Распиновка USB: назначение контактов и цвета проводов в разъёмах 2.0, 3.0 и Type-C
· Интермера
Распиновка USB 2.0 простая: у разъёма четыре контакта. Контакт 1 — VBUS, плюс 5 В (красный провод), 2 — D− (белый), 3 — D+ (зелёный), 4 — GND, минус (чёрный). В mini-USB и micro-USB контактов пять: между D+ и землёй добавлен ID. У USB 3.0 Type-A их девять: к четырём старым добавлены две скоростные пары и дренажная земля. У USB Type-C — 24 контакта в два ряда.
Ниже — таблицы распиновки для каждого разъёма, цвета проводов в кабеле, где плюс и минус, сколько тока даёт порт, колодки на материнской плате и как проверить кабель приборами.
Где плюс и минус на USB
Плюс питания — контакт VBUS, минус — GND. В прямоугольном разъёме Type-A это крайние контакты: VBUS — первый, GND — четвёртый, а сигнальные D− и D+ стоят между ними. Контакт земли длиннее сигнальных и при подключении замыкается первым — на этом держится горячее подключение.
Напряжение на порту номинально 5 В с допуском ±5 %, то есть 4,75–5,25 В. С выходом Type-C в 2014 году верхний предел подняли до 5,5 В, чтобы компенсировать падение напряжения на больших токах. Сколько тока можно взять:
- USB 2.0 — по умолчанию до 100 мА, после согласования с хостом — до 500 мА (2,5 Вт);
- USB 3.0 — до 900 мА (4,5 Вт);
- Battery Charging — до 7,5 Вт;
- Type-C — 1,5 или 3 А при 5 В;
- USB Power Delivery — до 240 Вт в версии PD 3.1 (2021 год).
Напряжение выше 5 В источник подаёт только после согласования с устройством. Без него на VBUS остаются стандартные 5 В.
Версии USB и скорость
От версии зависит, сколько контактов задействовано. USB 1.x и 2.0 обходятся одной парой данных и работают в полудуплексе. USB 3.0 добавил отдельные пары на приём и передачу, поэтому данные идут в обе стороны одновременно.
| Режим | Скорость | Версия | Линии данных |
|---|---|---|---|
| Low-Speed | до 1,5 Мбит/с | USB 1.x | D+ и D− |
| Full-Speed | до 12 Мбит/с | USB 1.x | D+ и D− |
| High-Speed | до 480 Мбит/с | USB 2.0 | D+ и D− |
| SuperSpeed | 5 Гбит/с | USB 3.0 | пары SSTX и SSRX |
Название USB 3.0 потом дважды меняли: тот же режим 5 Гбит/с стал USB 3.1 Gen 1, а затем USB 3.2 Gen 1×1. Распиновка разъёмов от этого не изменилась.
Распиновка USB 2.0: Type-A и Type-B
Полноразмерные разъёмы USB 1.x и 2.0 устроены одинаково: два провода питания и одна пара для данных. Нумерация контактов у вилки A и вилки B совпадает.
| Контакт | Сигнал | Цвет провода | Назначение |
|---|---|---|---|
| 1 | VBUS | красный (бывает оранжевый) | +5 В |
| 2 | D− | белый (бывает золотистый) | данные − |
| 3 | D+ | зелёный | данные + |
| 4 | GND | чёрный (бывает синий) | общий, минус |
D+ и D− — дифференциальная линия: два провода свиты в пару с волновым сопротивлением 90 Ом. Поэтому в кабеле они идут скрученными вместе, а не по отдельности. И ещё одна оговорка: в некоторых источниках D+ и D− перепутаны, так что сверяйтесь с прозвонкой, а не с картинкой.
Распиновка mini-USB и micro-USB
У компактных разъёмов пять контактов. Добавочный ID нужен для режима On-The-Go: по нему устройство понимает, какой конец кабеля в него вставлен — хоста или периферии.
| Контакт | Сигнал | Цвет провода | Назначение |
|---|---|---|---|
| 1 | VBUS | красный | +5 В |
| 2 | D− | белый | данные − |
| 3 | D+ | зелёный | данные + |
| 4 | ID | — | в вилке A соединён с GND, в вилке B не подключён |
| 5 | GND | чёрный | общий, минус |
Отдельного провода ID в кабеле нет: контакт используется только внутри разъёмов. Micro-USB объявили в январе 2007 года как замену mini-USB, а в октябре 2009 года Международный союз электросвязи принял его как универсальный разъём для зарядки. Вилка micro-USB рассчитана минимум на 10 000 подключений.
