USB (“универсальная последовательная шина”) — это интерфейс передачи данных с внешних носителей к компьютеру, устанавливая подключение и взаимообмен между ними. Сегодня без него не обходится большинство гаджетов. USB выпускается с 1996 года и на данный момент считается стандартным.
На данный момент существует четыре поколения спецификаций USB: USB 1.x, USB 2.0, USB 3.x и USB4.
USB делится на 2 типа: А и В. В первую группу входят активные (подключаются к “маме” и дают питание), в другую (подключаются к “папе”, это подключаемые устройства) — пассивные.
Помимо типов, USB разделяется на “папу” (Male) и “маму” (Female).
Распиновка USB разъема
На схеме представлены распиновки разных вариаций USB. Можно увидеть что на «розетке» и «вилке» USB A и В есть 4 контакта. Отметим, что расположение контактов зеркальны, но при пайке на это лучше не ориентироваться, так как очень легко ошибиться. В таком случае есть совет: посмотрите распиновку вашего USB.
У USB B необычный расположение контактов необычное — контакты находятся либо на стенках, либо в середине.
У USB Mini уже 5 контактов (5 обозначен x).
Распиновка micro USB разъема для зарядки колонки
micro USB — самый популярный вид разъема в наши дни. Современнее и меньше чем Mini, что позволило получить ему большее признание.
Распиновка micro USB разъема для зарядки колонки аналогична телефону, но здесь нет перемычек и резисторов. На изображении распиновки показано, что отсчет начинается слева направо, имеется 5 контактов. Как правило, USB на некоторых видах колонок не предназначено для передачи информации. Его основная функция — заряжать. Здесь представлена самая обычная модель колонки, используемая в машинах. У нее имеется 3 вывода: microUSB, аудиоштерек и USB (AM) на 4 контакта.
Красный контакт (+5V) micro USB подключается к красному контакту USB AM, проделываем тоже самое с черным контактом (GND).
Контакты белый (D-), зеленый (D+) и фиолетовый (может обозначаться по-разному, ID) присоединяется с аудиоштекеру.
Распиновка USB на материнской плате
USB на материнской плате позволяет внешним источниками производить подключение и обмен данными между собой.
Проблема здесь заключается в том, что нет определенной схемы разъемов, так как на каждой материнской плате все индивидуально в этом плане.
На материнской плате может использоваться как спецификация USB 2.0, так и 3.0. Последняя более усовершенствована и встречается в более новых материнках.
USB 2.0 считается более доступным, поэтому он всегда будет находиться на материнской плате.
Чуть дальше мы рассмотрим распиновки USB 2.0 и 3.0 отдельно.
USB 2.0 возможно преобразовать в 3.0. На схеме видно, чтобы совершить данную идею, надо правильно соединить контакты. Красные контакты (+5V) 2.0 подсоединяем в таком порядке:
- 1 (USB 2.0) -> 17 (USB 3.0);
- 2 (USB 2.0) -> 20 (USB 3.0).
Подсоединение белого контакта (D-):
- 3 (USB 2.0) -> 6 (USB 3.0);
- 4 (USB 2.0) -> 4 (USB 3.0).
Подсоединение зеленого контакта (D+):
- 5 (USB 2.0) -> 1 (USB 3.0);
- 6 (USB 2.0) -> 3 (USB 3.0).
Последние черного контакта (GND):
- 7 (USB 2.0) -> 5 (USB 3.0);
- 8 (USB 2.0) -> 8 (USB 3.0).
Также нужно соединить контакты 10 и 12 на USB 3.0 и сделать перемычку 3, 6 и 8 на USB 2.0.
Необходимые детали, инструменты и расходники
Для качественной работы и улучшения навыков нужно пробовать все доступные методы и инструменты. Поэтому для начала определитесь какой из методов для вас будет проще, а уже затем приступайте к выбору инструментов и расходников.
