موصلات USB والمقابس

خصائص الموصلات

سهولة الاستخدام والتوجيه

تدعم الموصلات التي تحددها لجنة USB عددًا من الأهداف الأساسية لـ USB، وتعكس الدروس المستفادة من العديد من الموصلات التي استخدمتها صناعة الكمبيوتر. يسمى الموصل المثبت على المضيف أو الجهاز بالمقبس، ويسمى الموصل المتصل بالكابل بالقابس. يحدد المعيار هذا عن قصد لمنع استخدام كابلات التمديد. كما تحدد وثائق مواصفات USB الرسمية بشكل دوري المصطلح ذكر لتمثيل القابس، وأنثى لتمثيل الوعاء.

حسب التصميم، من الصعب إدخال قابس USB في المقبس الخاص به بشكل غير صحيح. تنص مواصفات USB على أن رمز USB المطلوب يجب أن يكون منقوشًا على "الجانب العلوي" من قابس USB، والذي "... يوفر سهولة التعرف على المستخدم ويسهل المحاذاة أثناء عملية التزاوج." توضح المواصفات أيضًا أن "شعار الشركة المصنعة" "الموصى به" ("المحفور" في الرسم التخطيطي ولكنه غير محدد في النص) موجود على الجانب الآخر من رمز USB. تنص المواصفات أيضًا على أن "رمز USB موجود أيضًا بجوار كل وعاء. ويجب توجيه الأوعية للسماح برؤية الرمز الموجود على القابس أثناء عملية التزاوج." ومع ذلك، فإن المواصفات لا تأخذ في الاعتبار ارتفاع الجهاز مقارنةً بارتفاع مستوى عين المستخدم، وبالتالي فإن جانب الكابل "المرئي" عند توصيله بجهاز كمبيوتر على مكتب يمكن أن يعتمد على ما إذا كان المستخدم واقفاً أو راكع.

سلك تمديد USB

في حين أنه كان من الأفضل للاستخدام لو كان من الممكن توصيل الكابل بأي من الجانبين لأعلى، إلا أن التصميم الأصلي ترك هذا الأمر لجعل التصنيع غير مكلف قدر الإمكان. يعمل أجاي بهات، الذي شارك في فريق تصميم USB الأصلي، على تصميم جديد لجعل الكابل قابلاً للإدخال على كلا الجانبين. كما أن القابس الجديد القابل للعكس أصغر بكثير من موصل USB 3.0 Micro-B الحالي. يُطلق عليه اسم Type-C، ويجب تقديمه كإضافة إلى مواصفات USB 3.1 الحالية.

هناك حاجة إلى قوة معتدلة فقط لإدخال كابل USB أو إزالته. يتم تثبيت كبلات USB وأجهزة USB الصغيرة في مكانها بواسطة قوة الإمساك من الوعاء (دون الحاجة إلى البراغي أو المشابك أو الوصلات الأخرى التي تتطلبها الموصلات الأخرى).

طوبولوجيا استخدام الطاقة
تم تصميم الموصلات القياسية بشكل متعمد لفرض الهيكل الموجه لشبكة USB: موصلات من النوع A على الأجهزة المضيفة التي توفر الطاقة وموصلات من النوع B على الأجهزة المستهدفة التي تسحب الطاقة. يهدف هذا إلى منع المستخدمين من توصيل مصدري طاقة USB ببعضهما عن طريق الخطأ، مما قد يؤدي إلى حدوث دوائر قصيرة وتيارات عالية بشكل خطير، أو فشل الدائرة، أو حتى نشوب حريق. لا يدعم USB الشبكات الدورية، كما أن الموصلات القياسية من أجهزة USB غير المتوافقة هي في حد ذاتها غير متوافقة.

ومع ذلك، يتم فقدان بعض هذه الهيكلية الموجهة مع ظهور اتصالات USB متعددة الأغراض (مثل USB On-The-Go في الهواتف الذكية، وأجهزة توجيه Wi-Fi التي تعمل بمنفذ USB)، والتي تتطلب A-to-A، B-. إلى B، وأحيانًا كابلات Y/splitter. راجع قسم موصلات USB أثناء التنقل أدناه للحصول على وصف ملخص أكثر تفصيلاً.

