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.

РежимСкоростьВерсияЛинии данных
Low-Speedдо 1,5 Мбит/сUSB 1.xD+ и D−
Full-Speedдо 12 Мбит/сUSB 1.xD+ и D−
High-Speedдо 480 Мбит/сUSB 2.0D+ и D−
SuperSpeed5 Гбит/сUSB 3.0пары 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.

КонтактСигналЦвет проводаНазначение
1VBUSкрасный (бывает оранжевый)+5 В
2D−белый (бывает золотистый)данные −
3D+зелёныйданные +
4GNDчёрный (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.

КонтактСигналЦвет проводаНазначение
1VBUSкрасный+5 В
2D−белыйданные −
3D+зелёныйданные +
4ID—в вилке A соединён с GND, в вилке B не подключён
5GNDчёрныйобщий, 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.

КонтактСигнал (разъём A)Цвет проводаНазначение
1VBUSкрасный+5 В
2D−белыйпара USB 2.0
3D+зелёныйпара USB 2.0
4GNDчёрныйземля питания
5SSRX−синийприём SuperSpeed
6SSRX+жёлтыйприём SuperSpeed
7GND_DRAIN—земля сигналов, дренажный провод
8SSTX−фиолетовыйпередача SuperSpeed
9SSTX+оранжевыйпередача 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.

КонтактСигналКонтактСигнал
A1GNDB12GND
A2SSTX1+B11SSRX1+
A3SSTX1−B10SSRX1−
A4VBUSB9VBUS
A5CC1B8SBU2
A6D+B7D−
A7D−B6D+
A8SBU1B5CC2
A9VBUSB4VBUS
A10SSRX2−B3SSTX2−
A11SSRX2+B2SSTX2+
A12GNDB1GND

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.

ЦветUSB 2.0 и micro-USBUSB 3.0 (разъём A)
красныйVBUS, +5 ВVBUS
белыйD−D−
зелёныйD+D+
чёрныйGNDGND
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.

  1. 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.
  2. Напряжение на порту. Между VBUS и GND без нагрузки должно быть 4,75–5,25 В. Если меньше — порт или кабель не держит питание.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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.