đầu nối và phích cắm usb

Thuộc tính kết nối

Khả năng sử dụng và định hướng

Các đầu nối mà ủy ban USB chỉ định hỗ trợ một số mục tiêu cơ bản của USB và phản ánh các bài học rút ra từ nhiều đầu nối mà ngành công nghiệp máy tính đã sử dụng. Đầu nối được gắn trên máy chủ hoặc thiết bị được gọi là ổ cắm và đầu nối được gắn vào cáp được gọi là phích cắm. Tiêu chuẩn xác định điều này một cách có chủ đích nhằm ngăn chặn việc sử dụng cáp kéo dài. Tài liệu thông số kỹ thuật USB chính thức cũng định kỳ định nghĩa thuật ngữ nam để biểu thị phích cắm và nữ để biểu thị ổ cắm.

Theo thiết kế, rất khó để cắm phích cắm USB vào ổ cắm của nó không đúng cách. Thông số kỹ thuật USB nêu rõ rằng biểu tượng USB bắt buộc phải được in nổi ở "mặt trên" của phích cắm USB, "...giúp người dùng dễ dàng nhận biết và tạo điều kiện căn chỉnh trong quá trình kết nối." Thông số kỹ thuật cũng cho thấy "logo của nhà sản xuất" được "khuyên dùng" ("được khắc" trên sơ đồ nhưng không được chỉ định trong văn bản) nằm ở phía đối diện của biểu tượng USB. Thông số kỹ thuật cho biết thêm: "Biểu tượng USB cũng nằm liền kề với mỗi ổ cắm. Các ổ cắm phải được định hướng để cho phép hiển thị biểu tượng trên phích cắm trong quá trình kết nối." Tuy nhiên, thông số kỹ thuật không xét đến chiều cao của thiết bị so với chiều cao ngang tầm mắt của người dùng, nên cạnh của cáp có “nhìn thấy” khi kết nối với máy tính trên bàn có thể phụ thuộc vào việc người dùng đang đứng hay không. quỳ gối.

Dây nối dài USB

Mặc dù sẽ tốt hơn cho khả năng sử dụng nếu cáp có thể được cắm ở cả hai bên, nhưng thiết kế ban đầu đã loại bỏ điều này để giúp việc sản xuất trở nên rẻ nhất có thể. Ajay Bhatt, người từng tham gia vào nhóm thiết kế USB ban đầu, đang nghiên cứu một thiết kế mới để làm cho cáp có thể cắm được vào cả hai mặt. Đầu cắm đảo ngược mới cũng nhỏ hơn nhiều so với đầu nối USB 3.0 Micro-B hiện tại. Nó được gọi là Type-C và sẽ được giới thiệu như một phần bổ sung cho thông số kỹ thuật USB 3.1 hiện có.

Chỉ cần lực vừa phải để cắm hoặc tháo cáp USB. Cáp USB và các thiết bị USB nhỏ được giữ cố định bằng lực kẹp từ ổ cắm (không cần vít, kẹp hoặc vòng xoay ngón tay cái mà các đầu nối khác yêu cầu).

Cấu trúc liên kết sử dụng năng lượng
Các đầu nối tiêu chuẩn được thiết kế có chủ đích để thực thi cấu trúc liên kết định hướng của mạng USB: đầu nối loại A trên các thiết bị chủ cung cấp nguồn điện và đầu nối loại B trên các thiết bị mục tiêu tiêu thụ điện năng. Điều này nhằm ngăn người dùng vô tình kết nối hai bộ nguồn USB với nhau, điều này có thể dẫn đến đoản mạch và dòng điện cao nguy hiểm, hỏng mạch hoặc thậm chí là cháy. USB không hỗ trợ mạng tuần hoàn và bản thân các đầu nối tiêu chuẩn từ các thiết bị USB không tương thích cũng không tương thích.

