USB connector informatie

Over de Auteur: Lammert Bies is een vader, echtgenoot en polyglot. Hij ontwikkelt embedded systemen sinds de jaren tachtig. Gebruikte machinaal leren voordat het een naam had. Specialiseert in het verbinden van computers, robots en mensen. Was een Google Mapmaker Advocaat en spreker op verscheidene internationale conferenties voordat in 2017 de stekker uit Mapmaker werd getrokken. Bughunter met Google. Verspreidt op dit moment kunstmatige intelligentie naar de wildste plekken in productieomgevingen. Hij stopt nooit met leren.

• Inleiding
• Basis ontwerpcriteria
• Standaard USB connectoren
• Mini USB connectoren
• Micro USB connectoren

Inleiding

De USB interface is één van de meest gebruikte interfaces op dit moment om randapparatuur te verbinden met computers. Alhoewel de interface zelf standaard is en je in staat zou moeten zijn elk voor USB geschikt apparaat te koppelen aan een computer met USB mits de bijbehorende driver software aanwezig is, kunnen problemen ontstaan bij het vinden van de juiste kabel. Dit is omdat speciaal voor kleinere apparatuur zoals camera’s verschillende modellen connectoren zijn gedefinieerd. Dit document bevat informatie over alle bekende USB connector types en kan helpen om de juiste kabel te vinden om apparatuur op uw computer aan te sluiten.

Basis ontwerpcriteria van USB connectoren

Veel moeite is gedaan bij het ontwerp van de verschillende USB connectoren om hen geschikt te maken voor hun doel. De oude Centronics connectoren voor parallelle printers waren groot en moesten met clips aan de apparaten worden vastgeklikt. De DB9 en DB25 connectors die worden gebruikt voor RS232 poorten en parallelle poorten op computers hebben vaak problemen met boutjes die uit de computerkast vallen wanneer de connector per ongeluk te vast is geschroefd. En mensen die vaak hun VGA kabel hebben los- en vastgemaakt hebben mogelijk de ervaring gekregen dat deze dicht bezette connectoren zeer dunne pennetjes hebben die gemakkelijk buigen.

Een ander probleem van slecht connectorontwerp is dat het mogelijk kan zijn ze per ongeluk verkeerd aan te sluiten. Dit is iets dat bijvoorbeeld kan gebeuren bij de flat cable en voedingsconnectoren binnen in een computerkast. Omdat USB apparatuur over de kabel kan voeden is het niet alleen noodzakelijk te voorkomen dat de connector in de verkeerde oriëntatie wordt aangesloten, maar het ontwerp mag ook niet toestaan dat twee USB apparaten die beide voeding kunnen verzorgen met elkaar verbonden worden omdat hierdoor één of beide voedingen kunnen worden beschadigd.

Standaard A en B USB connectors

Vanwege al deze redenen zijn twee USB connectoren gedefinieerd voor algemeen gebruik, de USB A connector die moet worden gebruikt op apparaten die voedingsspanning leveren (meest computers) en de USB B connector die wordt gebruikt op apparaten die voedingsspanning ontvangen zoals de meeste randapparaten.

In de standaard USB A en B connectors die gespecificeerd zijn in de USB 1.1 en USB 2.0 specificatie zijn vier pinnen gedefinieerd. Twee pinnen worden gebruikt voor de voedingsspanning en twee pinnen voor de differentiële data transmissie. Wanneer je nauwkeurig naar de connector kijkt zul je zien dat de pinnen van de voedingsspanning (pin 1 en 4) een klein beetje langer zijn. Dit is bewust gedaan om eerst de voedingsspanning aan te sluiten wanneer een USB apparaat wordt aangesloten en pas daarna de dataverbinding tot stand te brengen. Met deze volgorde is de kans dat de zend of ontvangpoorten vreemde en mogelijk gevaarlijke spanningen te verwerken krijgen aanzienlijk verkleind.