متانة
تم تصميم الموصلات القياسية لتكون قوية. نظرًا لأن USB قابل للتوصيل السريع، فسيتم استخدام الموصلات بشكل متكرر، وربما بعناية أقل، من الموصلات الأخرى. كانت العديد من تصميمات الموصلات السابقة هشة، مما أدى إلى تحديد دبابيس المكونات المدمجة أو الأجزاء الحساسة الأخرى التي كانت عرضة للانحناء أو الكسر. تتم حماية نقاط الاتصال الكهربائية في موصل USB بواسطة لسان بلاستيكي مجاور، وعادةً ما تكون مجموعة التوصيل بأكملها محمية بغمد معدني مغلق.

يضمن بناء الموصل دائمًا أن الغلاف الخارجي الموجود على القابس يتلامس مع نظيره في الوعاء قبل أن يقوم أي من الموصلات الأربعة الموجودة بالداخل بالاتصال الكهربائي. عادةً ما يتم توصيل الغلاف المعدني الخارجي بأرضية النظام، وبالتالي تبديد الشحنات الساكنة الضارة. يوفر تصميم العلبة هذا أيضًا درجة من الحماية من التداخل الكهرومغناطيسي لإشارة USB أثناء انتقالها عبر زوج الموصل المتزاوج (الموقع الوحيد الذي يتحرك فيه زوج البيانات الملتوي بشكل متوازٍ). بالإضافة إلى ذلك، نظرًا للأحجام المطلوبة من الطاقة والتوصيلات المشتركة، يتم إجراؤها بعد تأريض النظام ولكن قبل توصيلات البيانات. يسمح هذا النوع من توقيت القطع المرحلي بالتبديل السريع الآمن كهربائيًا. ^[41]

تم تصميم أوعية Micro-USB الأحدث لما يصل إلى 10000 دورة من الإدخال والإزالة بين الوعاء والقابس، مقارنة بـ 1500 لمنفذ USB القياسي و5000 لمقبس Mini-USB. يتم تحقيق ذلك عن طريق إضافة جهاز قفل وعن طريق تحريك موصل الزنبرك الورقي من المقبس إلى القابس، بحيث يكون الجزء الأكثر إجهادًا على جانب الكابل من الاتصال. تم إجراء هذا التغيير بحيث يتحمل الموصل الموجود على الكبل الأقل تكلفة أكبر قدر من التآكل بدلاً من جهاز micro-USB الأكثر تكلفة.

التوافق
يحدد معيار USB التفاوتات الفضفاضة نسبيًا لموصلات USB المتوافقة لتقليل حالات عدم التوافق الفعلي في الموصلات من بائعين مختلفين. لمعالجة نقطة الضعف الموجودة في بعض معايير الموصلات الأخرى، تحدد مواصفات USB أيضًا حدودًا لحجم جهاز الاتصال في المنطقة المحيطة بمقبسه. تم القيام بذلك لمنع الجهاز من سد المنافذ المجاورة نظرًا لحجم آلية تخفيف إجهاد الكابل (عادةً ما تكون متكاملة مع العزل الخارجي للكابل) عند الموصل. يجب أن تتلاءم الأجهزة المتوافقة مع قيود الحجم أو تدعم كابل تمديد متوافقًا.