Tuy nhiên, một số cấu trúc liên kết định hướng này đã bị mất đi cùng với sự ra đời của các kết nối USB đa mục đích (chẳng hạn như USB On-The-Go trong điện thoại thông minh và bộ định tuyến Wi-Fi hỗ trợ USB), yêu cầu A-to-A, B- to-B, và đôi khi là cáp chia Y/. Xem phần đầu nối USB On-The-Go bên dưới để biết mô tả tóm tắt chi tiết hơn.

Độ bền
Các đầu nối tiêu chuẩn được thiết kế chắc chắn. Vì USB có thể cắm nóng nên các đầu nối sẽ được sử dụng thường xuyên hơn và có lẽ ít cần cẩn thận hơn so với các đầu nối khác. Nhiều thiết kế đầu nối trước đây rất mỏng manh, chỉ định các chân linh kiện nhúng hoặc các bộ phận mỏng manh khác dễ bị uốn cong hoặc gãy. Các điểm tiếp xúc điện trong đầu nối USB được bảo vệ bằng lưỡi nhựa liền kề và toàn bộ cụm kết nối thường được bảo vệ bằng vỏ kim loại kèm theo.

Cấu trúc đầu nối luôn đảm bảo rằng vỏ bọc bên ngoài trên phích cắm tiếp xúc với phần còn lại của nó trong ổ cắm trước khi bất kỳ đầu nối nào trong số bốn đầu nối bên trong tiếp xúc điện. Vỏ kim loại bên ngoài thường được nối với mặt đất của hệ thống, do đó làm tiêu tan các điện tích tĩnh gây hại. Thiết kế vỏ này cũng cung cấp mức độ bảo vệ khỏi nhiễu điện từ đối với tín hiệu USB khi tín hiệu truyền qua cặp đầu nối ghép nối (vị trí duy nhất khi cặp dữ liệu xoắn khác truyền song song). Ngoài ra, do kích thước yêu cầu của nguồn điện và các kết nối chung nên chúng được thực hiện sau khi nối đất hệ thống nhưng trước khi kết nối dữ liệu. Kiểu thời gian tạm dừng theo giai đoạn này cho phép trao đổi nóng an toàn về điện. ^[41]

Các ổ cắm Micro-USB mới hơn được thiết kế cho tối đa 10.000 chu kỳ cắm và tháo giữa ổ cắm và phích cắm, so với 1.500 đối với ổ cắm USB tiêu chuẩn và 5.000 đối với ổ cắm Mini-USB. Điều này được thực hiện bằng cách thêm một thiết bị khóa và bằng cách di chuyển đầu nối lò xo lá từ giắc cắm sang phích cắm, sao cho phần chịu lực nhiều nhất nằm ở phía cáp của kết nối. Thay đổi này được thực hiện để đầu nối trên cáp rẻ tiền hơn sẽ chịu mài mòn nhiều nhất thay vì thiết bị micro-USB đắt tiền hơn.

Khả năng tương thích
Tiêu chuẩn USB chỉ định dung sai tương đối lỏng lẻo cho các đầu nối USB tuân thủ để giảm thiểu sự không tương thích vật lý trong các đầu nối từ các nhà cung cấp khác nhau. Để giải quyết điểm yếu trong một số tiêu chuẩn đầu nối khác, thông số kỹ thuật của USB cũng xác định các giới hạn về kích thước của thiết bị kết nối trong khu vực xung quanh phích cắm của nó. Điều này được thực hiện để ngăn thiết bị chặn các cổng lân cận do kích thước của cơ cấu giảm căng cáp (thường là khuôn đúc tích hợp với lớp cách điện bên ngoài của cáp) tại đầu nối. Các thiết bị tương thích phải phù hợp với giới hạn kích thước hoặc hỗ trợ cáp mở rộng tương thích.

