了解非通用 USB 技术

海阔天空的专栏 2025-01-25 215

描述

设计电子产品 USB 功能的工程指南

作者： Shawn Wasserman

任何 20 世纪 90 年代见过（或设计过）消费电子产品的工程师都知道，没有标准数据和电源连接的年代是多么痛苦。在这个“前”通用串行总线 (USB) 时代，你的抽屉里不得不装满各种形状和尺寸的电缆。

USB-C 插座连接器。（图片：DigiKey、Amphenol ICC）

通用串行总线 (USB) 称呼中使用“通用”一词可能会让人觉得名不副实，毕竟可用选择还是有那么多。但在 USB 诞生之前，每家公司和每种型号都有专有的电源和数据连接。虽然花费了一些时间，但 USB 已大大减少了选择。现在，随着 [USB-C] 可能成为真正的通用 USB，工程技术有望进一步简化。

那么所有这些不同的 USB 选择又是怎么回事呢？

在设计兼容 USB 的电子产品时，工程师仍然需要做出各种决定。以下是您需要了解的基本情况。首先，USB 分为四种不同的类别：

插头（又称连接器）：USB 电缆/设备插入另一设备的任何物理部分
端口：插入插头的设备部分
类型：USB 插头或端口的物理形状界定
版本：设备兼容的特定 USB 协议

插头过去只有 Type-A 和 Type-B。

USB-A 插座连接器。（图片：DigiKey、Amphenol ICC）

[Type A 似乎经受住了时间的考验]，而且新版本还能向后兼容。不过，每个版本都会改变端口的颜色并增加插针（以提高数据和充电速度）。现在，这个标志性的 USB 插头正被 Type-C 所取代。

用于 USB 1.0 至 2.0 版本（左）和 3.0 至 3.2 版本（右）的USB-B 插座连接器。（图片：DigiKey、On Shore Technology Inc. [左]、Amphenol ICC [右]。）

[Type B]并不常见，仅用于打印机等大型电子设备。对于[不同的 USB 版本，较大的 Type-B 端口和插头形状也会发生变化]。

随着 USB mini-A、micro-A、mini-B 和 micro-B 的出现，较大的 USB 插头最终获得了标准尺寸的称号。除非主机设备很小，否则大多数电子产品都会选择标准的 Type-A 插头和端口，因此 mini-A 和 micro-A 非常少见。大多数外设会根据当时的情况选择 mini-B 和 [micro-B]接口。实际上，人们说“mini-USB”和“micro-USB”时，指的就是 USB mini-B 和 micro-B。

USB mini-B 插座连接器（左）和 USB micro-B 插座连接器（右）。（图片：DigiKey、Hirose Electric Co Ltd [左]、Amphenol ICC [右]）。

与其前身类似，[micro-B 在使用 USB 3.2]版时也会改变形状，但这种情况也很少见。

USB3.2 版 micro-B 插座连接器（图片：DigiKey、Amphenol ICC）

老式 USB 线几乎都是一端是 Type-A，另一端是 Type-B，有标准、小型或微型之分。这是因为 USB 数据传输一直都是双向的，但以前供电只能从主机设备（带 Type-A 端口）传输到外围设备（带 Type-B 端口）。在最新的 USB4 和 USB4 2.0 版本中，电源是双向的，这就要求在主机和外设上都使用 USB-C。

工程师在开发电子产品时应选择哪种 USB 呢？

答案其实取决于具体应用。

标准 USB-A 仍在广泛使用。因此，如果考虑到向后兼容性，最好选择这种方案。

如需高充电和数据传输速率，USB-C 是最佳选择，因为它能够双向充电，同时在 48 V 和 5 A 的电压下保持 40 Gbps 和 240 W 的传输速率。USB-C 也可以说是真正的通用 USB。主机设备和外围设备都可以使用。其连接线是双向的。端口可以完全反转，永远不会出现接反的问题。由于它是唯一能与当前 USB 版本兼容的端口，因此也代表了该技术的未来。实际上，它已经越来越受欢迎，即便是 USB 充电器和主机设备，现在也在选择放弃 Type-A。

但是，工程设计并不总是着眼于未来和向后兼容性。成本、零报可用性和遗留系统将决定具体选择。因此，在做出最终决定时，参考下表应该会有所帮助。

连接器

总之，USB 中的“U”并不意味着连接器是通用的，至少目前还不是。因此，在做出任何设计决定时需经综合考虑各种因素。数据传输速率、功率传输规格和连接器尺寸都会对您设计所适合 USB 的规格产生影响。

审核编辑黄宇

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