بشكل عام، تحتوي الكابلات على مقابس فقط، ولا تحتوي الأجهزة المضيفة والأجهزة إلا على مقابس. تمتلك الأجهزة المضيفة في جميع أنحاء العالم تقريبًا أوعية من النوع A، وأجهزة من نوع أو آخر من النوع B. تتزاوج المقابس من النوع A فقط مع أوعية النوع A، والنوع B مع النوع B؛ إنهم غير متوافقين جسديًا عن عمد. ومع ذلك، فإن الامتداد لمواصفات USB القياسية المسمى USB On-The-Go يسمح لمنفذ واحد بالعمل إما كمضيف أو جهاز - يتم اختياره من خلال أي طرف من الكبل يتم توصيله بالمقبس الموجود على الوحدة. حتى بعد توصيل الكابل واتصال الوحدتين، قد تقوم الوحدتان "بتبديل" الأطراف تحت تحكم البرنامج. هذه الإمكانية مخصصة لوحدات مثل أجهزة المساعد الرقمي الشخصي التي قد يتصل فيها رابط USB بمنفذ مضيف الكمبيوتر كجهاز في حالة واحدة، ولكنه يتصل كمضيف نفسه بجهاز لوحة المفاتيح والماوس في حالة أخرى.

موصلات USB 3.0
المقال الرئيسي: USB 3.0 التوافق مع الإصدارات السابقة
تم تصميم المقابس والمقابس من النوع A من كل من USB 3.0 وUSB 2.0 للتشغيل المتبادل. تعد المقابس والمقابس من النوع B في USB 3.0 أكبر إلى حد ما من تلك الموجودة في USB 2.0؛ وبالتالي، يمكن أن تتناسب مقابس USB 2.0 من النوع B مع مقابس USB 3.0 من النوع B، في حين أن العكس غير ممكن.

أنواع الموصلات

أنواع موصلات USB من اليسار إلى اليمين (المسطرة بالسنتيمتر): قابس Micro-B، قابس UC-E6 خاص (غير USB)، قابس Mini-B، مقبس قياسي A (مقلوب)، قابس قياسي-A، قياسي- المكونات ب
هناك عدة أنواع من موصلات USB، بما في ذلك بعض الأنواع التي تمت إضافتها أثناء تقدم المواصفات. مواصفات USB الأصلية مفصلة المقابس والمقابس القياسية A وStandard-B؛ كان الموصل B ضروريًا بحيث يمكن توصيل الكابلات من كلا الطرفين ولا يزال يمنع المستخدمين من توصيل وعاء كمبيوتر بآخر. أضاف إشعار التغيير الهندسي الأول لمواصفات USB 2.0 مقابس ومآخذ توصيل Mini-B.

أنواع موصلات USB من اليسار إلى اليمين (المسطرة بالسنتيمتر): قابس Micro-B، قابس UC-E6 خاص (غير USB)، قابس Mini-B، مقبس قياسي A (مقلوب)، قابس قياسي-A، قياسي- المكونات ب

موصلات البيانات الموجودة في القابس Standard-A موجودة فعليًا في القابس مقارنةً بموصلات الطاقة الخارجية. يتيح ذلك إمكانية الاتصال أولاً، مما يمنع حدوث أخطاء في البيانات من خلال السماح للجهاز بتشغيل الطاقة أولاً ثم نقل البيانات. تعمل بعض الأجهزة في أوضاع مختلفة اعتمادًا على ما إذا كان اتصال البيانات قد تم أم لا. يمكن استغلال هذا الاختلاف في الاتصال عن طريق إدخال الموصل جزئيًا فقط. على سبيل المثال، تتحول بعض مشغلات MP3 التي تعمل بالبطارية إلى وضع نقل الملفات ولا يمكنها تشغيل ملفات MP3 أثناء إدخال قابس USB بالكامل، ولكن يمكن تشغيلها في وضع تشغيل MP3 باستخدام طاقة USB عن طريق إدخال القابس جزئيًا فقط بحيث لا تكون فتحات الطاقة قم بإجراء اتصال بينما لا تقوم فتحات البيانات بذلك. يتيح ذلك تشغيل هذه الأجهزة في وضع تشغيل MP3 أثناء الحصول على الطاقة من الكابل.