Nói chung, cáp chỉ có phích cắm, còn máy chủ và thiết bị chỉ có ổ cắm. Hầu hết các máy chủ đều có ổ cắm loại A và các thiết bị loại B này hoặc loại B khác. Phích cắm loại A chỉ kết nối với ổ cắm loại A và loại B với ổ cắm loại B; chúng cố tình không tương thích về mặt vật lý. Tuy nhiên, phần mở rộng cho thông số kỹ thuật tiêu chuẩn USB có tên là USB On-The-Go cho phép một cổng duy nhất hoạt động như một máy chủ hoặc một thiết bị—được chọn theo đầu cáp nào cắm vào ổ cắm trên thiết bị. Ngay cả sau khi cáp được nối và các thiết bị đang giao tiếp, hai thiết bị vẫn có thể "hoán đổi" các đầu dưới sự điều khiển của chương trình. Khả năng này dành cho các thiết bị như PDA trong đó liên kết USB có thể kết nối với cổng máy chủ của PC dưới dạng thiết bị trong một phiên bản, nhưng lại kết nối với tư cách máy chủ với thiết bị bàn phím và chuột trong một phiên bản khác.

Đầu nối USB 3.0
Bài chi tiết: Khả năng tương thích ngược USB 3.0
Phích cắm và ổ cắm loại A từ cả USB 3.0 và USB 2.0 đều được thiết kế để tương thích với nhau. Các phích cắm và ổ cắm loại B trong USB 3.0 lớn hơn một chút so với USB 2.0; do đó, phích cắm USB 2.0 Loại B có thể vừa với ổ cắm USB 3.0 Loại B, trong khi điều ngược lại là không thể.

Các loại đầu nối

Các loại đầu nối USB từ trái sang phải (thước tính bằng cm): phích cắm Micro-B, phích cắm độc quyền UC-E6 (không phải USB), phích cắm Mini-B, ổ cắm Standard-A (lộn ngược), phích cắm Standard-A, Standard- phích cắm B
Có một số loại đầu nối USB, bao gồm một số loại đã được thêm vào trong quá trình hoàn thiện thông số kỹ thuật. Thông số kỹ thuật USB gốc nêu chi tiết về phích cắm và ổ cắm Tiêu chuẩn A và Tiêu chuẩn B; Đầu nối B là cần thiết để cáp có thể được cắm ở cả hai đầu mà vẫn ngăn người dùng kết nối ổ cắm máy tính này với ổ cắm máy tính khác. Thông báo thay đổi kỹ thuật đầu tiên đối với thông số kỹ thuật USB 2.0 đã bổ sung thêm phích cắm và ổ cắm Mini-B.

Các loại đầu nối USB từ trái sang phải (thước tính bằng cm): phích cắm Micro-B, phích cắm độc quyền UC-E6 (không phải USB), phích cắm Mini-B, ổ cắm Standard-A (lộn ngược), phích cắm Standard-A, Standard- phích cắm B

Các đầu nối dữ liệu trong phích cắm Standard-A thực tế được đặt chìm trong phích cắm so với các đầu nối nguồn bên ngoài. Điều này cho phép kết nối nguồn trước, giúp ngăn ngừa lỗi dữ liệu bằng cách cho phép thiết bị bật nguồn trước rồi truyền dữ liệu. Một số thiết bị hoạt động ở các chế độ khác nhau tùy thuộc vào việc kết nối dữ liệu có được thực hiện hay không. Sự khác biệt về kết nối này có thể được khai thác bằng cách chỉ cắm một phần đầu nối. Ví dụ: một số máy nghe nhạc MP3 chạy bằng pin chuyển sang chế độ truyền tệp và không thể phát tệp MP3 trong khi phích cắm USB được cắm hoàn toàn, nhưng có thể hoạt động ở chế độ phát lại MP3 bằng nguồn USB bằng cách chỉ cắm một phần phích cắm sao cho các khe nguồn liên lạc trong khi các khe dữ liệu thì không. Điều này cho phép các thiết bị đó hoạt động ở chế độ phát lại MP3 trong khi lấy nguồn từ cáp.

Để kích hoạt tính năng chỉ sạc một cách đáng tin cậy, các thiết bị ngoại vi phụ kiện USB hiện đại hiện nay bao gồm cáp sạc cung cấp kết nối nguồn đến cổng máy chủ nhưng không có kết nối dữ liệu, đồng thời có cả đế sạc tại nhà và trên xe để cung cấp điện từ thiết bị chuyển đổi và không bao gồm một thiết bị chủ và các chân dữ liệu, cho phép mọi thiết bị USB có khả năng sạc hoặc hoạt động từ cáp USB tiêu chuẩn.

Đầu nối tiêu chuẩn

Cấu hình chân cắm của đầu nối USB A/B tiêu chuẩn, nhìn vào mặt/đầu phích cắm
USB 2.0 Standard-A loại USB là một hình chữ nhật dẹt cắm vào ổ cắm "cổng hạ lưu" trên máy chủ USB hoặc hub và mang cả nguồn điện lẫn dữ liệu. Phích cắm này thường thấy trên các cáp được gắn cố định vào thiết bị, chẳng hạn như cáp kết nối bàn phím hoặc chuột với máy tính qua kết nối USB.

Cấu hình chân cắm của đầu nối USB A/B tiêu chuẩn, nhìn vào mặt/đầu phích cắm

Kết nối USB cuối cùng sẽ bị hao mòn khi kết nối lỏng lẻo do việc cắm và rút phích cắm nhiều lần. Tuổi thọ của đầu nối USB-A đực là khoảng 1.500 chu kỳ kết nối/ngắt kết nối.

Phích cắm Standard-B—có hình vuông với các góc bên ngoài vát—thường cắm vào "ổ cắm ngược dòng" trên thiết bị sử dụng cáp có thể tháo rời, ví dụ: máy in. Trên một số thiết bị, ổ cắm Loại B không có kết nối dữ liệu, chỉ được sử dụng để nhận nguồn điện từ thiết bị ngược dòng. Sơ đồ loại hai đầu nối (A/B) này ngăn người dùng vô tình tạo ra vòng lặp điện.

Đầu nối mini và micro

Đầu cắm USB Mini A (trái) và USB Mini B (phải)
Nhiều đầu nối khác nhau đã được sử dụng cho các thiết bị nhỏ hơn như máy ảnh kỹ thuật số, điện thoại thông minh và máy tính bảng. Chúng bao gồm các đầu nối Mini-A và Mini-AB hiện không được dùng nữa (tức là đã không được chứng nhận nhưng đã được tiêu chuẩn hóa) (các đầu nối Mini-B vẫn được hỗ trợ nhưng không tương thích với hệ thống OG (On The Go, tức là trên thiết bị di động)).[45] Đầu nối USB Mini-B là tiêu chuẩn để truyền dữ liệu đến và đi từ các điện thoại dữ liệu và PDA đời đầu, chẳng hạn như Blackberry.

Phích cắm Mini-A và Mini-B có kích thước khoảng 3 x 7 mm. Các phích cắm micro-USB có chiều rộng tương tự và độ dày khoảng một nửa, cho phép tích hợp chúng vào các thiết bị di động mỏng hơn. Đầu nối micro-A có kích thước 6,85 x 1,8 mm với kích thước khuôn tối đa là 11,7 x 8,5 mm. Đầu nối micro-B có kích thước 6,85 x 1,8 mm với kích thước khuôn tối đa là 10,6 x 8,5 mm.

