06 lipca 2024

Budowa kabla USB, Jego właściwości i Specyfikacja

Kabel USB, czyli Universal Serial Bus, to uniwersalne złącze komunikacyjne, które zrewolucjonizowało sposób, w jaki łączymy różne urządzenia z komputerem. Jest to interfejs szeregowy opracowany przez firmy takie jak Microsoft, Intel, Compaq, IBM i DEC, który umożliwia szybką i łatwą wymianę danych między urządzeniami.

 

 

1. Budowa kabla USB

 

Wewnątrz standardowego kabla USB znajdują się cztery przewody: dwa przewody danych (D+ i D-), przewód zasilający (+5V) i przewód masy. Przewody danych służą do transmisji informacji, natomiast przewód zasilający i masa dostarczają energię elektryczną do urządzenia. W przypadku USB 3.0 dodano dodatkowe przewody do zwiększenia prędkości transmisji danych i umożliwienia komunikacji dwukierunkowej (full duplex).

 

Standardowe napięcie zasilania dla USB 1.1 i 2.0 wynosi 5 V, z dopuszczalnym zakresem od 4,75 V do 5,25 V. Dla USB 3.0, zakres ten jest szerszy i wynosi od 4,45 V do 5,25 V. Natężenie prądu dla USB 1.1 i 2.0 to 500 mA, podczas gdy dla USB 3.x wzrasta do 900 mA. Istnieją także specyfikacje USB BC (battery charging) i USB PD (power delivery), które umożliwiają wyższe napięcia i natężenia prądu odpowiednio do 5 V i 0,5–1,5 A oraz 5–20 V i 2,5–5 A.

 

 

2. Trwałość kabla USB

 

Początkowy standard USB przewidywał minimalną żywotność na poziomie 1500 cykli wpięcia i wyjęcia, co już wówczas stanowiło znaczącą poprawę w porównaniu do wcześniejszych złączy. Z biegiem czasu, w miarę rozwoju technologii i zwiększania się wymagań użytkowników, standardy te zostały znacznie przekroczone. Gniazdo Mini-USB podniosło poprzeczkę do 5000 cykli, a następnie gniazda Micro-USB i USB-C osiągnęły imponujący próg 10 000 cykli wpięcia i wyjęcia.

 

Kluczowe zmiany konstrukcyjne, takie jak wprowadzenie mechanizmu blokującego i przeniesienie sprężyny listewkowej z gniazda na wtyk, miały na celu zwiększenie trwałości i zapewnienie, że to złącze w tańszym kablu będzie narażone na większe zużycie, a nie port w urządzeniu. To strategiczne podejście pozwoliło na obniżenie kosztów ewentualnej wymiany i serwisowania.

 

Dodatkowo, w standardowych złączach USB kontakty elektryczne są chronione przez plastikowy język, a całość jest zabezpieczona metalową osłoną, co nie tylko zwiększa trwałość, ale również zapewnia ochronę przed elektrostatyką.

 

 

3. Długość kabla USB

 

Standard USB 1.1 określa, że standardowy kabel może mieć maksymalną długość 5 metrów (16 stóp 5 cali) w przypadku urządzeń pracujących w trybie pełnej prędkości (12 Mbit/s) oraz maksymalną długość 3 metrów (9 stóp 10 cali) w przypadku urządzeń pracujących w trybie niskiej prędkości (1,5 Mbit/s).

 

USB 2.0 umożliwia maksymalną długość kabla wynoszącą 5 metrów (16 stóp 5 cali) dla urządzeń pracujących w trybie wysokiej prędkości (480 Mbit/s). Głównym powodem tego ograniczenia jest maksymalny dozwolony czas opóźnienia w obie strony wynoszący około 1,5 μs. Jeśli komendy hosta USB nie otrzymają odpowiedzi od urządzenia USB w dozwolonym czasie, host uznaje, że komenda została utracona. Po uwzględnieniu czasu odpowiedzi urządzenia USB, opóźnień wynikających z maksymalnej liczby hubów oraz opóźnień wynikających z połączeń kablowych, maksymalne akceptowalne opóźnienie na kablu wynosi 26 ns. Specyfikacja USB 2.0 wymaga, aby opóźnienie kabla było mniejsze niż 5,2 ns/m (1,6 ns/ft, 192000 km/s), co jest zbliżone do maksymalnej osiągalnej prędkości transmisji dla standardowego przewodu miedzianego.

 

Standard USB 3.0 nie określa bezpośrednio maksymalnej długości kabla, wymagając jedynie, aby wszystkie kable spełniały określone wymagania elektryczne. Dla kabli miedzianych o przewodach o średnicy AWG 26 maksymalna praktyczna długość wynosi 3 metry (9 stóp 10 cali).

 

 

4. Specyfikacja elektryczna i tryby transmisji kabla USB

 

Sygnały USB są przesyłane za pomocą różnicowego sygnału na skręconym kablu danych, który ma charakterystyczną impedancję 90 Ω ± 15%. Jest to istotne dla zachowania integralności sygnału i minimalizacji zakłóceń.

 

W trybach niskiej prędkości (Low Speed) i pełnej prędkości (Full Speed), USB wykorzystuje pojedynczą parę danych oznaczoną jako D+ i D−, działającą w trybie półdupleksu. Poziomy sygnału dla stanu niskiego logicznego wynoszą 0,0–0,3 V, natomiast dla stanu wysokiego logicznego są to 2,8–3,6 V. Linie sygnałowe w tych trybach nie są zakończone.

 

Tryb wysokiej prędkości (High Speed) korzysta z tej samej pary przewodów, ale stosuje inne zasady elektryczne. Napięcia sygnału dla stanu niskiego wynoszą od −10 do 10 mV, a dla stanu wysokiego logicznego od 360 do 440 mV. Zakończenie w tym trybie wynosi 45 Ω do masy lub 90 Ω różnicowo, co jest dopasowane do impedancji kabla danych.

 

SuperSpeed (SS) wprowadza dwie dodatkowe pary osłonionych skręconych przewodów, które są dedykowane do pełnego dupleksu w trybie SuperSpeed. Dodatkowo SuperSpeed+ (SS+) wykorzystuje zwiększoną prędkość sygnału oraz możliwość użycia dodatkowej linii w złączu typu C, co pozwala na jeszcze szybszą transmisję danych.

NEWSLETTER.

Twój e-mail:
Wyślij
Wyślij
Formularz został wysłany — dziękujemy.
Proszę wypełnić wszystkie wymagane pola!

Podanie adresu email jest jednoznaczne z zapoznaniem się z polityką prywatności i akceptacją warunków dotyczącą przetwarzania danych osobowych.

Adres

Lubelska 46,

Rzeszów 35-233

Kontakt

Obserwuj nas

Info

Strona www stworzona w kreatorze WebWave.

Producent: