Universal Serial Bus (USB) este o interfață pentru a stabili comunicarea între dispozitive și un controler gazdă (de obicei computer personal). Nowdays USB a înlocuit o varietate de interfețe PC anterioare (cum ar fi serial RS-232, port paralel și chiar FireWire). Datorită capacității de a furniza energie dispozitivelor preipheral USB este adesea folosit ca un încărcător de putere pentru dispozitive portabile.

o arhitectură de sistem USB constă dintr-un controler gazdă, un port USB și mai multe dispozitive conectate. Hub-uri USB suplimentare pot fi incluse care să permită ramificare într-o structură arborescentă cu până la cinci niveluri de nivel. USB poate conecta periferice pentru computer, cum ar fi șoareci, tastaturi, camere digitale, PDA, telefoane mobile, imprimante, playere media personale, dispozitive Media Transfer Protocol (MTP), unități flash, GPS, Adaptoare de rețea și hard disk-uri externe. Pentru multe dintre aceste dispozitive, USB a devenit metoda standard de conectare.

interfața USB vizează eliminarea necesității adăugării de carduri de expansiune în magistrala PCI sau PCI-Express a computerului și îmbunătățirea capabilităților plug-and-play, permițând dispozitivelor să fie schimbate la cald sau adăugate în sistem fără a reporni computerul.

USB connectors

There are several types of USB connectors. Conectorul montat pe gazdă sau dispozitiv se numește recipient, iar conectorul atașat la cablu se numește fișă. Specificația USB originală detaliată standard-a și Standard-B prize și recipiente. În zilele noastre sunt cunoscute 7 conectori USB: Standard-a, Standard-B, Mini-A , Mini-B, Micro-A, Micro-AB, Micro-B, Type-C. Mini-USB pinout și micro-USB pinout sunt ușor diferite: USB standard folosește 4 pini, în timp ce Mini-USB și Micro-USB utilizează 5 pini în conector. Pinul suplimentar este utilizat ca indicator de prezență a dispozitivului atașat.

semnale de identificare USB

USB este o magistrală serială. Folosește 4 fire ecranate: două pentru putere (+5V & GND) și două pentru semnale de date diferențiale (etichetate ca D+ și D – in pinout). Schema de codificare nrzi (non Return to zero Invert) utilizată pentru a trimite date cu un câmp de sincronizare pentru a sincroniza ceasurile gazdă și receptor. În cablul de date USB datele + și semnalele de date sunt transmise pe o pereche răsucită. Nu este nevoie de reziliere. Semnalizarea diferențială semi-duplex ajută la combaterea efectelor zgomotului electromagnetic pe liniile mai lungi. Contrar credinței populare, D + și D-funcționează împreună; nu sunt conexiuni simplex separate. USB 2.0 asigură o lungime maximă a cablului de 5 metri pentru dispozitivele care rulează la viteză înaltă.

moduri de transfer USB

magistrala serială universală acceptă modurile de transfer de Control, întrerupere, vrac și izocron.

interfețe USB specificații.

există câteva versiuni USB majore cunoscute acum:

USB 1.0 – viteză mică sau viteză maximă

• lansat în 1996.
• specifică ratele de date de 1.5 Mbit/s (lățime de bandă redusă, este utilizat mai ales pentru Dispozitive de intrare umană (HID), cum ar fi Tastaturi, Mouse-uri, joystick-uri și adesea butoanele de pe dispozitive cu viteză mai mare, cum ar fi imprimante sau scanere) și 12 Mbit/s (lățime de bandă completă).
• în zilele noastre este încă folosit folosit de unele dispozitive care nu au nevoie de rate mai rapide de transfer de date.

USB 2.0 – de mare viteză

• lansat în 2000
• În plus față de USB 1.0 adaugă rata de semnalizare de 480 Mbit/s (Hi-Speed)
• compatibil cu USB 1.0, dar unele hardware concepute pentru USB 2.0 nu poate lucra cu USB 1.0 controlere gazdă.

USB 3.0-SuperSpeed

• lansat în 2008
• adăugat rate de transmisie de până la 5 Gbit/s (SuperSpeed)
• USB 3.1 lansat în 2013 adăugat SuperSpeed+ rata de transmisie de până la 10 Gbit/s
• USB 3.2 lansat în 2017 adăugat SuperSpeed+ rata de transmisie de până la 20 Gbit/s 1.0 și USB 2.0 acțiuni același conector pinout, USB 3.0 pinout și USB tip C Caracteristici noi conectori cu propriile lor pinouts.

  un dispozitiv USB trebuie să – și indice viteza trăgând fie Linia D+, fie Linia D la 3,3 volți. Aceste rezistențe de tragere la capătul dispozitivului vor fi, de asemenea, utilizate de gazdă sau hub pentru a detecta prezența unui dispozitiv conectat la portul său. Fără un rezistor de tragere, USB presupune că nu există nimic conectat la magistrală.