لتمكين ميزة الشحن فقط بشكل موثوق، تتضمن الأجهزة الطرفية الحديثة لملحقات USB الآن كابلات شحن توفر اتصالات الطاقة إلى المنفذ المضيف ولكن لا توجد اتصالات بيانات، وتتوفر قواعد شحن المنزل والمركبة التي تزود الطاقة من جهاز محول ولا تتضمن جهاز مضيف ودبابيس بيانات، مما يسمح لأي جهاز USB قادر بالشحن أو التشغيل من خلال كابل USB قياسي.

الموصلات القياسية

تكوين الدبوس لموصلات USB القياسية A/B، يتم عرضها بالنظر إلى وجه/نهاية القابس
إن قابس USB 2.0 Standard-A من النوع USB عبارة عن مستطيل مسطح يتم إدخاله في وعاء "منفذ المصب" على مضيف USB، أو لوحة الوصل، ويحمل كلاً من الطاقة والبيانات. يتم رؤية هذا القابس بشكل متكرر على الكابلات المتصلة بشكل دائم بجهاز، مثل الكابل الذي يربط لوحة المفاتيح أو الماوس بالكمبيوتر عبر اتصال USB.

تكوين الدبوس لموصلات USB القياسية A/B، يتم عرضها بالنظر إلى وجه/نهاية القابس

تتلاشى اتصالات USB في النهاية حيث يخفف الاتصال من خلال التوصيل والفصل المتكرر. يبلغ عمر موصل USB-A الذكور حوالي 1500 دورة توصيل/قطع اتصال.

عادةً ما يتم توصيل القابس Standard-B — الذي له شكل مربع بزوايا خارجية مشطوفة — في "مقبس المنبع" على جهاز يستخدم كبلًا قابلاً للإزالة، على سبيل المثال، الطابعة. في بعض الأجهزة، لا يحتوي الوعاء من النوع B على اتصالات بيانات، ويتم استخدامه فقط لقبول الطاقة من الجهاز الرئيسي. يمنع هذا النظام ثنائي الموصل (A/B) المستخدم من إنشاء حلقة كهربائية عن طريق الخطأ.

موصلات صغيرة وميكرو

مقابس USB Mini A (يسار) وUSB Mini B (يمين).
تم استخدام موصلات مختلفة للأجهزة الصغيرة مثل الكاميرات الرقمية والهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر اللوحية. تتضمن هذه الموصلات التي تم إهمالها الآن (أي إلغاء الاعتماد ولكن موحدة) موصلات Mini-A وMini-AB (لا تزال موصلات Mini-B مدعومة ولكنها غير متوافقة مع OTG (أثناء التنقل، أي المحمول)).[45] كان موصل Mini-B USB قياسيًا لنقل البيانات من وإلى هواتف البيانات المبكرة وأجهزة المساعد الرقمي الشخصي، مثل Blackberrys.

تبلغ أبعاد المقابس Mini-A وMini-B حوالي 3 × 7 ملم. تتمتع قوابس micro-USB بعرض مماثل وبنصف السمك تقريبًا، مما يتيح دمجها في الأجهزة المحمولة الأقل سمكًا. يبلغ حجم الموصل micro-A 6.85 × 1.8 ملم مع الحد الأقصى لحجم القالب الزائد 11.7 × 8.5 ملم. يبلغ حجم موصل micro-B 6.85 × 1.8 مم مع الحد الأقصى لحجم القالب الزائد 10.6 × 8.5 مم.

