Universal Serial Bus (USB) je rozhraní pro navázání komunikace mezi zařízeními a hostitelským řadičem (obvykle osobním počítačem). Nowdays USB nahradil řadu dřívějších PC rozhraní (například RS-232 serial, paralelní port, a dokonce FireWire). Vzhledem ke schopnosti dodávat energii do preipheral zařízení USB je často používán jako nabíječka pro přenosná zařízení.

architektura systému USB se skládá z hostitelského řadiče, portů USB a více připojených zařízení. Mohou být zahrnuty další rozbočovače USB, které umožňují větvení do stromové struktury až s pěti úrovněmi. USB lze připojit počítačové periferie jako myši, klávesnice, digitální fotoaparáty, PDA, mobilní telefony, tiskárny, osobní přehrávače médií, Media Transfer Protocol (MTP) zařízení, flash disky, GPS, Síťové Adaptéry, a externí pevné disky. Pro mnoho z těchto zařízení se USB stalo standardní metodou připojení.

USB rozhraní zaměřené odstranit potřebu pro přidání rozšiřující karty do počítače je PCI nebo PCI-Express sběrnice, a zlepšit plug-and-play schopností tím, že zařízení bude horko vyměnil, nebo přidán do systému bez restartu počítače.

USB connectors

There are several types of USB connectors. Konektor namontovaný na hostiteli nebo zařízení se nazývá zásuvka a konektor připojený ke kabelu se nazývá zástrčka. Původní specifikace USB podrobně standardní-a a standardní-B zástrčky a zásuvky. V současné době existuje 7 USB konektory známo: Standard, Standard-B, Mini-A, Mini-B , Micro-K, Micro-AB, Micro-B, B-Typ-C, Mini-USB pinout a Micro-USB pinout jsou mírně odlišné: používá standardní USB 4 piny, zatímco Mini-USB a Micro-USB používá 5 pinů v konektoru. Přídavný kolík se používá jako indikátor přítomnosti připojeného zařízení.

USB pinout signály

USB je sériová sběrnice. Používá 4 stíněné vodiče: dvě pro napájení (+5v & GND) a dva pro diferenciální datové signály (označované jako D+ a D – v pinout). Schéma kódování NRZI (Non Return to Zero Invert) slouží k odesílání dat se synchronizačním polem pro synchronizaci hodin hostitele a přijímače. V datovém kabelu USB jsou data+ a datové signály přenášeny na kroucené dvojici. Není třeba žádné ukončení. Poloviční duplexní diferenciální signalizace pomáhá bojovat proti účinkům elektromagnetického šumu na delších linkách. Na rozdíl od všeobecného přesvědčení fungují D + A D-společně; nejedná se o samostatná simplex připojení. USB 2.0 poskytuje maximální délku kabelu 5 metrů pro zařízení běžící rychlostí Hi.

režimy přenosu USB

univerzální sériová sběrnice podporuje režimy řízení, přerušení, hromadného a izochronního přenosu.

Specifikace Rozhraní USB.

existují některé hlavní verze USB známé nowdays:

USB 1.0-nízká rychlost nebo plná rychlost

• vydané v roce 1996.
• určuje rychlost přenosu dat 1.5 Mbit/s (Low-šířka Pásma, používá se většinou pro Lidské Input Devices (HID), jako jsou klávesnice, myši, joysticky a často tlačítek na vyšší rychlost zařízení, jako jsou tiskárny nebo skenery) a 12 Mbit/s (Full-šířka Pásma).
• v současné době je stále používán používá některá zařízení, která nepotřebují rychlejší přenosové rychlosti.

USB 2.0 – Vysoká Rychlost

• vydáno v roce 2000
• kromě USB 1.0 přidává signalizační rychlost 480 Mbit/s (Hi-Speed)
• kompatibilní s USB 1.0, ale nějaký hardware určen pro USB 2.0 nemusí fungovat s USB 1.0 hostitelské řadiče.

USB 3.0 – SuperSpeed

• propuštěn v roce 2008
• přidáno přenosové rychlosti až 5 Gbit/s (SuperSpeed)
• USB 3.1 vydáno v roce 2013 přidáno SuperSpeed+ přenosová rychlost až do 10 Gbit/s
• USB 3.2 vydáno v roce 2017 přidáno SuperSpeed+ přenosové rychlosti až 20 Gbit/s a multi-link režimy

USB 1.0 a USB 2.0 sdílí stejný konektor pinout, USB 3.0 vývodů a USB Typu C vlastnosti nových konektorů s vlastním vývodům.

