для среднескоростных и низкоскоростных периферийных устройств. Для подключения используется 4-х проводный кабель, при этом два провода используются для приёма и передачи данных, а 2 провода - для питания периферийного устройства. Благодаря встроенным линиям питания USB позволяет подключать периферийные устройства без собственного источника питания.

Основные сведения о USB

Кабель USB состоит из 4 медных проводников - 2 проводника питания и 2 проводника данных в витой паре, и заземленной оплётки (экрана). Кабели USB имеют физически разные наконечники «к устройству» и «к хосту». Возможна реализация USB устройства без кабеля, со встроенным в корпус наконечником «к хосту». Возможно и неразъёмное встраивание кабеля в устройство (например, USB-клавиатура, Web-камера, USB-мышь) , хотя стандарт запрещает это для устройств full и high speed.

Шина USB строго ориентирована, т. е. имеет понятие «главное устройство» (хост, он же USB контроллер, обычно встроен в микросхему южного моста на материнской плате) и «периферийные устройства».

Устройства могут получать питание +5 В от шины, но могут и требовать внешний источник питания. Поддерживается и дежурный режим для устройств и разветвителей по команде с шины со снятием основного питания при сохранении дежурного питания и включением по команде с шины.

USB поддерживает «горячее» подключение и отключение устройств . Это возможно благодаря увеличения длинны проводника заземляющего контакта по отношению к сигнальным. При подключении разъёма USB первыми замыкаются заземляющие контакты , потенциалы корпусов двух устройств становятся равны и дальнейшее соединение сигнальных проводников не приводит к перенапряжениям, даже если устройства питаются от разных фаз силовой трёхфазной сети.

На логическом уровне устройство USB поддерживает транзакции приема и передачи данных. Каждый пакет каждой транзакции содержит в себе номер оконечной точки (endpoint) на устройстве. При подключении устройства драйверы в ядре ОС читают с устройства список оконечных точек и создают управляющие структуры данных для общения с каждой оконечной точкой устройства. Совокупность оконечной точки и структур данных в ядре ОС называется каналом (pipe) .

Оконечные точки , а значит, и каналы, относятся к одному из 4 классов:

• поточный (bulk),
• управляющий (control),
• изохронный (isoch),
• прерывание (interrupt).

Низкоскоростные устройства, такие, как мышь, не могут иметь изохронные и поточные каналы .

Управляющий канал предназначен для обмена с устройством короткими пакетами «вопрос-ответ». Любое устройство имеет управляющий канал 0, который позволяет программному обеспечению ОС прочитать краткую информацию об устройстве, в том числе коды производителя и модели, используемые для выбора драйвера, и список других оконечных точек.

Канал прерывания позволяет доставлять короткие пакеты и в том, и в другом направлении, без получения на них ответа/подтверждения, но с гарантией времени доставки - пакет будет доставлен не позже, чем через N миллисекунд. Например, используется в устройствах ввода (клавиатуры, мыши или джойстики).

Изохронный канал позволяет доставлять пакеты без гарантии доставки и без ответов/подтверждений, но с гарантированной скоростью доставки в N пакетов на один период шины (1 КГц у low и full speed, 8 КГц у high speed). Используется для передачи аудио- и видеоинформации.

Поточный канал дает гарантию доставки каждого пакета, поддерживает автоматическую приостановку передачи данных по нежеланию устройства (переполнение или опустошение буфера), но не дает гарантий скорости и задержки доставки. Используется, например, в принтерах и сканерах.

Время шины делится на периоды, в начале периода контроллер передает всей шине пакет «начало периода». Далее в течение периода передаются пакеты прерываний, потом изохронные в требуемом количестве, в оставшееся время в периоде передаются управляющие пакеты и в последнюю очередь поточные.

Активной стороной шины всегда является контроллер, передача пакета данных от устройства к контроллеру реализована как короткий вопрос контроллера и длинный, содержащий данные, ответ устройства. Расписание движения пакетов для каждого периода шины создается совместным усилием аппаратуры контроллера и ПО драйвера, для этого многие контроллеры используют Прямой доступ к памяти DMA (Direct Memory Access ) - режим обмена данными между устройствами или же между устройством и основной памятью, без участия Центрального Процессора (ЦП). В результате скорость передачи увеличивается, так как данные не пересылаются в ЦП и обратно.

Размер пакета для оконечной точки есть вшитая в таблицу оконечных точек устройства константа, изменению не подлежит. Он выбирается разработчиком устройства из числа тех, что поддерживаются стандартом USB.

Технические характеристики USB

Возможности, достоинства и недостантки USB:

• Высокая скорость обмена (full-speed signaling bit rate) - 12 Мб/с;
• Максимальная длина кабеля для высокой скорости обмена - 5 м;
• Низкая скорость обмена (low-speed signaling bit rate) - 1.5 Мб/с;
• Максимальная длина кабеля для низкой скорости обмена - 3 м;
• Максимум подключенных устройств (включая размножители) - 127;
• Возможно подключение устройств с различными скоростями обмена;
• Не нужно устанавливать дополнительных элементов, таких как терминаторы;
• Напряжение питания для периферийных устройств - 5 В;
• Максимальный ток потребления на одно устройство - 500 mA.

Сигналы USB передаются по двум проводам экранированного 4-хпроводного кабеля.

Распайка разъема USB 1.0 и USB 2.0

Тип А		Тип В
Вилка (на кабеле)	Розетка (на компьютере)	Вилка (на кабеле)	Розетка (на периферийном устройстве)

Названия и функциональные назначения выводов USB 1.0 и USB 2.0

Недостатки USB 2.0

Хоть максимальная скорость передачи данных USB 2.0 составляет 480 Мбит/с (60 Мбайт/с), в реальной жизни достичь таких скоростей нереально (~33,5 Мбайт/сек на практике). Это объясняется большими задержками шины USB между запросом на передачу данных и собственно началом передачи. Например, шина FireWire , хотя и обладает меньшей пиковой пропускной способностью 400 Мбит/с, что на 80 Мбит/с (10 Мбайт/с) меньше, чем у USB 2.0, в реальности позволяет обеспечить бо́льшую пропускную способность для обмена данными с жёсткими дисками и другими устройствами хранения информации. В связи с этим разнообразные мобильные накопители уже давно «упираются» в недостаточную практическую пропускную способность USB 2.0.