USB 連接器和 USB 電纜的知識

USB 是通用串行總線的縮寫。作為快速復習，“總線”是一種電路布置或通信系統，用于在系統中的組件之間傳輸數據。在這種情況下，“串行”總線通過單根導線一次一位地傳輸數據。

然而，USB 連接器不僅可以在組件之間傳輸數據，還可以傳輸電力，并且可以容納許多不同的硬件設備，從打印機和鍵盤到手機和閃存驅動器。

在開發 USB 協議之前，計算機使用串行和并行端口來完成數據傳輸，各個設備使用各種專有插頭、連接器、電纜、擴展卡和必要的驅動程序。數據傳輸速率很慢，并行端口以每秒 100 千字節 (kB) 的速度運行，串行端口以每秒 115 到 450 千字節 (kb) 的速度運行。

USB 1.0 規范于 1996 年初首次亮相，經過一個公司聯盟的大量工作，最初可以以每秒 1.5 兆比特 (Mbit) 的低速和每秒 12 兆比特的全速傳輸數據。隨著 2000 年以每秒 480 Mbit 發布 USB 2.0 和 2008 年以每秒 4.8 Gbps (Gbps) 發布的 USB 3.0，傳輸速度進一步提高。USB 3.2 已經接管了 3.1 和 3.0 標準，速度最高可達 20 Gbps，是目前最常用的。最新版本是 USB4，于 2019 年發布，傳輸速度高達 40 Gbps，并正在慢慢引入普通使用。

USB 標準多年來一直由USB 實施者論壇(USB-IF) 指導和認證，該論壇擁有 700 多家公司作為成員。多年來，USB-IF 的工作導致了一系列標準的發布，規格越來越快。這種通過小巧便宜的接口提高的速度和視頻分辨率使 USB 連接器成為當今世界使用的主要信號傳輸技術。

USB 連接器有多種類型或物理外形，可用于各種應用。這些包括：

• A 型– 這是最常見的原始 USB 連接器，也稱為 USB 標準 A。它用于將下游外圍設備連接到主機設備。扁平的矩形形狀通過摩擦固定在適當的位置，以便于插入和移除。它在其中一個引腳上提供 5 V 直流電源，并與所有類型的 USB 協議兼容。

• B 型- B 型連接器最常與 USB 計算機外圍設備相關聯。這個連接器是方形的，頂部有輕微的斜角。與 A 型一樣，它通過摩擦固定在適當的位置。它的開發目的是允許連接外圍設備，而不會有將兩臺主機相互連接的風險。這種連接器類型仍在使用，但微型版本更為普遍。

• C 型– 這是最新的 USB 接口，具有可逆對稱設計，可以任一面朝上插入，并且可以使用電纜的任一端插入任何 USB-C 設備。它可以傳輸 USB 3.2（以前的 3.1 和 3.0）、2.0 和 1.1 信號，并且可以以高達 20 Gbps 的速度傳輸數據，雙向功率輸出高達 100 W（通過USB PD 3.1擴展到 240 W ），并且可以支持 DisplayPort視頻和四聲道音頻。Type C 還支持 USB4 和 Thunderbolt，這是一種硬件接口，允許將外圍設備連接到數據傳輸速度高達 40 Gbps 的計算機。

• Micro & Mini A&B – 顧名思義，這些是 A 型和 B 型連接器的較小形式版本，提供物理上更小的連接，同時保持 480 Mbps 的高速傳輸速率和 On-The-Go (OTG) 功能，允許移動設備和其他外圍設備充當 USB 主機。

• AB 型- 此連接器允許微型 A 和微型 B 插頭連接到這種單一插座類型，提供更大的靈活性。

USB 連接器類型和引腳排列

各個類型的 USB 連接器只能與其相關的公頭或母頭連接器匹配。沒有交叉兼容性。但是，雖然連接器本身是標準的，但使用它們的外殼可以針對不同的應用進行顯著更改。這導致了IP 等級（入口保護）USB 連接器的開發，該連接器能夠提供強大的保護，防止固體或液體侵入惡劣環境中使用的設備。

大多數 USB 電纜組件的一端也有一種類型的連接器，另一端有不同類型的連接器，A 型到 B 型或 C 型非常常見。由于 C 型專為可互換而設計，因此 C 型更常見于電纜的兩端，并且隨著 C 型端口被更廣泛地采用，其使用量也會增加。USB 3.0 micro B 插頭具有更寬的連接以適應更高的數據傳輸率，不能與 USB 2.0 micro B 插座一起使用。但是，帶有 USB 3.0 micro B 端口的設備可以與較舊的 USB 2.0 micro B 型公插頭配合使用。

區分micro B 和 USB 3.0 micro B 連接器的混淆

如前所述，USB 通信標準定義了正在使用的設備之間的數據傳輸速度、握手協議和電源規格。多年來，該標準已經有了顯著的改進，數據傳輸速度從每秒 1.5 Mbit 的 USB 1.0 到速度高達 20 Gbps 的 USB 3.2。每個后續版本都促進了新一輪的互連硬件。

