Символ USBОригінальний логотип USBНайпоширеніший USB типу АUSB Тип ВUSB Тип B mini
Контакти штекерів USB 1.0 … USB 2.0
1
Живлення (VBUS = +5 В)
2
Сигнал (D-)
3
Сигнал (D+)
4
Живлення (-)
USB (англ.Universal Serial Bus, абревіатура читаєтьсяю-ес-бі,укр.універсальна послідовна шина) — стандарт роз'ємів і кабелів для передачі даних (до 40 Гбіт/c) та живлення (до 240 Вт) невеликих пристроїв.
Метою створення USB стандарту є:
краща уніфікація роз'ємів і кабелів;
нормування використання енергії;
створення протоколів обміну даними;
уніфікація функціональності і драйверів приладів;
можливість «гарячого» приєднання (та, як правило, і від'єднання) пристроїв.
Стандарт USB розробили сім компаній:«Compaq»,«Digital Equipment»,IBM,Intel,«Microsoft»,NEC і«Northern Telecom». З листопада 1994 до листопада 1995 року було анонсовано кілька версій протоколу (USB 0.7, 0.8, 0.9, 0.99, 1.0 Release Candidate). Влітку 1996 року на ринку з'явилися перші комп'ютери з портами USB. Символом USB є чотири геометричні фігури:квадрат,трикутник, великеколо та мале коло.
USB-кабель — це, по суті, двізвиті пари: однією з них передаються дані в кожному напрямку (диференціальне включення), а інша використовується для живлення периферійного пристрою (+5 В, 500 мА). Вбудовані лінії живлення дозволяють використовувати USB-пристрої, що не мають власного блоку живлення, чи заряджати акумулятори переносних пристроїв (фото- та відеокамер, плеєрів тощо), якщо ці пристрої споживають струм силою до 500 мА. СтандартUSB 3.0 допускає навантаження лінії живлення струмом до 900 мА.
З'єднання USB-кабелями формуєінтерфейс між USB-пристроями та USB-хостом. Як хост використовується керований з операційної системиUSB-контролер, до складу якого входить USB-концентратор, або ж хаб. Цей хаб є відправною точкою в створенні ланцюжкапристроїв, що відповідають вимогамитопології«зірка» (за аналогієютопології мереж). Він має спеціальну назву — кореневий концентратор.
До роз'ємів його портів під'єднується інше USB-приладдя та зовнішні хаби. Загальна їх кількість не може перевищувати 127 пристроїв, увімкнених не більш ніж у п'ятькаскадів, не рахуючи рівень кореневого хабу.
Конструкція USB-конекторів розрахована на «гаряче» приєднання та від'єднання пристроїв до хосту (від нього). Це забезпечено більшою довжиною контакту заземленняGND проти інших. Внаслідок цього потенціали корпусів вирівнюються ще до замикання сигнальних контактів, а це убезпечує електроніку приладу від пошкодження статичною електрикою.
Версія USB 2.0 випущена в квітні 2000 року; відрізняється від USB 1.1 лише підвищеною швидкістю передачі та незначними змінами в протоколі передачі даних для режиму Hi-Speed (480 Мбіт/с).
Сигнали в 4-провідних кабелях USB 1.0 — USB 2.0 передаються двома екранованими проводами на 2-й та 3-й контакти штекера.
Існує три швидкості роботи пристроїв USB 2.0:
Low-speed 10—1500 Кбіт/c (використовується для інтерактивних пристроїв: клавіатури, мишки,ігрові контролери)
В дійсності ж, хоча швидкість USB 2.0 теоретично й може досягати 480Мбіт/с, пристрої типу жорстких дисків чи взагалі будь-які інші носії інформації ніколи не досягають її, хоча й могли б. Це можна пояснити доволі просто: шина USB має доволі велику затримку між запитом на передачу інформації й самою передачею даних («довгий ping»). Наприклад, шинаFireWire, хоча й забезпечує максимальну швидкість 400 Мбіт/с, тобто на 80 Мбіт/с меншу, ніж USB, дозволяє досягти більшої швидкості обміну даними.
