Pinout dei diversi tipi di connettori USB: disposizione dei contatti micro e mini USB + dettagli sulla saldatura

L'interfaccia USB è un diffuso tipo di comunicazione tecnologica su dispositivi mobili e altri dispositivi digitali. Connettori di questo tipo si trovano spesso su personal computer di diversa configurazione, sistemi informatici periferici, telefoni cellulari, ecc.

La peculiarità dell'interfaccia tradizionale è il pinout USB di piccole dimensioni. Per il funzionamento vengono utilizzati solo 4 pin (contatti) + 1 linea di schermatura di terra. Tuttavia, le ultime modifiche più avanzate (USB 3.0 Powered-B o Type-C) sono caratterizzate da un aumento del numero di contatti attivi. Di questo parleremo in questo materiale. Descriveremo anche la struttura dell'interfaccia e le particolarità della saldatura del cavo sui contatti dei connettori.

Tipi di connettori USB

L'abbreviazione «USB» è un'indicazione abbreviata che nella sua forma completa si legge come «Universal Series Bus» – bus seriale universale, grazie al quale viene effettuato lo scambio ad alta velocità di dati digitali.

L'universalità dell'interfaccia USB è caratterizzata da:

• basso consumo energetico;
• unificazione di cavi e connettori;
• semplice protocollazione dello scambio di dati;
• alto livello di funzionalità;
• ampio supporto di driver per diversi dispositivi.

Qual è la struttura dell'interfaccia USB e quali tipi di connettori tecnologici USB esistono nel mondo moderno dell'elettronica? Proviamo a capirlo.

Struttura tecnologica dell'interfaccia USB 2.0

I connettori appartenenti ai prodotti che fanno parte del gruppo di specifiche 1.x – 2.0 (realizzati prima del 2001) sono collegati a un cavo elettrico a quattro conduttori, dove due conduttori sono di alimentazione e gli altri due trasmettono dati.

Inoltre, nelle specifiche 1.x – 2.0, la saldatura dei connettori USB di servizio prevede il collegamento di una treccia schermante – in sostanza, un quinto conduttore.

Ecco come appare l'esecuzione fisica dei normali connettori USB appartenenti alla seconda specifica. A sinistra sono indicati i tipi "maschio", a destra i tipi "femmina" e il corrispondente pinout per entrambe le varianti.

Le esecuzioni esistenti dei connettori del bus seriale universale delle specifiche menzionate sono presentate in tre varianti:

1. Normale – tipo «A» e «B».
2. Mini – tipo «A» e «B».
3. Micro – tipo «A» e «B».

La differenza tra tutti e tre i tipi di connettori risiede nell'approccio progettuale. Se i connettori standard sono destinati all'uso su apparecchiature fisse, i connettori «mini» e «micro» sono realizzati per l'uso in dispositivi mobili.

Ecco come si presenta la realizzazione fisica dei connettori della seconda specifica della serie «mini» e, di conseguenza, le marcature per i connettori Mini USB – il cosiddetto pinout, su cui l'utente si basa per realizzare il collegamento dei cavi.

Pertanto, gli ultimi due tipi sono caratterizzati da una costruzione miniaturizzata e da una forma del connettore leggermente modificata.

Tabella dei pinout dei connettori standard di tipo «A» e «B»

Oltre ai connettori di tipo «mini-A» e «mini-B», nonché ai connettori di tipo «micro-A» e «micro-B», esistono varianti di connettori di tipo «mini-AB» e «micro-AB».

La caratteristica distintiva di tali costruzioni è la realizzazione della saldatura dei conduttori USB su una piastra di contatto a 10 pin. Tuttavia, nella pratica, tali connettori sono usati raramente.

Tabella dei pinout dell'interfaccia Micro USB e Mini USB dei connettori di tipo «A» e «B»

Struttura tecnologica delle interfacce USB 3.x

Nel frattempo, il perfezionamento delle apparecchiature digitali già nel 2008 aveva portato all'obsolescenza delle specifiche 1.x – 2.0.

Questi tipi di interfaccia non permettevano la connessione di nuove apparecchiature, come ad esempio dischi rigidi esterni, in modo da garantire una velocità di trasferimento dati più elevata (superiore a 480 Mbit/s).

Di conseguenza, è apparsa un'interfaccia completamente diversa, contrassegnata dalla specifica 3.0. Lo sviluppo della nuova specifica è caratterizzato non solo da una velocità maggiore, ma anche da un aumento della corrente – 900 mA contro 500 mA per USB 2.0.

È chiaro che la comparsa di tali connettori ha permesso di supportare un maggior numero di dispositivi, alcuni dei quali possono essere alimentati direttamente dall'interfaccia del bus seriale universale.

Modifica dei connettori USB 3.0 di diverso tipo: 1 – versione «mini» tipo «B»; 2 – prodotto standard tipo «A»; 3 – sviluppo della serie «micro» tipo «B»; 4 – versione standard tipo «C».

Come si vede nell'immagine sopra, le interfacce della terza specifica hanno un numero maggiore di contatti (pin) rispetto alla precedente – la seconda versione. Tuttavia, la terza versione è completamente compatibile con la «seconda».

Per poter trasmettere segnali a velocità più elevata, i progettisti dei connettori di terza generazione hanno aggiunto ulteriormente quattro linee dati e una linea di filo di contatto zero. I pin di contatto aggiuntivi sono disposti in una fila separata.