Đầu nối Micro-USB được USB-IF công bố vào ngày 4 tháng 1 năm 2007. Đầu nối Micro B USB có định mức dòng điện tối đa là 1 A mỗi chân hoặc 1,8 A cho chân 1 và 5 và 0,5 A cho chân 2, 3 và 4. Đầu nối Mini-A và đầu nối ổ cắm Mini-AB không được dùng nữa kể từ ngày 23 tháng 5 năm 2007. Trong khi nhiều thiết bị và cáp hiện có vẫn sử dụng phích cắm Mini thì đầu nối Micro mới hơn đang được sử dụng rộng rãi và tính đến tháng 12 năm 2010, chúng được sử dụng rộng rãi nhất. Các đầu nối micro mỏng hơn nhằm mục đích thay thế phích cắm Mini trong các thiết bị mới bao gồm điện thoại thông minh, thiết bị hỗ trợ kỹ thuật số cá nhân và máy ảnh. Thiết kế phích cắm Micro được đánh giá cho ít nhất 10.000 chu kỳ kết nối-ngắt kết nối—nhiều hơn đáng kể so với thiết kế phích cắm Mini. Nó cũng được thiết kế để giảm mài mòn cơ học trên thiết bị; thay vào đó, cáp dễ thay thế hơn được thiết kế để chịu mài mòn cơ học khi kết nối và ngắt kết nối. Thông số kỹ thuật về đầu nối và cáp Micro-USB Bus nối tiếp đa năng trình bày chi tiết các đặc tính cơ học của phích cắm Micro-A, ổ cắm Micro-AB (chấp nhận cả phích cắm Micro-A và Micro-B), cũng như phích cắm và ổ cắm Micro-B, cùng với một Ổ cắm Standard-A sang bộ chuyển đổi phích cắm Micro-A.

Nhóm nhà cung cấp dịch vụ điện thoại di động, Open Mobile Terminal Platform (OMTP) vào năm 2007 đã xác nhận Micro-USB là đầu nối tiêu chuẩn cho dữ liệu và nguồn điện trên các thiết bị di động. Ngoài ra, vào ngày 22 tháng 10 năm 2009, Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) cũng đã thông báo rằng họ đã có coi micro-USB là Giải pháp sạc đa năng, là "giải pháp điện thoại di động mới phù hợp với tất cả các thiết bị di động tiết kiệm năng lượng" và nói thêm: "Dựa trên giao diện Micro-USB, bộ sạc UCS cũng có hiệu suất 4 sao hoặc cao hơn xếp hạng—tiết kiệm năng lượng gấp ba lần so với bộ sạc không được xếp hạng."

Các Cơ quan Tiêu chuẩn hóa Châu Âu CEN, CENELEC và ETSI (độc lập với đề xuất OMTP/GSMA) đã xác định Bộ nguồn bên ngoài (EPS) chung để sử dụng với điện thoại thông minh được bán ở EU dựa trên micro-USB.14 của các nhà sản xuất điện thoại di động lớn nhất thế giới đã ký kết Biên bản ghi nhớ EPS chung của EU (MoU). Apple Inc., một trong những người ký MoU ban đầu, cung cấp bộ chuyển đổi micro-USB – như được cho phép trong Common EPS MoU – cho những chiếc iPhone được trang bị đầu nối đế cắm 30 chân độc quyền của Apple hoặc đầu nối "Lightning" (sau này) (sau này).

Đầu nối USB khi di chuyển
Bài viết chính: USB On-The-Go

Tất cả các thiết bị USB On-The-Go (OTG) hiện tại đều phải có một và chỉ một đầu nối USB: ổ cắm Micro-AB. Ổ cắm này có khả năng chấp nhận cả phích cắm Micro-A và Micro-B, được gắn vào bất kỳ loại cáp và bộ chuyển đổi hợp pháp nào như được định nghĩa trong Micro-USB1.01. Trước khi phát triển Micro-USB, các thiết bị USB On-The-Go bắt buộc phải sử dụng ổ cắm Mini-AB để thực hiện công việc tương đương.

Thiết bịOTG có đầu cắm A được cắm vào được gọi là thiết bị A và chịu trách nhiệm cấp nguồn cho giao diện USB khi được yêu cầu và theo mặc định sẽ đảm nhận vai trò máy chủ. Thiết bị có đầu cắm B được cắm vào được gọi là thiết bị B và theo mặc định đảm nhận vai trò thiết bị ngoại vi. Thiết bịOTG không có phích cắm được cắm mặc định hoạt động như thiết bị B. Nếu một ứng dụng trên thiết bị B yêu cầu vai trò máy chủ thì Giao thức đàm phán máy chủ (HNP) sẽ được sử dụng để tạm thời chuyển vai trò máy chủ sang thiết bị B.

