Kabel USB: budowa, wersje interfejsu, typy i warianty złącz

Interfejs USB jest powszechnie stosowany w komputerach, urządzeniach mobilnych i elektronice użytkowej. Korzystamy z niego na co dzień. Trudno dziś wyobrazić sobie obsługę laptopa, przenoszenie danych czy naładowanie akumulatora w smartfonie bez dostępu do portu USB.

Standard USB (skrót od Universal Serial Bus – uniwersalna magistrala szeregowa) powstał w latach 90. XX wieku. Złącze to odpowiada za komunikację między komputerami a peryferiami zewnętrznymi, takimi jak klawiatury, drukarki, myszki czy kamerki internetowe oraz za przesyłanie danych z dysku komputera np. na dysk zewnętrzny, kartę pamięci aparatu cyfrowego lub do smartfona. Port USB pozwala również naładować baterię w telefonie czy latarce, a także zasilać różne urządzenia i gadżety, np. lampkę czy wentylatorek. Gniazda USB znajdziemy też w urządzeniach RTV - telewizorach, amplitunerach, a nawet we współczesnych gramofonach.

Interfejs USB wciąż się rozwija. W zależności od wersji, kable USB mają różną przepustowość, rozmiary i kształt gniazd. W artykule przedstawimy poszczególne rodzaje złącz USB, dostępne standardy i parametry.

USB: zasada działania

USB to standard przewodowej komunikacji między urządzeniami. Jego ogromną zaletą jest wykrywanie podłączonego sprzętu i automatycznie konfigurowanie do pracy. Systemy operacyjne same rozpoznają podłączone do portu urządzenie i instalują odpowiednie sterowniki. Komunikacja w standardzie 2.0 odbywa się w trybie half-duplex (dane przesyłane w danym czasie tylko w jedną stronę). Standard 3.0 umożliwia już pracę w trybie full-duplex (klient i host mogą jednocześnie wysyłać i odbierać dane). Gdy do portu USB hosta podłączone zostaje urządzenie zewnętrzne (klient), nadawany jest mu adres i sprawdzany tryb mają być przesyłane dane. Wyróżniamy cztery tryby transferu:

• Tryb kontrolny - obsługiwany przez wszystkie urządzenia USB, przeznaczony do ich konfiguracji i nadzorowania
• Tryb izochroniczny - informacje przesyłane są w czasie rzeczywistym w sposób ciągły. Ten tryb stosowany jest w połączeniach np. z kamerą wideo lub głośnikami (np. strumieniowanie audio)
• Tryb przerwaniowy - informacje przesyłane są w małych porcjach wtedy, gdy zachodzi potrzeba. Ma pierwszeństwo nad innymi trybami. Jest wykorzystywany w przypadku podłączenia klawiatury lub myszki
• Tryb masowy - przesyłane są duże pakiety informacji z zachowaniem spójności danych, np. podczas komunikowania się komputera z drukarką

Rozwój interfejsu, standardy USB i parametry

Różne standardy USB mają określone limity przepustowości, różną prędkość transferu danych i napięcia zasilania.

USB 1.1 - udostępniony w 1998 r., maksymalna przepustowość to 12 Mb/s (1,5 MB/s), zasilanie przez interfejs: 5 V i 500 mA, moc 2,5 W

USB 2.0 (Hi-Speed) - wprowadzony w 2000 r., przepustowość wzrosła do 480 Mb/s (60 MB/s), zasilanie przez interfejs: 5 V i 500 mA, moc 2,5 W

USB 3.0 / USB 3.1 Gen 1 (Super Speed) - dostępne od 2008 r., przepustowość maksymalna to 5 Gb/s (640 MB/s), zasilanie przez interfejs: 5 V i 900 mA, moc 4,5 W

USB 3.1 / USB 3.1 Gen 2 (Super Speed+) - na rynku od 2015 r., przepustowość wynosi 10 Gb/s (1280 MB/s), zasilanie przez interfejs: 5 V i 900 mA, moc 4,5 W

USB 3.2 - najnowszy standard ogłoszony w 2017 r., przepustowość maksymalna wzrosła do 20 Gb/s (2560 MB/s), zasilanie przez interfejs: 5 V i 900 mA, moc 4,5 W

Typy i warianty złącz USB

Ze względu na typ złącza USB wyróżniamy wtyczki typu A, B i C. Oprócz tego istnieją warianty zminiaturyzowane - mini USB i micro USB.

USB typu A - najpopularniejsze, standardowe złącze prostokątne. Stosuje się je w komputerach, większości domowego sprzętu elektronicznego oraz w różnego rodzaju ładowarkach sieciowych. Wersję 3.0 złącza typ A można rozpoznać po niebieskim elemencie widocznym wewnątrz wtyczki i gniazda. Złącze typu A występuje również w wariantach mini i micro.

USB typu B - złącze kwadratowe, spotykane w skanerach, monitorach i drukarkach. Także tu wersja 3.0 oznaczana jest niebieskimi elementami (gniazdo jest odrobinę większe). Złącze typu B występuje też w wariantach mini i micro (popularne w smartfonach, tabletach i innych urządzeniach mobilnych).

USB typu C - symetryczne, miniaturowe złącze w kształcie zaokrąglonego prostokąta. Nie ma znaczenia, którą stroną włożymy wtyczkę do gniazda. USB typu C stosowane jest w nowych smartfonach, laptopach i innych urządzeniach mobilnych, uznawane jako następca wyżej wymienionych typów złącz. Wprowadzenie złącza typu C ma na celu uporządkowanie i standaryzację portu. Port typu C umożliwia przesyłanie sygnału audio i wideo (np. zastępuje wyjście słuchawkowe). Ponadto umożliwia szybkie ładowanie urządzeń mobilnych i szybki transfer danych.

Złącze typu lightning - odrębny standard wykorzystujący technologię USB. Ma inny kształt wtyczki, stosowany jest w urządzeniach firmy Apple.