  pentru a ajuta utilizatorul să identifice viteza maximă a dispozitivului, un dispozitiv USB își specifică adesea viteza pe copertă cu unul dintre logo-urile USB special marketing.

  când noul dispozitiv se conectează pentru prima dată, gazda îl enumeră și încarcă driverul de dispozitiv necesar pentru a-l rula. Încărcarea driverului corespunzător se face folosind o combinație PID/VID (ID Produs / ID furnizor) furnizată de hardware atașat. Controlerele gazdă USB au propriile specificații: UHCI (Universal Host Controller Interface), OHCI (Open Host Controller Interface) cu USB 1.1, EHCI (Enhanced Host Controller Interface) este utilizat cu USB 2.0.

  dispozitive USB alimentate

  conectorul USB furnizează un singur fir de 5 volți de la care dispozitivele USB conectate se pot alimenta singure. Un segment dat al autobuzului este specificat pentru a livra până la 500 mA. Acest lucru este adesea suficient pentru a alimenta mai multe dispozitive, deși acest buget trebuie împărțit între toate dispozitivele din aval de un hub fără alimentare. Un dispozitiv alimentat cu autobuzul poate utiliza cât mai multă putere permisă de portul la care este conectat.

  hub-urile alimentate de magistrală pot continua să distribuie alimentarea furnizată de magistrală către dispozitivele conectate, dar specificația USB permite doar un singur nivel de dispozitive alimentate de magistrală de la un hub alimentat de magistrală. Acest lucru nu permite conectarea unui hub alimentat de autobuz la un alt hub alimentat de autobuz. Multe hub-uri includ surse de alimentare externe care vor alimenta dispozitivele conectate prin ele fără a lua energie din autobuz. Dispozitivele care au nevoie de mai mult de 500 mA sau mai mult de 5 volți trebuie să furnizeze propria lor putere.

  când dispozitivele USB (inclusiv hub-urile) sunt conectate pentru prima dată, acestea sunt interogate de controlerul gazdă, care întreabă fiecare dintre cerințele lor maxime de putere. Cu toate acestea, se pare că orice sarcină conectată la portul USB poate fi tratată de sistemul de operare ca dispozitiv. Sistemul de operare gazdă ține de obicei evidența cerințelor de alimentare ale rețelei USB și poate avertiza operatorul computerului atunci când un anumit segment necesită mai multă energie decât este disponibil și poate opri dispozitivele pentru a menține consumul de energie în resursa disponibilă.

  USB power usage:

  specificație	curent	tensiune	putere (max)
  dispozitiv de mică putere	100 mA	5 V	0,50 w
  SuperSpeed de mică putere (USB 3.0) device	150 mA	5 V	0.75 W
  High-power device	500 mA	5 V	2.5 W
  High-power SuperSpeed (USB 3.0) device	900 mA	5 V	4.5 W
  Battery Charging (BC) 1.2	1.5 A	5 V	7.5 W
  Type-C	1.5 A	5 V	7.5 W
  	3 A	5 V	15 W
  Power Delivery 2.0 Micro-USB	3 A	20 V	60 W
  Power Delivery 2.0 Type-A/B/C	5 a	20 V	100 W

  pentru a recunoaște încărcarea bateriei, un port de încărcare dedicat plasează o rezistență de maximum 200.

  mod încărcător dedicat:

  un încărcător USB simplu ar trebui să încorporeze rezistor de 200 Ohm între firele D+ și D (uneori este suficient să faceți scurtcircuit D+ și D – împreună). Dispozitivul nu va încerca apoi să transmită sau să primească date, dar poate întocmi până la 1,8 A, dacă sursa o poate furniza.

  tensiune USB:

  tensiunea furnizată de o gazdă sau de un port hub alimentat este între 4,75 V și 5,25 V. căderea maximă de tensiune pentru hub-urile alimentate de magistrală este de 0,35 v de la gazdă sau hub la portul de ieșire al hub-urilor. Toate hub – urile și funcțiile trebuie să poată trimite date de configurare la 4,4 V, dar numai funcțiile cu putere redusă trebuie să funcționeze la această tensiune. Tensiunea normală de funcționare pentru funcții este de minim 4,75 V.

  ecranare cablu USB:

  scutul trebuie conectat numai la masă la gazdă. Niciun dispozitiv nu trebuie să conecteze scutul la masă.

  cabluri USB:

  ecranat:
  Date: 28 AWG twisted
  putere: 28 AWG – 20 AWG non-twisted

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

  Power Gauge	Max length
  28	0.81 m
  26	1.31 m
  24	2.08 m
  22	3.33 m
  20	5.00 m