Universal Serial Bus (USB) is een interface om communicatie tot stand te brengen tussen apparaten en een Host controller (meestal personal computer). Nowdays USB heeft een verscheidenheid van eerdere PC-interfaces vervangen (zoals RS-232 seriële, parallelle poort, en zelfs FireWire). Vanwege de mogelijkheid om stroom te leveren aan de preipherale apparaten USB wordt vaak gebruikt als een oplader voor draagbare apparaten.

een USB-systeemarchitectuur bestaat uit een hostcontroller, een USB-poort en meerdere aangesloten apparaten. Extra USB-hubs kunnen worden opgenomen waardoor vertakking in een boomstructuur met maximaal vijf niveaus. USB kan computerrandapparatuur zoals muizen, toetsenborden, digitale camera ‘ s, PDA, mobiele telefoons, printers, persoonlijke mediaspelers, Media Transfer Protocol (MTP) – apparaten, flash drives, GPS, Netwerkadapters en externe harde schijven aansluiten. Voor veel van deze apparaten is USB De Standaard verbindingsmethode geworden.

USB-interface was bedoeld om de noodzaak om uitbreidingskaarten toe te voegen aan de PCI-of PCI-Express-bus van de computer te verwijderen, en de plug-and-play-mogelijkheden te verbeteren door apparaten hot swapped of toegevoegd aan het systeem toe te staan zonder de computer opnieuw op te starten.

USB connectors

There are several types of USB connectors. De connector die op de host of het apparaat is gemonteerd, wordt de houder genoemd en de connector die aan de kabel is bevestigd, wordt de stekker genoemd. De originele usb-specificatie gedetailleerde standaard-A en Standaard-B stekkers en houders. Tegenwoordig zijn er 7 USB-connectoren bekend: standaard-A, standaard-B, Mini-a , Mini-B, Micro-A, Micro-AB, Micro-B, Type-C. Mini-USB pinout en Micro-USB pinout zijn iets anders: standaard USB gebruikt 4 pins terwijl Mini-USB en Micro-USB 5 pins in connector gebruikt. De extra pin wordt gebruikt als een aangehechte aanwezigheidsindicator.

USB pinout signalen

USB is een seriële bus. Het gebruikt 4 afgeschermde draden: twee voor vermogen (+5v & GND) en twee voor differentiële datasignalen (gelabeld als D+ en D – in pinout). NRZI (Non Return to Zero Invert) codering schema gebruikt om gegevens te verzenden met een sync veld om de host en ontvanger klokken synchroniseren. In USB-datakabel worden gegevens+ en datasignalen verzonden op een gedraaid paar. Geen beëindiging nodig. Half-duplex differentiële signalering helpt om de effecten van elektromagnetische ruis op langere lijnen te bestrijden. In tegenstelling tot wat vaak wordt gedacht, werken D+ en D-samen; het zijn geen afzonderlijke simplex verbindingen. USB 2.0 biedt een maximale kabellengte van 5 meter voor apparaten met hoge snelheid.

USB-overdrachtsmodi

Universal serial bus ondersteunt besturings -, Interrupt -, Bulk-en isochrone overdrachtsmodi.

USB-interfaces SPECIFICATIES.

Er zijn nu enkele belangrijke USB-versies bekend:

USB 1.0 – Low Speed or Full Speed

• uitgebracht in 1996.
• specificeert gegevenssnelheden van 1.5 Mbit/s (lage bandbreedte, wordt meestal gebruikt voor Human Input Devices (HID) zoals toetsenborden, mouses, joysticks en vaak de knoppen op hogere snelheid apparaten zoals printers of scanners) en 12 Mbit / s (volledige bandbreedte).
• wordt tegenwoordig nog steeds gebruikt door sommige apparaten die geen snellere gegevensoverdracht nodig hebben.

USB 2.0-High Speed

• uitgebracht in 2000
• in aanvulling op USB 1.0 voegt signaalsnelheid toe van 480 Mbit/s (Hi-Speed)
• compatibel met USB 1.0, maar sommige hardware ontworpen voor USB 2.0 werkt mogelijk niet met USB 1.0 host controllers.