Разъемы USB
Производители выпускают различные типы разъемов по креплению и количеству контактов. Какой именно неисправен в вашем устройстве можно узнать только после вскрытия. Новые разъемы продаются в радиомагазинах и магазинах по продаже запчастей для телефонов поштучно. Лучше всего купить целый набор разъемов в интернет магазина, например, AliExpress. Продавцы продают наиболее популярные типы целыми пачками, так что лучше купить сразу оптом, тем более если планируете и дальше заниматься такими ремонтами.
Инструменты
Собственно, для замены USB нам пригодится сам паяльник или паяльная станция. Отлично подойдет Lukey 702 и ему подобные аналоги. Можно обойтись и одним паяльником, но об этом чуть ниже. Так же могут понадобиться пассатижи и кусачки, если у вас нет в наличии необходимого по корпусным контактам разъема. Еще необходим самый простой пинцет для снятия деталей.
Расходные материалы
Термоскотч (или алюминиевый), оплетка для снятия припоя, флюс (подойдет простой RMA223), припой ПОС, а также сплав Розе. И чистящее средство (например, бензин калоша, изопропиловый спирт или же FLUX OFF).
USB Type C распиновка
USB Type разделяется на А, В, В (mini), B (micro) и C.
ЮСБ Type A и B имеют по 4 контакта:
- +5V;
- D-;
- D+;
- GND.
К USB Type B mini и micro, а также Type С добавляется еще один контакт — ID.
У USB есть “вилка” и “розетка”. На распиновке “розетка” находится слева, а “вилка” — справа.
Примечательные особенности USB-C:
- Есть перекидной разъем. Он разработан таким образом, что вилку возможно переместить относительно розетки.
- Есть поддержка USB 2.0, 3.0 и 3.1 Gen 2,а также сторонние протоколы (например, HDMI), в альтернативном режиме.
Благодаря этому устройства способны самостоятельно согласовать и определить необходимый поток мощности через интерфейс.
- USB Type C способен передавать изображение и аудио
- Может выдерживать большие токи, поэтому существует возможность запитывать много устройств одновременно.
С учетом всех вышеописанных преимуществ можно назвать usb type-c поистине универсальным разъемом будущего. Он способен заменить почти любой существующий коннектор. Сейчас, к примеру, компания apple выпускает модели ноутбуков, наделенными лишь type-c разъёмами.
Распиновка micro USB разъема для зарядки телефона
Каждый сталкивался с проблемой, когда зарядник отказывался заряжать телефон, как его не крути. Вариантов такого поведения может быть множество: начиная от сгорания внутренностей адаптера, до отсутствия контакта в разъеме.
Консорциум USB, принял новый стандарт, известный как micro-B, меньший по размеру USB-разъем, который будет использоваться в первую очередь на небольших портативных устройствах, где пространство ограничено (например, сотовые телефоны). Разъем micro USB составляет примерно половину высоты разъема mini USB, что позволяет более тонким устройствам иметь доступ к USB.
GSMA приняла его как универсальное решение для зарядки, поэтому 90% новых мобильных телефонов будут иметь этот разъем.
На распиновке представлен micro USB, которым часто пользуется компания Samsung. Здесь можно видеть, что контактов 5 (присутствует ID), отсчет идет справа налево, а также имеется перемычка между зеленым (D+) и белым (D-) контактами.
У того же самсунга можно встретить перемычку не только на белом (D-) и зеленом (D+), но и на черном (GND) и фиолетовом (ID) с использованием резистора.
Это нужно для того, чтобы сделать требуемое напряжение (у всех устройств эта цифра разная, но в большинстве случаев сопротивление должно быть до 200 кОм).
Благодаря этому устройство понимает когда подавать ток и в каком количестве.
Итог
Мы в подробностях рассмотрели несколько методов самостоятельной замены USB разъема на мобильных устройствах. Как может показаться на первый взгляд это трудно, однако все приходит с опытом. Главные правила — не нужно торопиться, преждевременно выдирать разъем с платы и не нужно жарить плату.
Описанные выше методы подходят и для самостоятельной замены микро USB на планшете, принципиальных различий нет.
Стоимость работы
В различных сервисных центрах цена на эту работу в среднем начинается от 500 рублей. Цена может быть больше по причине сложной разборки (например, расклейка дисплейного модуля, сервис берет ответственность на себя), гарантий после процедуры замены, а также сложности проводимых работ (оторванные дорожки и куски платы).
