USB連接器和電纜的廣泛概述

USB是一種連接電腦與設備的串行總線標準，已經廣泛應用于包括個人電腦和移動設備等產品之中。這個擁有悠久歷史的接口，標準仍在持續演進，已經成為相當普遍的通信標準。本文將為您簡介USB接口、USB整體的發展歷程，并介紹由CUI Devices推出的USB Type C連接器產品線。

USB已經成為當今主要信號傳輸技術

USB是通用串行總線的縮寫，所謂的“總線”是一種電路布置或通信系統，用于在系統中的組件之間傳輸數據。在這種情況下，“串行”總線通過單根導線一次一位地傳輸數據。然而，USB連接器可以在組件之間傳輸的不僅僅是數據，它也可以用于傳輸電力，并且可以容納許多不同的硬件設備，從打印機和鍵盤到手機和閃存驅動器。

在開發USB協議之前，電腦同時使用串行和并行端口來完成數據傳輸，各個設備使用各種專有插頭、連接器、電纜、擴展卡和必要的驅動程序。數據傳輸速率很慢，并行端口的運行速度約為每秒100 kB，串行端口的運行速度為每秒115至450 kb。

USB 1.0規范于1996年初首次亮相，經過相關公司聯盟的大量工作，最初可以以每秒1.5 Mbit的低速和每秒12 Mbit的全速傳輸數據。隨著2000年USB 2.0以每秒480 Mbit的速度發布，以及2008年USB 3.0以每秒4.8 Gbps的速度發布，傳輸速度進一步提高。之后USB 3.2取代了3.1和3.0標準，速度高達20 Gbps，是目前最常用的標準。目前最新版本是于2019年發布的USB4，傳輸速度高達40 Gbps，并且正在慢慢被引入使用于各種設備之中。

多年來，USB標準一直由USB-IF組織所指導和認證，該論壇擁有700多家成員公司。多年來，USB-IF的工作促成了一系列標準的發布，規格的傳輸速度越來越快。通過小型且廉價的USB接口來提高速度和視頻分辨率，使USB連接器成為當今世界使用的主要信號傳輸技術。

多樣化USB物理外形滿足不同需求

USB連接器有多種類型或物理外形規格可用于各種應用，包括：

* Type A：這是最原始的、最常見的USB連接器，也稱為USB標準A型，它用于將下游外圍設備連接到主機設備。平坦的矩形形狀通過摩擦固定到位，以便于插入和移除。它在其中一個引腳上提供5 V直流電源，并與所有類型的USB協議兼容。

* Type B：Type B連接器最常用來與USB電腦外圍設備相連接。這個連接器是方形的，頂部有稍微傾斜的角，與Type A一樣，它通過摩擦固定到位。它的開發是為了允許連接外圍設備，而沒有造成將兩臺主機相互連接的風險。這種連接器類型目前仍在使用，但微型版本更為普遍。

* USB Type C：這是最新的USB接口，具有可逆對稱設計，可以任意一側朝上插入，并且可以使用電纜的任一端插入任何USB-C設備。它可以傳輸USB 3.2（以前的3.1和3.0）、2.0和1.1信號，并且可以高達20 Gbps的速度傳輸數據，雙向功率傳輸高達100 W（可通過USB PD 3.1擴展到240 W），并且可以支持DisplayPort視頻和四聲道音頻。Type C還支持USB4和Thunderbolt，Thunderbolt是一種硬件接口，允許將外圍設備連接到電腦，數據傳輸速度高達40 Gbps。

* Micro與Mini A及B型：這些是Type A和Type B連接器的小型版本，提供物理上更小的連接，同時保持480 Mbps的高速傳輸速率和移動（OTG）功能，允許移動設備和其他外圍設備充當USB主機。

* USB Type AB：這種連接器則允許Micro A和Micro B插頭連接到這種單一插座類型，以提供更大的靈活性。

各種類型的USB連接器只能與其關聯的公頭或母頭連接器配對，并沒有交叉兼容性。雖然連接器本身是標準的，但使用它們的外殼可以根據不同的應用進行顯著更改，這導致了IP等級（入口保護）USB連接器的開發，這些連接器能夠提供強大的保護，防止固體或液體侵入惡劣環境中使用的設備。

大多數USB電纜組件的一端也有一種類型的連接器，另一端有不同類型的連接器，Type A到Type B或Type C非常常見，由于Type C專門設計為可互換，因此Type C更常見于電纜的兩端，并且隨著Type C端口被更廣泛地采用，其使用量也正在逐漸增加。USB 3.0 Micro B插頭則具有更寬的連接以適應更高的數據傳輸速率，但不能與USB 2.0 Micro B插座一起使用。但是，帶有USB 3.0 Micro B端口的設備可以與較舊的USB 2.0 Micro B型公插頭配對。