USB 3.0 – SuperSpeed

• uitgebracht in 2008
• transmissiesnelheden tot 5 Gbit/s (SuperSpeed)
• USB 3.1 uitgebracht in 2013 toegevoegd SuperSpeed+ transmissiesnelheid tot 10 Gbit/s
• USB 3.2 uitgebracht in 2017 toegevoegd SuperSpeed+ transmissiesnelheid tot 20 Gbit/s en multi-link modi

USB 1.0 en USB 2.0 deelt dezelfde connector pinout, USB 3.0 pinout en USB Type C zijn voorzien van nieuwe connectoren met hun eigen pinouts.

een USB-apparaat moet zijn snelheid aangeven door de D+ of D – lijn hoog te trekken tot 3,3 volt. Deze pull up weerstanden aan het einde van het apparaat zal ook worden gebruikt door de host of hub om de aanwezigheid van een apparaat aangesloten op de poort te detecteren. Zonder een pull up weerstand, USB gaat ervan uit dat er niets is aangesloten op de bus.

om de gebruiker te helpen de maximale snelheid van het apparaat te identificeren, specificeert een USB-apparaat vaak zijn snelheid op zijn cover met een van de USB-speciale marketinglogo ‘ s.

wanneer het nieuwe apparaat voor het eerst wordt aangesloten, somt de host het op en laadt het apparaatstuurprogramma dat nodig is om het uit te voeren. Het laden van de juiste driver wordt gedaan met behulp van een PID/VID (Product ID/Vendor ID) combinatie geleverd door bijgevoegde hardware. De USB host controllers heeft hun eigen specificaties: UHCI (Universal Host Controller Interface), OHCI (Open Host Controller Interface) met USB 1.1, EHCI (Enhanced Host Controller Interface) wordt gebruikt met USB 2.0.

USB-apparaten

de USB-connector levert een enkele 5 volt-draad van waaruit aangesloten USB-apparaten zichzelf kunnen voeden. Een bepaald segment van de bus is gespecificeerd om tot 500 mA te leveren. Dit is vaak genoeg om meerdere apparaten van stroom te voorzien, hoewel dit budget moet worden gedeeld tussen alle apparaten stroomafwaarts van een niet-aangedreven hub. Een bus-aangedreven apparaat kan zoveel van die stroom gebruiken als toegestaan door de poort waarop het is aangesloten.

bus-aangedreven hubs kunnen doorgaan met het distribueren van de bus geleverde stroom naar aangesloten apparaten, maar de USB-specificatie staat slechts een enkel niveau van Bus-aangedreven apparaten toe vanuit een bus-aangedreven hub. Dit staat de verbinding van een bus-aangedreven hub met een andere bus-aangedreven hub niet toe. Veel hubs zijn voorzien van externe voedingen die apparaten aangesloten via hen zal voeden zonder het nemen van de macht van de bus. Apparaten die meer dan 500 mA of meer dan 5 volt nodig hebben, moeten hun eigen stroom leveren.

wanneer USB-apparaten (inclusief hubs) eerst worden aangesloten, worden ze ondervraagd door de hostcontroller, die naar elk van hun maximale stroomvereisten vraagt. Echter, lijkt erop dat elke belasting aangesloten op de USB-poort kan worden behandeld door het besturingssysteem als apparaat. Het hostbesturingssysteem houdt doorgaans de stroomvereisten van het USB-netwerk bij en kan de operator van de computer waarschuwen wanneer een bepaald segment meer stroom nodig heeft dan beschikbaar is en kan apparaten uitschakelen om het stroomverbruik binnen de beschikbare bron te houden.

USB-stroomverbruik:

om batterijlading te herkennen, plaatst een speciale laadpoort een weerstand van maximaal 200 Ω over de D+− en D-terminals.

speciale ladermodus:

een eenvoudige USB – lader moet een weerstand van 200 Ohm bevatten tussen D+ en D – draden (soms is kortsluiting D+ en D-samen voldoende). Het apparaat zal dan niet proberen om gegevens te verzenden of te ontvangen, maar kan tot 1.8 A, als de levering kan leveren.

USB-Spanning:

geleverde spanning door een host of een aangedreven hub poorten is tussen 4,75 V en 5,25 V. maximale spanningsval voor bus-aangedreven hubs is 0,35 V van de host of hub naar de hubs uitgangspoort. Alle hubs en functies moeten configuratiegegevens kunnen verzenden bij 4,4 V, maar alleen low-power functies moeten bij deze spanning werken. De normale bedrijfsspanning voor functies is minimaal 4,75 V.

USB-kabelafscherming:

Schild mag alleen worden aangesloten op de grond op de host. Geen enkel apparaat zou Schild met aarde moeten verbinden.

USB-kabel draden:

afgeschermd:
Data: 28 AWG twisted
Vermogen: 28 AWG – 20 AWG non-twisted

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