تم الإعلان عن موصل Micro-USB بواسطة USB-IF في 4 يناير 2007. يمتلك موصل Micro B USB الحد الأقصى لتصنيف التيار إما 1 أمبير لكل طرف، أو 1.8 أمبير للدبابيس 1 و5، و0.5 أمبير للدبابيس 2، 3 و4. تم إهمال موصل Mini-A وموصل وعاء Mini-AB في 23 مايو 2007. في حين أن العديد من الأجهزة والكابلات المتوفرة حاليًا لا تزال تستخدم المقابس الصغيرة، فقد تم اعتماد موصلات Micro الأحدث على نطاق واسع، واعتبارًا من ديسمبر 2010، فهي الأكثر استخدامًا. تهدف الموصلات الدقيقة الرقيقة إلى استبدال المقابس الصغيرة في الأجهزة الجديدة بما في ذلك الهواتف الذكية والمساعدين الرقميين الشخصيين والكاميرات. تم تصنيف تصميم المكونات الدقيقة لما لا يقل عن 10000 دورة توصيل وقطع اتصال - أكثر بكثير من تصميم المكونات الصغيرة. وهو مصمم أيضًا لتقليل التآكل الميكانيكي للجهاز؛ وبدلاً من ذلك، تم تصميم الكابل الذي يسهل استبداله ليتحمل التآكل الميكانيكي للاتصال وانقطاع الاتصال. توضح مواصفات كابلات وموصلات الناقل التسلسلي العالمي Micro-USB الخصائص الميكانيكية لمقابس Micro-A، ومقابس Micro-AB (التي تقبل كلاً من مقابس Micro-A وMicro-B)، ومقابس وأوعية Micro-B، بالإضافة إلى مقبس قياسي A إلى محول قابس Micro-A.

وافقت مجموعة شركات الهاتف الخلوي، Open Mobile Terminal Platform (OMTP) في عام 2007 على Micro-USB كموصل قياسي للبيانات والطاقة على الأجهزة المحمولة بالإضافة إلى ذلك، في 22 أكتوبر 2009، أعلن الاتحاد الدولي للاتصالات (ITU) أيضًا أنه قد احتضنت micro-USB كحل شحن عالمي، وهو "حل الهاتف المحمول الجديد الموفر للطاقة الذي يناسب الجميع"، وأضافت: "استنادًا إلى واجهة Micro-USB، تشتمل شواحن UCS أيضًا على كفاءة 4 نجوم أو أعلى التصنيف - ما يصل إلى ثلاث مرات أكثر كفاءة في استخدام الطاقة من الشاحن غير المصنف.

قامت هيئات التقييس الأوروبية CEN وCENELEC وETSI (مستقلة عن مقترح OMTP/GSMA) بتحديد مصدر طاقة خارجي مشترك (EPS) للاستخدام مع الهواتف الذكية المباعة في الاتحاد الأوروبي استنادًا إلى micro-USB.14 تم توقيع أكبر الشركات المصنعة للهواتف المحمولة في العالم مذكرة تفاهم EPS المشتركة للاتحاد الأوروبي (MoU). توفر شركة Apple Inc.، أحد الموقعين الأصليين لمذكرة التفاهم، محولات micro-USB - كما هو مسموح به في مذكرة تفاهم EPS المشتركة - لأجهزة iPhone الخاصة بها المجهزة بموصل إرساء 30 سنًا خاص بشركة Apple أو موصل "Lightning" (لاحقًا).

موصلات USB أثناء التنقل
المقال الرئيسي: USB أثناء التنقل

يُطلب من جميع أجهزة USB On-The-Go (OTG) الحالية أن تحتوي على موصل USB واحد فقط: وعاء Micro-AB. هذا الوعاء قادر على قبول كل من قوابس Micro-A وMicro-B، المرفقة بأي من الكابلات والمحولات القانونية كما هو محدد في Micro-USB1.01. قبل تطوير Micro-USB، كان مطلوبًا من أجهزة USB أثناء التنقل استخدام أوعية Mini-AB لأداء الوظيفة المكافئة.

يُطلق على جهاز OTG المزود بمقبس A المُدخل اسم الجهاز A وهو مسؤول عن تشغيل واجهة USB عند الحاجة ويتولى بشكل افتراضي دور المضيف. يُطلق على جهاز OTG المزود بمقبس B المُدخل اسم B-device ويتولى بشكل افتراضي دور الجهاز الطرفي. يعمل جهاز OTG بدون أي قابس بشكل افتراضي على العمل كجهاز B. إذا كان أحد التطبيقات الموجودة على الجهاز B يتطلب دور المضيف، فسيتم استخدام بروتوكول تفاوض المضيف (HNP) لنقل دور المضيف مؤقتًا إلى الجهاز B.