Tabella di designazione dei pin dei connettori di terza versione per la saldatura del cavo USB

Tuttavia, l'uso dell'interfaccia USB 3.0, in particolare della serie «A», ha rivelato un grave difetto a livello di progettazione. Il connettore ha una forma asimmetrica, ma non viene specificata la posizione di collegamento.

I progettisti hanno dovuto occuparsi della modernizzazione della struttura, e così nel 2013 gli utenti hanno avuto a disposizione la variante USB-C.

Versione modernizzata del connettore USB 3.1

La struttura di questo tipo di connettore prevede la duplicazione dei conduttori di lavoro su entrambi i lati della spina. Nell'interfaccia sono inoltre presenti alcune linee di riserva.

Questo tipo di connettore ha trovato ampia applicazione nella moderna tecnologia digitale mobile.

Disposizione dei contatti (pin) per l'interfaccia di tipo USB-C, appartenente alla serie di terza specifica dei connettori, destinata alle comunicazioni di varie apparecchiature digitali

Vale la pena notare le caratteristiche di USB Type-C. Ad esempio, i parametri di velocità per questa interfaccia mostrano un livello – 10 Gbit/s.

La struttura del connettore è realizzata in formato compatto e garantisce la simmetria del collegamento, consentendo l'inserimento della spina in qualsiasi posizione.

Tabella di pinout corrispondente alla specifica 3.1 (USB-C)

Il livello successivo della specifica USB 3.2

Nel frattempo, il processo di miglioramento del bus seriale universale continua attivamente. A livello non commerciale è già stato sviluppato il livello successivo della specifica – 3.2.

Secondo le informazioni disponibili, le caratteristiche di velocità dell'interfaccia di tipo USB 3.2 promettono parametri doppi rispetto a quelli che può fornire la costruzione precedente.

I progettisti sono riusciti a raggiungere tali parametri introducendo canali multibanda, attraverso i quali la trasmissione avviene a velocità di 5 e 10 Gbit/s, rispettivamente.

Analogamente a «Thunderbolt», USB 3.2 utilizza più corsie per raggiungere una larghezza di banda totale, invece di cercare di sincronizzare e far funzionare un singolo canale due volte.

Per inciso, va notato che la compatibilità dell'interfaccia avanzata con il già esistente USB-C è pienamente supportata, poiché il connettore «Type-C» (come già notato) è dotato di contatti di riserva (pin) che garantiscono una trasmissione del segnale su più corsie.

Particolarità della saldatura del cavo sui contatti dei connettori

La saldatura dei conduttori del cavo sui pad di contatto dei connettori non presenta particolari sfumature tecnologiche. La cosa principale in questo processo è garantire la corrispondenza del colore dei conduttori del cavo precedentemente spelati con un contatto (pin) specifico.

Marcatura cromatica dei conduttori all'interno del gruppo cavi utilizzato per le interfacce USB. Dall'alto verso il basso viene mostrata rispettivamente la colorazione dei conduttori dei cavi per le specifiche 2.0, 3.0 e 3.1.

Inoltre, se si effettua la saldatura di versioni obsolete, è necessario tenere conto della configurazione dei connettori, i cosiddetti «maschio» e «femmina».

Il conduttore saldato sul contatto «maschio» deve corrispondere alla saldatura sul contatto «femmina». Prenda, ad esempio, la variante di saldatura del cavo secondo i contatti USB 2.0.

I quattro conduttori funzionali utilizzati in questa variante sono generalmente contrassegnati da quattro colori diversi:

• rosso;
• bianco;
• verde;
• nero.

Di conseguenza, ogni conduttore viene saldato sul pad di contatto contrassegnato dalla specifica del connettore con colorazione analoga. Questo approccio facilita notevolmente il lavoro del tecnico elettronico, eliminando possibili errori nel processo di saldatura.

Una tecnologia di saldatura simile viene applicata anche ai connettori di altre serie. L'unica differenza in questi casi è il maggior numero di conduttori da saldare. Per semplificare il lavoro, è comodo utilizzare un utensile speciale – un saldatore affidabile per saldare i cavi in condizioni domestiche e uno spelafili per rimuovere l'isolamento dalle estremità dei fili.

Indipendentemente dalla configurazione dei connettori, viene sempre utilizzata la saldatura del conduttore dello schermo. Questo conduttore viene saldato al contatto corrispondente sul connettore, Shield – schermo protettivo.

Non sono rari i casi di ignoranza dello schermo protettivo, quando «specialisti» non vedono il senso di questo conduttore. Tuttavia, l'assenza dello schermo riduce drasticamente le prestazioni del cavo USB.

Non sorprende quindi che, con una lunghezza significativa del cavo senza schermo, l'utente incontri problemi sotto forma di interferenze.

Saldatura del connettore con due conduttori per organizzare la linea di alimentazione per un dispositivo donatore. Nella pratica vengono utilizzate diverse varianti di saldatura, in base alle esigenze tecniche.

È possibile saldare il cavo USB in diversi modi, a seconda della configurazione delle linee della porta sul dispositivo specifico.

Ad esempio, per collegare un dispositivo a un altro al solo scopo di ottenere la tensione di alimentazione (5V), è sufficiente saldare solo due linee sui pin (contatti) corrispondenti.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Il video qui sotto illustra i punti principali del pinout dei connettori della serie 2.0 e di altri, spiegando visivamente alcuni dettagli delle procedure di saldatura.

Avendo informazioni complete sul pinout dei connettori del bus seriale universale, si può sempre affrontare un problema tecnico relativo a difetti dei conduttori. Inoltre, queste informazioni saranno sicuramente utili se si dovessero collegare in modo non standard alcuni dispositivi digitali.

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