Распиновка USB 2.0
USB 2.0 — самый распространенный разъем. Поддерживается на всех ОС (что не скажешь о 3.0). Очень удобен, ведь его провод тонкий и длинный. Сила тока составляет 500 мА, она достаточно мала, так как на рынке уже есть более усовершенствованные модели USB, обеспечивающие быстроту передачи данных.
Теперь остается вопрос, как это устройство функционирует? Работа происходит через асинхронный последовательный протокол, что подразумевает отсутствие общих часов между адресатом и адресантом. Любой девайс, который подключается к USB-порту, работает через этот протокол. Если микроконтроллер или микропроцессор имеют возможность поддерживать USB-хост, то это позволяет нам подключить любое USB-устройство, например, клавиатуру и т.д.
Чтобы сделать обмен данными между этим устройством и хостом (uP или uC), когда USB-устройство подключено, сначала дескриптор устройства сообщает хосту, что такое идентификатор поставщика и идентификатор продукта, который используется для загрузки определенного драйвера для устройства, затем идет дескриптор конфигурации, который в основном используется для определения значений энергопотребления, затем есть дескриптор интерфейса, ведущее устройство может быть принтером, сканером или флэш-накопителем USB, этот дескриптор отвечает за определение того, что это за устройство, наконец, есть дескриптор конечной точки; этот дескриптор используется для определения скорости типа передачи, пропускной способности размера пакета и т. д. Имеется четыре конечных точки для низкоскоростного устройства USB 2.0 и 16 для высокоскоростного устройства USB 2.0.
Поговорим про D. Их по два, (+ и -), так как USB C предполагается возвратным. Если подключить вилку в обе стороны, и это будет считаться действительным соединением USB 2.0, потому что usb 2.0 не выполняет согласование закрепления. Поверните штекер на 180 градусов, и эти контакты подключаются в том же порядке. Ваша плата должна соединять оба вместе для максимальной связи.
Идентификационного контакта нет, так как он применяется только на вилках. В USB C с этим справляются контакты CC, и подключение их к GND с помощью резистора 5K создает режим OTG HOST на противоположной стороне соединения.
У USB 2.0 4 контакта.
На этой распиновке можно увидеть распределение контактов на материнской плате. Видно, что красный контакт — это 1 и 2 разделение, белый — 3 и 4, зеленый — 5 и 6, черный — 7, 8, 10. 9 контакта тут нет. Контакты находятся друг под другом.
Что делать, если плохо паяются контакты
Если же во время пайки контактных выводов возникают проблемы (например, припой не убирается или появляются сплошные «сопли») то можно помогать феном. То есть, сверху подогреваем плату на 100 — 150 °C, чтобы плата прогрелась и припой легче убирался. А температура паяльника не должна быть выше 350 °C, иначе можно перегреть контактные выводы.
Восстановление контактов
Если контактные площадки были сорваны или перегреты во время процедуры замены, то можно их восстановиться при помощи тонких проволок. Для этого необходимо найти контрольные точки на плате или дорожки и к ним подпаять проволоку. В качестве проволоки можно использовать оплетку от коаксиального кабеля мобильного устройства или катушку со сломанного динамика. Важно подпаивать не слишком толстую проволоку, но и не слишком тонкую и чтобы она ни в ком случае не была как струна у гитары.
После восстановления контактов лучше всего укрепить место пайки. Это можно сделать при помощи так называемого красного клея или по-простому — компаунд.
Распиновка USB 3.0
Начнем с того, что USB 3.0 намного мощнее 2.0. Сила тока у 3.0 до 900 мА, что позволяет заряжать устройство намного быстрее, а также больше гаджетов. Несмотря на то, что 3 поколение свежее, толщина его провода больше, а длина меньше. Есть проблемы с поддержкой на ОС. Дело в том, что не все операционки хотят его использовать, так как он является самым дорогим из возможных вариантов. Но даже его дороговизна окупается одним существенным фактом — передача информации в две стороны происходит на максимальной скорости.