Mini USB A en B connectoren

Het goede van een USB connectorstandaard is dat het mogelijk is om apparatuur te ontwikkelen zonder de noodzaak na te denken hoe dat apparaat moet worden verbonden met andere apparaten. De USB A en B connectoren hebben hun gebruiksnut bewezen bij apparatuur zoals printers, modems en scanners. Maar toen de snellere USB 2.0 standaard uitkwam en USB niet alleen een methode werd om langzame logge apparatuur, maar ook snellere kleinere apparaten zoals fotocamera’s en mobiele telefoons aan te sluiten was met name de standaard USB B connector te groot om gemakkelijk in deze kleinere apparatuur te worden ingepast. Een aanpassing van de USB 2.0 specificatie kwam daarom uit met de naam Mini-B connector engineering change notice waarin een kleinere versie van de B connector is gedefinieerd. Er heeft ook een mini A connector voor enige tijd bestaan, maar omdat de USB A connector die wordt gebruikt aan de voedingsspanning zijde—meestal een groot apparaat zoals een computer—werd die connector uit de standaard gehaald en geen nieuwe apparatuur wordt meer gecertificeerd waarop deze connector aanwezig is. In de praktijk zul je de mini A connector daarom nergens meer tegen komen.

Afgezien van de afmetingen is het belangrijkste verschil tussen de standaard USB A en B connectoren en de mini USB A en B versies de extra pin die ID is genaamd. In de mini connector serie is deze pin normaliter niet aangesloten. De pin is toegevoegd voor toekomstige uitbreidingen van de USB standaard.

Micro USB AB and B connectoren

In de moderne wereld is klein nooit klein genoeg en de mini USB B connector bleek al snel te groot voor nieuwe apparatuur zoals mobiele telefoons. Daarom werd in januari 2007 de micro USB connector aangekondigd die gemakkelijker in dunne apparaten kon worden geïntegreerd dan de mini versie. Hoewel de micro USB veel dunner is dan zijn mini USB broer is hij speciaal ontworpen voor ruig gebruik en de connector is gespecificeerd voor tenminste 10000 los/vast cycli. Eén van de redenen is dat bij mobiele apparatuur zoals mobiele telefoons, PDA’s en smartphones het aantal cycli van inpluggen van de kabel aanzienlijk hoger ligt dan met statische apparatuur zoals printers en muizen. Verder is de micro USB connector de de facto standaard aan het worden om mobiele apparatuur op te laden en het gebruik zal daarom nog wijder verspreid zijn dan van zijn mini USB tegenhanger.

In de originele USB specificatie was er een strikte scheiding tussen de host (meestal een computer) die werkt als een master, en de randapparatuur met alleen slave functionaliteit. Omdat mobiele apparaten steeds intelligenter worden en vaak hun eigen besturingssysteem aan boord hebben vervaagt de scheiding tussen de twee types apparaten. Wanneer een mobiele telefoon met een PC is verbonden kan hij reageren als een slave, maar hij kan ook direct verbonden worden met een fotoprinter om foto’s af te drukken die met de telefoon gemaakt zijn. In dat geval schakelt de telefoon van zijn slave rol naar een master. Om dit mogelijk te maken is een uitbreiding op de USB 2.0 specificatie geschreven met de naam USB On-The-Go of vaker USB OTG genoemd. Deze toevoeging geeft mogelijkheden voor het gemakkelijk omschakelen van de rol van master naar slave van een apparaat.

Omdat de meeste kleine apparaten die zowel als master als slave kunnen fungeren slechts één USB connector hebben, waren toevoegingen nodig aan de connector definitie om deze verwisselingen van rollen mogelijk te maken met slechts één type kabel. Dit is waar de mini USB AB en later de micro USB AB adapter voor zijn gedefinieerd. De mini USB AB connector is nu officieel onderdeel van de historie, maar de micro USB AB connector neemt zijn plaats in snel tempo in. Landen zoals China overwegen zelfs om deze connector verplicht te stellen op alle nieuw te verkopen mobiele telefoons. In deze AB connector wordt de ID pin gebruik om aan te geven of een apparaat een master of slave functie vervult.

De pinnummering voor de micro USB connectoren is gelijk aan die van de mini USB connectoren. Het enige verschil is dat voor de micro USB AB connector de ID pin nu een functie toegewezen heeft gekregen.