Распиновка USB 3.0
USB 3.0 сохранил четыре контакта USB 2.0 и добавил пять: две дифференциальные пары SuperSpeed и дренажную землю. Скорость выросла до 5 Гбит/с — примерно в 10 раз больше, чем 480 Мбит/с у USB 2.0. Вставку разъёма USB 3.0 спецификация рекомендует делать синей (Pantone 300 C), чтобы порт отличался от USB 2.0.
| Контакт | Сигнал (разъём A) | Цвет провода | Назначение |
|---|---|---|---|
| 1 | VBUS | красный | +5 В |
| 2 | D− | белый | пара USB 2.0 |
| 3 | D+ | зелёный | пара USB 2.0 |
| 4 | GND | чёрный | земля питания |
| 5 | SSRX− | синий | приём SuperSpeed |
| 6 | SSRX+ | жёлтый | приём SuperSpeed |
| 7 | GND_DRAIN | — | земля сигналов, дренажный провод |
| 8 | SSTX− | фиолетовый | передача SuperSpeed |
| 9 | SSTX+ | оранжевый | передача SuperSpeed |
В разъёме B пары меняются ролями: на контактах 5–6 там передача, на 8–9 — приём. Так передатчик хоста всегда попадает на приёмник устройства. Контакт GND_DRAIN подключают к дренажному проводу экрана: он снижает помехи и сохраняет целостность сигнала.
Распиновка USB Type-C
Type-C — 24-контактный двусторонний разъём: два ряда по 12 контактов, A1–A12 и B1–B12. Ряды зеркальны, поэтому вилку можно вставить любой стороной.
| Контакт | Сигнал | Контакт | Сигнал |
|---|---|---|---|
| A1 | GND | B12 | GND |
| A2 | SSTX1+ | B11 | SSRX1+ |
| A3 | SSTX1− | B10 | SSRX1− |
| A4 | VBUS | B9 | VBUS |
| A5 | CC1 | B8 | SBU2 |
| A6 | D+ | B7 | D− |
| A7 | D− | B6 | D+ |
| A8 | SBU1 | B5 | CC2 |
| A9 | VBUS | B4 | VBUS |
| A10 | SSRX2− | B3 | SSTX2− |
| A11 | SSRX2+ | B2 | SSTX2+ |
| A12 | GND | B1 | GND |
Что важно знать о контактах Type-C:
- Питание и земля — по четыре контакта VBUS и GND, внутри вилки они соединены между собой.
- USB 2.0 — пары D+/D− есть в обоих рядах гнезда (A6/A7 и B6/B7), но в кабеле разведена только одна.
- CC1 и CC2 — линии конфигурации. По ним определяется ориентация вилки и идёт обмен USB Power Delivery. В самой вилке один из контактов CC заменён на VCONN — питание электроники внутри кабеля.
- SBU1 и SBU2 — вспомогательные линии (Sideband Use).
- SSTX и SSRX — экранированные пары для скоростных режимов: две на передачу и две на приём.
Проводов в кабеле Type-C обычно 18, а не 24. Цвета по спецификации: земля — лужёные проводники, VBUS — красный, CC — синий, D+ — зелёный, D− — белый, VCONN — жёлтый. Но красный и жёлтый встречаются и у других линий кабеля, так что без прозвонки не обойтись. Любой кабель Type-C должен выдерживать не меньше 3 А при напряжении до 20 В, то есть 60 Вт.
Есть тонкость с переходниками. Хост Type-C не подаёт VBUS, пока не обнаружит подключение по линиям CC. Поэтому устройству USB 2.0 с гнездом Type-C нужны подтягивающие к земле резисторы Rd на CC — иначе питания не будет. В кабелях «USB-A — Type-C» спецификация требует подтяжку CC к VBUS на 56 кОм. В несовместимых кабелях встречается 10 кОм, и устройство может неверно решить, сколько тока ему можно брать.