當將USB連接器納入設計時，還需要注意的是，一些地區正在引入法規，要求新電子設備必須使用USB Type C連接器作為充電電纜。例如，歐盟已宣布移動設備的充電器必須在2024年采用USB Type C，筆記本電腦也將在2026年緊隨其后。這意味著在歐盟銷售的所有移動設備都將使用相同類型的充電器，有利于環境和感到沮喪的消費者。

持續演進更快速的USB通信標準

USB通信標準定義了所用設備之間的數據傳輸速度、握手協議和電源規格。多年來，該標準有了重大改進，數據傳輸速度從每秒1.5 Mbit的USB 1.0到速度高達20 Gbps的USB 3.2，再到現在速度高達40 Gbps的USB4，每個后續版本都促進了新一輪的互連硬件。

USB通信標準因頻繁的追溯命名更改而令人困惑，但目前USB 3.2是最容易獲得的USB標準，它與Type A和Type C連接器兼容，盡管它可以從5 Gbps到20 Gbps不等。然而，正如許多安裝的情況一樣，不同的版本經常在同一個系統中使用。如果使用較新USB版本和舊版本的設備正在通信，它們將默認使用舊版本和速度。這是軟件的功能，但與標準的兼容性也與硬件有關。

所有Type C連接器都與USB 3.2兼容，但某些Type C連接器仍符合早期標準。Type A和Type B取決于電纜，不同的連接器顏色通常表示不同的版本以供快速參考。在查看物理連接器標準和通信標準之間的關系時，經常會出現混淆。

依據原始標準，USB連接需要主機。Type A連接器通常表示為主機設備，而Type B通常連接到外圍設備。使用USB OTG（On The GO）時則沒有此要求。USB OTG是一種允許USB設備（如智能手機）充當主機，允許連接其他USB設備的規范。基本上，它允許USB設備在不需要電腦的情況下從其他設備讀取數據。

USB供電規范的進展

USB標準最初是一種數據接口協議，用于簡化設備之間的互連，并提供了一些電力。如今，它已經從提供有限電力的數據接口，發展成為包括數據接口在內的重要電力管道，許多設備現在能夠通過USB連接充電或接收電力。

眾多廠家們齊心協力使電力傳輸標準化，并以USB電力傳輸（USB PD）標準的形式增加功能集。當使用Type C時，USB PD可以提供高達20 V的可變電壓和高達5 A的最大電流，總功率傳輸限制高達100 W。在2021年發布的USB PD 3.1標準，則已將功率傳輸能力擴展到240 W。此外，功率方向不再固定，不僅可以從主機或外設供電，還可以跨多個外設優化電源管理。

USB PD需要數字設備握手才能達到這些更高的額定值，如果缺乏必需的芯片且不能實現握手，系統將恢復為5 V/1 A標準。這與USB版本和類型無關，但需要類型來支持USB PD標準。例如，支持2.0及更新版本的Type A轉Type C電纜可以使用PD功能。

PD還可以與不傳輸數據的設備一起使用，純粹利用USB供電。它確實需要單獨的通信線路來進行電源協商，因此設計和制造比許多非USB格式稍微復雜一些。PD創建了一個跨大量設備的充電標準，簡化和整合了充電器，這一事實可以抵消這種復雜性，可以減少電子垃圾和不同設備需要多條電纜的不便。

USB應用不斷擴展到各種電子設備

通過提供小尺寸、易于設計和使用、高通信速度以及增強的功率傳輸，USB連接器可用于非常廣泛且不斷增長的應用，像是臺式電腦和筆記本電腦、磁盤驅動器、打印機、掃描儀、游戲手柄和控制器、攝像機、手機、智能電視、游戲機等。對一些不需要數據傳輸的設備，USB連接器也可以單獨用于為可充電手電筒、充電板和許多其他便攜式消費設備等供電。

最新USB標準的穩健性和速度也開辟了更多應用，它現在具有帶寬、可靠性和功率傳輸能力，可用于數據采集和監控、機器視覺和過程控制等工業應用。基本上，任何使用240 W或更少功率的應用都可以使用USB電源供電。

CUI Devices推出了眾多的USB連接器系列，包含符合各種USB標準的Type A、Type B、Micro AB、Micro B、Mini AB、Mini B和Type C USB連接器類型，也包括2.0、3.2 Gen 1（以前的USB 3.1 Gen 1)、3.2 Gen 2（之前為USB 3.1 Gen 2）、3.2 Gen 2x2（之前為USB 3.2）和USB4 40 Gbps。憑借高達著40 Gbps的數據傳輸速度和高達240 W的功率輸出，這些USB連接器幾乎可以用于任何設計。您可以到艾睿電子的網站直接采購相關的產品。

總結

USB是一種非常靈活的標準，在需要數據傳輸和電源的領域幾乎得到普遍采用。USB連接器和電纜組件結合了易用性和智能技術規范，使產品或系統設計人員能夠降低布線需求和混亂、減少占地面積、確保向后兼容性，并削減總體成本。無論是為未來設計還是連接傳統產品，了解USB的功能將有助于設計人員創造出可供地球上幾乎任何人都可使用的產品。

審核編輯：湯梓紅