ТехнологіяUSB On-The-Go розширює специфікації USB 2.0 для легкого з'єднання периферійних USB-пристроїв безпосередньо між собою без задіяння комп'ютера. Прикладом застосування цієї технології є можливість підключення фотоапарата напряму до принтера. Цей стандарт виник через об'єктивну потребу надійного з'єднання особливо поширених USB-пристроїв без застосування комп'ютера, якого в потрібний момент може й не бути під руками.
Офіційна специфікація протоколу була анонсована в травні 2005 року. Дозволяє організовувати бездротовий зв'язок із високою швидкістю передачі даних: до 480 Мбіт/с на відстані 3 метрів та до 110 Мбіт/с на відстані 10 метрів. Для безпровідного USB часом використовують абревіатуруWUSB. Розробник протоколу,USB-IF, віддає перевагу офіційній назві протоколуCertified Wireless USB.
У листопаді2008 року робоча група USB 3.0 Promoter Group заявила про завершення робіт над специфікацією нового високошвидкісного інтерфейсу USB 3.0, названого SuperSpeed USB. USB 3.0 є наступним етапом еволюції технології USB. Новий інтерфейс забезпечує максимальну швидкість передачі даних в 10 разів більшу, ніж USB 2.0 (тобто 10 × 480 Мбіт/с = 4,8 Гбіт/с). Інші важливі властивості — покращені показники енергоефективності та збільшений максимальний струм живлення периферійного пристрою до 900 мА. Крім того, розробниками заявлена зворотна сумісність USB 3.0 із попередньою версією — USB 2.0, причому роз'єми нового стандарту прийнято виділяти синім кольором пластику (інколи — червоним). Докладніші відомості можна отримати з опублікованихспецифікацій (редакція 1.0)[Архівовано 1 червня 2012 уWebCite].
Підтримка USB 3.0 проєктомLinux забезпечена з версіїядра 2.6.31[1].
9 вересня 2013 року USB 3.0 Promoter Group опублікувала специфікації оновленого стандарту — USB 3.1, зі швидкістю передачі до 10 Гбіт/с.[2](англ.)
Після виходу стандарту USB 3.1 організація USB-IF оголосила, що роз'єм USB 3.0 з швидкістю 5 Гбіт/с (SuperSpeed) тепер будуть класифікуватися як USB 3.1 Gen 1, а нові роз'єми USB 3.1 (SuperSpeed USB 10Gbps) — як USB 3.1 Gen 2.
В USB 3.1 Gen 2, окрім збільшення швидкості до 10 Гбіт/с, були знижені затримки кодування до 3 % — переходом на схему кодування 128b/132b.
Оновлення принесло вдвічі більшу швидкість передачі даних у порівнянні з USB 3.1 завдяки двом лініям на 5 Гбіт/с або 10 Гбіт/с, тобто в результаті 10 або 20 Гбіт/с. Сучасні кабеліUSB-C, вже підтримують такий «дволінійний» режим, тому купувати нові кабелі не доведеться.
USB4 — це новий стандарт інтерфейсу Форуму USB-виконавців (USB-IF). Специфікація четвертої версії була опублікована 29 серпня 2019 р.[3][4] USB4 підтримує високошвидкісні протоколи інтерфейсівDisplayPort,PCI Express іThunderbolt 3 для ефективної передачі даних, відео з високою роздільною здатністю та одночасне електроживлення через один кабель USB Type-C. USB4 пропонує швидкість передачі даних до 40 Гбіт/с, що вдвічі більше, ніж у попереднього стандарту USB 3.2 Gen 2x2[5].
USB роз'єм типу А — найпоширеніший і найвідоміший із нинішніх. Більшість пристроїв, що підключаються через USB, мають саме його.Комп'ютерна миша, USBфлеш-накопичувач,клавіатура,фото- йвідеокамера та багато інших речей оснащені USB типу A, який бере свій початок ще з 90-х. Одна з найголовніших переваг цього порту — надійність. Він може пережити досить велику кількість підключень, не розвалюється й дійсно заслужив стати найпоширенішим засобом підключення всього, чого тільки можна. Однак для портативних пристроїв він не підходить, тому що має досить великі габарити, що врешті-решт призвело до появи модифікацій з меншими розмірами — Mini та Micro.
USB роз'єм типу В найчастіше використовується для приєднання до комп'ютера принтерів і сканерів, зрідка — інших пристроїв.