Цвета проводов в USB-кабеле
Если нужно распаять кабель USB 2.0 или 3.0, ориентируйтесь на сводную таблицу. Цвета Type-C — в разделе выше. Помните, что цвета — рекомендация, а не гарантия: в дешёвых кабелях они бывают любыми.
| Цвет | USB 2.0 и micro-USB | USB 3.0 (разъём A) |
|---|---|---|
| красный | VBUS, +5 В | VBUS |
| белый | D− | D− |
| зелёный | D+ | D+ |
| чёрный | GND | GND |
| синий | — | SSRX− |
| жёлтый | — | SSRX+ |
| фиолетовый | — | SSTX− |
| оранжевый | — | SSTX+ |
Распиновка USB на материнской плате
Порты на корпусе компьютера подключают к материнской плате через колодки. Стандартные варианты такие:
- 9-контактная колодка — два порта USB 1.1/2.0 Type-A; есть и 5-контактный вариант на один порт;
- 19-контактная — два порта USB 3.0; с 9-контактной она несовместима;
- 20-контактная Key-A — один полноценный порт Type-C, а Key-B — два порта Type-A до USB 3.2 Gen 2;
- 40-контактная — по сути две колодки Key-A рядом.
Колодки разных типов между собой несовместимы; исключение — 40-контактная, она принимает вилку 20-контактной Key-A. Распиновку конкретной колодки берите из руководства к плате: старые платы, выпущенные до 2000 года, бывают с нестандартной разводкой.
Как проверить USB-кабель и порт приборами
Разбирать разъём и читать цвета проводов мало. Надёжнее проверить кабель и порт приборами.
- Прозвонка кабеля. Мультиметром в режиме прозвонки пройдите каждый контакт от одной вилки до другой и проверьте, что соседние провода не замкнуты между собой. Как выбрать режим и куда вставить щупы, мы разобрали в статье о работе с мультиметром.
- Напряжение на порту. Между VBUS и GND без нагрузки должно быть 4,75–5,25 В. Если меньше — порт или кабель не держит питание.
- D+ и D− у зарядного устройства. У выделенного зарядного порта эти контакты соединены сопротивлением не больше 200 Ом. Так устройство узнаёт, что подключено к зарядке, а не к компьютеру. Это норма, а не замыкание.
- Первое включение своей платы. Самодельное устройство с USB безопаснее сначала запитать от лабораторного источника питания 5 В с ограничением тока. Тогда ошибка в разводке не сожжёт порт компьютера.
- Линии данных. Форму сигналов на D+ и D− смотрят осциллографом, а последовательность логических уровней — логическим анализатором.
Многие измерительные приборы сами подключаются к компьютеру по USB. Например, модульные USB-осциллографы U2701A и U2702A работают через интерфейс USB 2.0 по стандарту USBTMC-USB488.
Итог
Чтобы не ошибиться с распиновкой USB, запомните базу: контакт 1 — плюс 5 В, 4 — минус, между ними пара данных D− и D+. Micro-USB добавляет ID, USB 3.0 — две скоростные пары и дренажную землю, а Type-C дублирует контакты в двух рядах и управляет питанием через CC. Цвета проводов помогают, но окончательное слово — за мультиметром: прозвоните кабель, измерьте VBUS и только потом паяйте или подключайте свою плату.
Частые вопросы о распиновке USB
Где плюс и минус на USB?
Плюс — контакт 1, VBUS, на нём 5 В. Минус — контакт 4, GND. В разъёме Type-A это крайние контакты, а сигнальные D− и D+ находятся между ними. В кабеле плюс обычно красный провод, минус — чёрный, но цвета лучше проверить прозвонкой.
Какие провода в USB отвечают за питание?
За питание отвечают красный провод VBUS (+5 В) и чёрный GND. Белый и зелёный — линии данных D− и D+. В USB 3.0 добавляются синий, жёлтый, фиолетовый и оранжевый провода скоростных пар. В Type-C питание идёт по VBUS, а линия CC управляет тем, сколько тока можно взять.
Какая цветовая распиновка у USB?
Для USB 2.0 стандартные цвета такие: красный — VBUS (+5 В), белый — D−, зелёный — D+, чёрный — GND. В USB 3.0 добавлены синий (SSRX−), жёлтый (SSRX+), фиолетовый (SSTX−) и оранжевый (SSTX+). В дешёвых кабелях цвета могут не совпадать со стандартом.
Где находятся плюс и минус на разъёме Type-C?
Плюс VBUS выведен на контакты A4, A9, B4 и B9, минус GND — на крайние A1, A12, B1 и B12. Контакты продублированы в двух рядах, поэтому вилку можно вставлять любой стороной. Хост Type-C подаёт VBUS только после того, как обнаружит подключение по линиям CC.
Сколько контактов в USB 3.0?
В разъёме USB 3.0 Type-A девять контактов. Четыре — от USB 2.0: VBUS, D−, D+ и GND. Пять новых — две дифференциальные пары SuperSpeed на приём и передачу и дренажная земля GND_DRAIN. Благодаря им скорость выросла до 5 Гбит/с.