أجهزة OTG المتصلة إما بجهاز B طرفي فقط أو بمضيف قياسي/مضمن لها دور ثابت بواسطة الكبل، لأنه في هذه السيناريوهات يكون من الممكن توصيل الكبل بطريقة واحدة فقط.

مقابس الكابل (USB 1.x/2.0)

توجد الكابلات مع أزواج من المقابس:

غير قياسي

موجود لأغراض ملكية محددة، وفي معظم الحالات غير قابل للتشغيل البيني مع الأجهزة المتوافقة مع USB-IF. ومع ذلك، توجد كابلات متوافقة من A إلى A مع دائرة في المنتصف تعمل كزوج من الأجهزة، مثل كابل النقل السهل.

بالإضافة إلى مجموعات الكابلات المذكورة أعلاه التي تشتمل على قابسين، فإن كابل "المحول" مع قابس Micro-A ومقبس Standard-A متوافق مع مواصفات USB. والمجموعات الأخرى من الموصلات غير متوافقة.

إهمال

تم اعتماد بعض الأجهزة والكابلات القديمة المزودة بموصلات Mini-A بواسطة USB-IF. أصبح موصل Mini-A قديمًا: لن يتم اعتماد أي موصلات Mini-A جديدة ولا أوعية Mini-A أو Mini-AB.

مقابس الكابل (USB 3.0)

انظر أيضًا: موصلات USB 3.0

قابس USB 3.0 مايكرو بي
انظر أيضًا: موصلات USB 3.0
قدم USB 3.0 قابس كابل Micro-B جديد، انظر الصورة على اليمين. وهو يتألف من قابس كابل USB 1.x/2.0 Micro-B قياسي، مع قابس إضافي ذي 5 سنون "مكدس" على جانبه. وبهذه الطريقة، حافظ موصل مضيف USB 3.0 Micro-A على توافقه مع الإصدارات السابقة مع مقابس كابل USB 1.x/2.0 Micro-B.

قابس USB 3.0 مايكرو بي

دبوس
انظر أيضًا: USB 3.0 Pinouts
USB عبارة عن ناقل تسلسلي، يستخدم أربعة أسلاك محمية لمتغير USB 2.0: اثنان للطاقة (VBUS وGND)، واثنان لإشارات البيانات التفاضلية (المسمى بـ D+ وD- في pinouts). يتم استخدام نظام ترميز عدم العودة إلى الصفر المقلوب (NRZI) لنقل البيانات، مع حقل مزامنة لمزامنة ساعات المضيف والمستقبل. يتم نقل إشارات D+ وD- على زوج مجدول، مما يوفر نقل بيانات أحادي الاتجاه لـ USB 2.0.

هناك أسلاك إضافية موجودة في متغير USB 3.0، تتكون من زوجين ملتويين وتوفر تحسينات متنوعة، بما في ذلك نقل البيانات مزدوج الاتجاه بسرعة متزايدة.

USB 1.x/2.0 دبوس قياسي

منفذ USB 1.x/2.0 صغير/مايكرو

الموصلات والأشكال الخاصة
قد لا تقوم الشركات المصنعة للأجهزة الإلكترونية الشخصية بتضمين موصل USB قياسي على منتجاتها لأسباب فنية أو تسويقية. توفر بعض الشركات المصنعة كبلات خاصة تسمح لأجهزتها بالاتصال فعليًا بمنفذ USB قياسي. لا يتم ضمان الأداء الوظيفي الكامل للمنافذ والكابلات الخاصة المزودة بمنافذ USB القياسية؛ على سبيل المثال، تستخدم بعض الأجهزة اتصال USB فقط لشحن البطارية ولا تنفذ أي وظائف لنقل البيانات.

الألوان
غالبًا ما تكون المنافذ والموصلات مشفرة بالألوان للتمييز بين الوظائف المختلفة. هذه الألوان ليست جزءًا من مواصفات USB ويمكن أن تختلف بين الشركات المصنعة.
[بحاجة لمصدر]