USB zařízení musí udávat svou rychlost tahem D + nebo D – line vysoko na 3,3 voltů. Tyto pull up rezistory na konci zařízení budou také použity hostitelem nebo rozbočovačem k detekci přítomnosti zařízení připojeného k jeho portu. Bez pull up rezistoru, USB předpokládá, že není nic připojeno ke sběrnici.

s cílem pomoci uživateli identifikovat maximální rychlost zařízení, zařízení USB často specifikuje svou rychlost na obalu jedním ze speciálních marketingových log USB.

když se nové zařízení poprvé zapojí, hostitel jej vyjmenuje a načte ovladač zařízení nezbytný pro jeho spuštění. Načtení příslušného ovladače se provádí pomocí kombinace PID/VID (ID produktu / ID dodavatele) dodávané připojeným hardwarem. Hostitelské řadiče USB mají své vlastní specifikace: UHCI (univerzální rozhraní hostitelského řadiče), OHCI (otevřené rozhraní hostitelského řadiče) s rozhraním USB 1.1, EHCI (rozšířené rozhraní hostitelského řadiče) se používá s rozhraním USB 2.0.

zařízení napájená USB

konektor USB poskytuje jediný 5 voltový vodič, ze kterého se připojená zařízení USB mohou napájet. Daný segment sběrnice je určen pro dodávku až 500 mA. To je často dost pro napájení několika zařízení, i když tento rozpočet musí být sdílen mezi všemi zařízeními po proudu od unpowered hub. Zařízení napájené sběrnicí může využívat tolik energie, kolik umožňuje port, do kterého je připojeno.

Bus-powered hub i nadále distribuovat autobus za předpokladu, napájení připojených zařízení, ale specifikace USB umožňuje pouze pro jednu úroveň bus-poháněl zařízení z bus-powered hub. To znemožňuje připojení rozbočovače poháněného sběrnicí k jinému rozbočovači poháněnému sběrnicí. Mnoho rozbočovačů obsahuje externí napájecí zdroje, které napájejí zařízení připojená přes ně, aniž by odebíraly energii ze sběrnice. Zařízení, která potřebují více než 500 mA nebo vyšší než 5 voltů, musí poskytovat vlastní energii.

když jsou zařízení USB (včetně rozbočovačů) poprvé připojena, jsou vyslýchána hostitelským řadičem, který zjišťuje jejich maximální požadavky na napájení. Zdá se však, že jakákoli zátěž připojená k portu USB může být operačním systémem považována za zařízení. Hostitelský operační systém obvykle udržuje požadavky na napájení z USB, sítě, a může varovat počítače operátora při daném segmentu vyžaduje více energie, než je k dispozici a může vypnout zařízení s cílem udržet spotřebu energie v rámci dostupných zdrojů.

USB napájecí použití:

rozpoznat Nabíjení Baterie, vyhrazený nabíjecí port klade odpor není větší než 200 Ω přes D+ a D− terminály.

Speciální nabíječka mode:

jednoduchý USB nabíječka by měla obsahovat 200 Ohm odpor mezi D+ a D – vodičích (někdy zkratovým D+ a D – dohromady je dost). Zařízení se pak nepokusí přenášet ani přijímat data, ale může čerpat až 1,8 A, pokud je zdroj může poskytnout.

USB napětí:

Dodávané napětí hostitele nebo napájený rozbočovač portů je mezi 4,75 V 5,25 V. Maximální pokles napětí pro bus-powered uzlů je 0.35 V. z jeho hostitel nebo hub rozbočovače výstupní port. Všechny rozbočovače a funkce musí být schopny odesílat konfigurační data při 4, 4 V, ale při tomto napětí musí pracovat pouze funkce s nízkým výkonem. Normální provozní napětí pro funkce je minimálně 4,75 v.

stínění kabelu USB:

štít by měl být připojen pouze k zemi na hostiteli. Žádné zařízení by nemělo připojovat štít k zemi.

kabely USB:

stíněné:
Data: 28 AWG kroucené
napájení: 28 AWG – 20 AWG non-twisted

Non-shielded:
Data: 28 AWG non-twisted
Power: 28 AWG – 20 AWG non-twisted