USB 3.0 содержит 5 контактов.
Контакты USB 3.0 на плате диагональны.
Распиновка USB по цветам
В USB есть контакты, обозначенные цветами. В обычном варианте в разъеме имеется 4 контакта, а в mini и micro — 5.
- Красный проводник +5V предназначен для питания (максимальный ток питания не превышает 500 мА). Напряжение +5V относительно контакту GND.
- Черный контакт предназначен для “земли”. Имеет значение 0V.
- Белый контакт подсоединяется к минусу.
- Зеленый контакт подсоединяется к плюсу.
Порядок в классическом варианте контактов такой: красный, белый, зеленый, черный.
В mini и micro: красный, белый, зеленый, ID (может обозначаться по-всякому — фиолетовый, черный крест на белом фоне), черный.
Работа контакта ID заключена в двух типах по-разному. Например, в типе А он должен сохранять функцию OTG, а вот в типе В его нет.
Ликбез по температурам и местам пайки
Многие начинающие ставят температуры на паяльных станциях свыше 400 °C. Это самая критичная и опасная ошибка. При таких температурах ни один разъем целым не будет. Пластиковая основа плавится, а контакты могут быть замкнуты после такой жарки.
Место пайки и окружающая среда
Место пайки — очень важный момент. Если паять на металлической пластине или подставке, то плата будет отдавать поступающее тепло от фена т.е. металл будет действовать фактически как радиатор. Это критично т.к. многие из-за этого повышают температуру до 360 °C и выше, и по этой причине наступает перегрев. Когда плата уже прогревается от такой температуры, на сам разъем и верхний слой платы поступает критическая температура. То есть, фактически, припой плавится от 180 до 230 °C (свинец-содержащие припои) или же от 180 до 250 °C (бессвинцовые припои). И когда плата нагревается до условной температуры плавления припоя, на саму деталь или разъем, или верхний слой платы действует куда большая температура.
Поэтому, лучше всего плату класть на деревянную дощечку, на которой есть несколько слоев салфеток. Их тоже должно быть немного (поверхность перестает быть ровной, что в свою очередь приведет к плохому поверхностному натяжению припоя).
Дерево и бумага намного раньше нагреваются и меньше отдают тепла в окружающую среду. Также пайку микро USB разъема можно производить и при помощи так называемой третьей руки. Это настольная стойка, к которой прикреплены крокодилы для установки платы. Плата будет в подвесном состоянии и окружающий воздух намного быстрее прогреется.
Заряд батареи через Микро-ЮСБ
Кроме того, по нему поступает напряжение питания 5 вольт для зарядки аккумулятора носимых гаджетов. Так как практически все современные литиевые батареи имеют рабочее напряжение 3,7 В, то идущие по Микро-ЮСБ 5 В подходят для восполнения энергии отлично. Правда не напрямую к АКБ, а через преобразователь зарядного устройства.
Радует, что цоколёвка разъёма одинаковая у всех производителей смартфонов — Самсунг, LG, Huaway и другие. Таким образом зарядное-адаптер 220 В от одного телефона, чаще всего подходит для заряда другого без изменения цоколёвки.
Главное преимущество Micro-USB разъема перед другими типами — возможности подключения Plug&Play устройств без необходимости перезагрузки компьютера или ручной установке драйверов. Устройства могут быть подключены во время работы компьютера и так же отсоединены, без необходимости нажимать какие-либо кнопки.
Как переделать штекер своими руками
Просто берёте любую зарядку-адаптер 220В/5В, от неё отрезаете ЮСБ коннектор. Отрезанный конец полностью освобождается от экрана, в то время как остальные четыре провода зачищаются и залуживаются. Теперь берем кабель с разъемом USB нужного типа, после чего также отрезаем от него лишнее и проводим ту же самую процедуру. Теперь остается просто спаять между собой провода согласно схемы, после чего соединение изолировать каждое отдельно. Полученное в итоге дело сверху заматывается изолентой или скотчем. Можно залить термоклеем — тоже нормальный вариант.
Бонус: все остальные разъёмы (гнёзда) для мобильных и их распиновка доступны в единой большой таблице —