Розроблені також типи Mini-AB та Micro-AB для з'єднання через конектори відповідного розміру, як типу А, так і типу В.
У стандарті USB передбачена можливість постачання підключених пристроїв невеликою електричною потужністю. Спочатку стандарт USB 2.0 обмежував максимальний споживаний пристроєм струм величиною 0,5 А, при напрузі 5 В. USB 3.0 збільшив максимальний струм до 0,9 А, при тій же напрузі. Ці стандарти дозволяють хосту контролювати споживання підключених до шини пристроїв. Для цього в момент підключення та ініціалізації пристрій повідомляє хосту свої енергетичні потреби. Хост оцінює енергетичні можливості цього сегменту мережі і дозволяє або забороняє роботу пристрою.
Намагаючись стандартизувати запити енергоємних пристроїв, USB-IF у 2007 році прийняв специфікацію USB Battery Charging, яка в рамках кабельної інфраструктури USB 2.0/3.0 дозволяла збільшити споживаний пристроєм струм до 5 А[6][7]. Пізніше була прийнята окрема специфікація — USB Power Delivery, яка передбачає набагато більшу гнучкість в управлінні живленням.
Перша спроба стандартизувати підвищене енергоспоживання гаджетів і джерела живлення з вихідним роз'ємом USB призвела до появи специфікації USB Battery Charging[8]. Перша версія вийшла в 2007 році. Актуальна версія USB BC 1.2 опублікована в 2010 році.
Специфікація дозволяла існування спеціально позначених[як?] роз'ємів USB-A з підвищеною віддачею струму (до 1,5 А). Протокол початкового конфігурування USB доповнювався можливістю «домовитися» про підвищене енергоспоживання. Кінцевий пристрій міг збільшити споживання струму лише після домовленості з хостом. Також дозволялися роз'єми USB-A з не підключеними лініями даних, наприклад на зарядних пристроях. Такі зарядні пристрої ідентифікувалися гаджетом по замкнутих між собою контактах D+ і D−. Таким зарядним пристроям дозволялося віддавати струм до 5 А.
Для малогабаритних споживачів електроенергії специфікація рекомендувала роз'єм типу MicroUSB-B.
В новому стандарті USB Power Delivery концепція електроживлення була значно перероблена[9][10]. Тепер розробники як хосту, так і пристроїв, що до нього підключалися, отримали можливість гнучко управляти живленням через шину USB. Рішення про те, хто є джерелом живлення, а хто його споживачем, про можливості джерела живлення та кабелю приймаються в ході діалогу між пристроями по окремому каналу зв'язку. Передбачена можливість, що в процесі діалогу пристрій міг вимагати, а хост погодитися на підвищення напруги живлення, з метою передачі по існуючій кабельній інфраструктурі більших потужностей. Підвищена напруга видавалася хостом на провід живлення Vusb. Для сумісності зі старими пристроями хост повертав напругу до старого значення 5 В, як тільки виявляв від'єднання пристрою.
Технологія USB Power Delivery забезпечує передачу енергії потужністю до 100 Вт. Цього повинно вистачити для будь-яких смартфонів, планшетів та інших гаджетів. Завдяки технології, з'явилася можливість живити та заряджати всі електронні пристрої за допомогою звичайного USB-кабелю, при цьому джерелом живлення може стати не лишеблок живлення (зарядний пристрій), а й смартфон, ноутбук або зовнішній акумулятор[11].
У 2012 році представлена перша ревізія USB PD. Використовувалася стандартна роз'ємна і кабельна інфраструктура USB 2.0 і 3.0. Керування живленням здійснювалося шляхом діалогу між споживачем і джерелом живлення по незалежному каналі зв'язку, організованому по проводу живлення стандартного USB-кабелю (Vbus). Використовуваласячастотна модуляція з несучою частотою 24 МГц.
Друга ревізія стандарту вийшла в 2014 році, разом зі специфікацією USB 3.1 і прив'язана до нового роз'єму — USB Type C. Зокрема, тепер для виділеного каналу зв'язку між джерелом живлення і споживачем використовується окремий провід в кабелі (Configuration Channel). Також підтримується визначення типу кабелю і його можливостей передачі потужності. Джерело живлення менш жорстко обмежене вимогами профілів, ніж в першій ревізії стандарту, і має можливість більш гнучко підходити до вибору максимального струму навантаження, в залежності від наявної в нього потужності.