Các thiết bịOTG được gắn vào thiết bị B chỉ dành cho ngoại vi hoặc máy chủ tiêu chuẩn/nhúng có vai trò cố định bằng cáp, vì trong những trường hợp này, chỉ có thể gắn cáp theo một chiều.

Đầu cắm cáp (USB 1.x/2.0)

Cáp tồn tại với cặp phích cắm:

Không chuẩn

Hiện tại cho các mục đích độc quyền cụ thể và trong hầu hết các trường hợp không thể tương tác với thiết bị tuân thủ USB-IF. Tuy nhiên, vẫn tồn tại các loại cáp A-to-A tương thích có mạch ở giữa hoạt động như một cặp thiết bị, chẳng hạn như Cáp chuyển dễ dàng.

Ngoài các cụm cáp nêu trên bao gồm hai phích cắm, cáp "bộ chuyển đổi" có phích cắm Micro-A và ổ cắm Standard-A đều tuân thủ các thông số kỹ thuật USB. Các kết hợp đầu nối khác không tuân thủ.

Không được dùng nữa

Một số thiết bị và cáp cũ có đầu nối Mini-A đã được chứng nhận USB-IF. Đầu nối Mini-A đã lỗi thời: không có đầu nối Mini-A mới nào cũng như ổ cắm Mini-A và Mini-AB đều không được chứng nhận.

Đầu cắm cáp (USB 3.0)

Xem thêm: Đầu nối USB 3.0

Đầu cắm USB 3.0 Micro-B
Xem thêm: Đầu nối USB 3.0
USB 3.0 giới thiệu đầu cắm cáp Micro-B mới, xem ảnh bên phải. Nó bao gồm một đầu cắm cáp USB 1.x/2.0 Micro-B tiêu chuẩn, có thêm đầu cắm 5 chân được "xếp chồng" lên bên cạnh. Bằng cách đó, đầu nối máy chủ USB 3.0 Micro-A duy trì khả năng tương thích ngược với đầu cắm cáp USB 1.x/2.0 Micro-B.

Đầu cắm USB 3.0 Micro-B

Sơ đồ chân
Xem thêm: Sơ đồ chân USB 3.0
USB là một bus nối tiếp, sử dụng bốn dây được bảo vệ cho biến thể USB 2.0: hai dây cho nguồn điện (VBUS và GND) và hai dây cho tín hiệu dữ liệu vi sai (được gắn nhãn là D+ và D- trong sơ đồ chân). Sơ đồ mã hóa Đảo ngược không trở về 0 (NRZI) được sử dụng để truyền dữ liệu, với trường đồng bộ hóa để đồng bộ hóa đồng hồ máy chủ và máy thu. Tín hiệu D+ và D- được truyền trên một cặp xoắn, cung cấp khả năng truyền dữ liệu bán song công cho USB 2.0.

Có nhiều dây bổ sung có trong biến thể USB 3.0, bao gồm hai cặp xoắn và cung cấp nhiều cải tiến khác nhau, bao gồm cả việc truyền dữ liệu song công hoàn toàn ở tốc độ cao hơn.

Sơ đồ chân chuẩn USB 1.x/2.0

Sơ đồ chân USB 1.x/2.0 Mini/Micro

Trình kết nối và định dạng độc quyền
Các nhà sản xuất thiết bị điện tử cá nhân có thể không trang bị đầu nối chuẩn USB trên sản phẩm của họ vì lý do kỹ thuật hoặc tiếp thị. Một số nhà sản xuất cung cấp cáp độc quyền cho phép thiết bị của họ kết nối vật lý với cổng chuẩn USB. Chức năng đầy đủ của các cổng và cáp độc quyền có cổng USB tiêu chuẩn không được đảm bảo; ví dụ: một số thiết bị chỉ sử dụng kết nối USB để sạc pin và không thực hiện bất kỳ chức năng truyền dữ liệu nào.

Màu sắc
Các cổng và đầu nối thường được mã hóa màu để phân biệt các chức năng khác nhau. Những màu này không nằm trong thông số kỹ thuật của USB và có thể khác nhau giữa các nhà sản xuất.
[cần dẫn nguồn]