眾所周知，USB 通信標準與頻繁的追溯命名更改混淆，但目前 USB 3.2 是最容易獲得的與 A 型和 C 型連接器兼容的 USB 標準，盡管它可以從 5 Gbps 到 20 Gbps 不等。20 Gbps 標準也可以稱為“SuperSpeed USB 20 Gbps”或“USB 3.2 Gen 2x2”，其中 10 Gbps 標準也可以稱為“SuperSpeed USB 10 Gbps”或“USB 3.2 Gen 2”。最后，5 Gbps 標準目前稱為“SuperSpeed USB 5 Gbps”或“USB 3.2 Gen 1”。但是，可以在整個 Internet 上找到舊命名約定的使用，手動檢查設備或連接器的速度等級并將其用作基線可能是最簡單的。

USB 3.2 命名約定和規范

但是，與許多安裝的情況一樣，同一系統中經常使用不同的版本。如果使用較新 USB 版本和較舊版本的設備正在通信，它們將默認使用較舊版本和速度。這是軟件的功能，但與標準的兼容性也與硬件有關。

所有 C 型連接器都與 USB 3.2 兼容，但某些 C 型連接器仍符合早期標準。A 型和 B 型取決于電纜，不同的連接器顏色通常表示不同的版本以供快速參考。在查看物理連接器標準和通信標準之間的關系時，經常會出現混淆。我們的博客文章USB Type C 和 USB 3.2 – 闡明連接對此進行了更詳細的討論。

使用原始標準，需要主機。A 型連接器通常表示主機設備，B 型連接器通常連接到外圍設備。對于 USB OTG（On The GO），這不是必需的。USB OTG 是一種允許 USB 設備（如智能手機）充當主機，允許連接其他 USB 設備的規范。基本上，它允許 USB 設備在不需要計算機的情況下從其他設備讀取數據。

USB 標準最初是作為一種數據接口協議來簡化設備之間的互連，并提供了一些電力。從那時起，它已經從向包含數據接口的重要電力管道提供有限電力的數據接口發展成熟。許多設備現在能夠通過連接充電或接收電力。

各方共同努力實現電力傳輸的標準化，并以 USB 電力傳輸 (USB PD) 標準的形式增加功能集。使用 Type C，USB PD 可以提供高達 20 V 的可變電壓和高達 5 A 的最大電流，總功率傳輸限制高達 100 W。2021 年發布的USB PD 3.1 標準此后將該功率傳輸能力擴展到了 240 W。此外，電源的方向不再是固定的，由主機或外圍設備供電。電源管理也可以跨多個外設進行優化。

USB PD 需要數字設備握手才能達到這些更高的額定值。如果所需的芯片不可用且未發生握手，系統將恢復為 5 V/1 A 標準。這與 USB 版本和類型無關，但確實需要支持 USB PD 標準的類型。例如，支持 2.0 和更新版本的 A 型到 C 型電纜可以使用 PD。

USB Power Delivery 規范的進展

PD 也可以與不傳輸數據的設備一起使用，純粹利用 USB 供電。它確實需要單獨的通信線路進行電源協商，因此設計和制造比許多非 USB 格式稍微復雜一些。PD 為大量設備創建了充電標準，簡化和整合了充電器，這一事實可以抵消這種復雜性。這可以減少電子垃圾以及不同設備需要多根電纜的不便。要了解更多信息，請閱讀我們的僅供電 USB C 型連接器簡介博客文章。

通過提供小尺寸、易于設計和使用、高通信速度以及更高的功率傳輸，USB 連接器可用于非常廣泛且不斷增長的應用列表。這些用途的簡短列表包括：

• 臺式機和筆記本電腦

• 磁盤驅動器

• 打印機

• 掃描儀

• 操縱桿和控制器

• 攝像機

• 手機、智能電視

• 游戲機

由于不需要數據傳輸，USB 連接器也可以單獨用于為可充電手電筒、充電板和許多其他便攜式消費設備等設備供電。

USB 的潛在應用持續增長

最新 USB 標準的穩健性和速度也開啟了更多應用。它現在具有帶寬、可靠性和電力傳輸能力，可用于數據采集和監控、機器視覺和過程控制等工業應用。基本上，任何使用 240 W 或更低功率的應用都可以成為 USB 電源的候選者。

USB 是一種非常靈活的標準，在需要數據傳輸和電源的領域幾乎得到普遍采用。USB 連接器和電纜組件將易用性與智能技術規格相結合，使產品或系統設計人員能夠降低布線需求和雜亂、減少占用空間、確保向后兼容性并削減總體成本。無論是為未來設計還是與傳統產品連接，了解 USB 的功能都將幫助設計人員創造出可供地球上幾乎任何人使用的產品。