У 2019 році вийшла ревізія USB PD 3.0. Її суттєва відмінність віж USB PD 2.0 - режим Programmable Power Supply, коли споживач запитує не фіксовану напругу з переліку 5, 9, 15, 20 В, а може регулювати напругу в діапазоні 3,3—21 В з кроком 20 мВ. Також споживач може попросити у джерела обмежити струм, з кроком у 50 мА.
8 січня 2018 року USB-IF оголосила про логотип «Certified USB Fast Charger» для зарядних пристроїв, які використовують протокол «Programmable Power Supply» (PPS) зі специфікації USB Power Delivery 3.0[14].
Весною 2021 року вийшла ревізія USB PD 3.1[15]. Суттєва відмінність — розділення режимів на Standard Power Range (сумісний з USB PD 3.0) і Extended Power Range, в якому можливі напруги 28, 36 і 48 В. Режим Programmable Power Supply збережений лише для Standard Power Range і не підтримується в Extended Power Range. Для отримання високої регульованої напруги введений режим Adjustable Voltage Supply, котрий дозволяє встановити напругу від 15 до 48 В з кроком в 100 мВ.
Таким чином, максимальна передавана потужність досягла 240 Вт. Для струмів більше 3 А і напруг більше 20 В вимагається використання спеціальних кабелів з вбудованою мікросхемою ідентифікації. Для маркування кабелів високої потужності розроблені спеціальні логотипи[16][17][18].
Qualcomm® Quick Charge™ (QC[19][20]) — набір технологій компаніїQualcomm для енергопостачання мобільних гаджетів з акумуляторами. Охоплює:
технологію передачі підвищеної потужності через кабельну інфраструктуру з роз'ємами USB понад стандартних специфікацій USB. Для максимальної ефективності ізарядний пристрій і гаджет повинні підтримувати специфікацію Quick Charge.
технологію дбайливого і швидкого зарядуакумуляторів.
комплект мікросхем для обслуговування акумулятора і електроживленнямобільного пристрою.
В офіційних специфікаціях USB є аналог Quick Charge —USB Power Delivery. Незважаючи на це, стандарт Quick Charge отримав досить широке поширення, завдяки підтримці його популярними мобільними процесорамиQualcomm Snapdragon і доступностімікроконтролерів, що забезпечують роботу зарядних пристроїв по цьому стандарті.
Було випущено п'ять сумісних між собою версії стандарту[21][22][23]. Сумісних означає, що при з'єднанні гаджетів будь-яких версій стандарту QC вони зможуть домовитися по протоколу найстарішої з версій. Специфікації закриті, сама технологія є ліцензованою, тобто є платною для виробників обладнання.
Технологія швидкого заряджання розроблена компанієюMediaTek[24]. Станом на 14 березня 2018 року, останньою версією цієї технології є Pump Express 4.0[25] Починаючи з версії 3.0 технологія сумісна з технологією USB Power Delivery.[26][27] Технологія Pump Express 4.0 сумісна з технологією USB Power Delivery 3.0.[28]
У 1999 році група виробників торгового устаткування прийняла корпоративний стандарт, за яким роз'єм USB оснащувався додатковими контактами з напругою 5, 12 або 24 В і струмом до 6 А. Це рішення не було підтримано USB-IF.
Функція USB PowerShare дозволяє виконувати зарядку пристроїв USB чи їх живлення від такого комп'ютера чи ноутбука, в якого відключене живлення або коли він — у режимі сну/гібернації тощо. Якщо роз'єм USB підтримує функцію PowerShare, то позначається він додатково блискавкою.
↑«Pump Express technology is compliant with the international standard of ‘USB PD 3.0 programmable power supplies’. This enables standard USB PD 3.0 fast chargers to boost Pump Express 4.0-enabled smartphones. No special cables are needed, and Pump Express-enabled devices are compatible with existing USB mains chargers. With Pump Express 4.0 ...». — Charge with Confidence: Pump Express 4.0 : [арх. 09.07.2024] // www.mediatek.com. — 2018. — 14 March.
