Cổng USB
Hướng dẫn hoàn chỉnh về các kết nối USB 2.0, 3.0 và 3.1 (USB-C)
"Bản đồ chân cắm toàn diện và mô tả kỹ thuật cho tất cả các loại kết nối USB chính, bao gồm Standard-A, B, Mini, Micro và USB-C."
Tài liệu tham khảo trực tuyến này cung cấp phân tích chi tiết về cấu hình chân cắm USB, chức năng tín hiệu, mức điện áp và mã màu trên các thế hệ: USB 2.0, USB 3.0 và USB 3.1 (Type-C). Tất cả thông tin tuân theo các thông số kỹ thuật chính thức từ USB Implementers Forum (USB-IF).
Phù hợp cho kỹ sư, kỹ thuật viên, người đam mê và sinh viên làm việc với hệ thống nhúng, điện tử DIY hoặc sửa chữa thiết bị.
USB là gì?
Universal Serial Bus (USB) là giao diện tiêu chuẩn để kết nối các thiết bị ngoại vi với máy tính và thiết bị di động. Nó hỗ trợ:
Chuyển dữ liệu
Cung cấp điện (lên đến 240W trong USB PD)
Sạc thiết bị
Thay đổi thiết bị mà không cần tắt nguồn (hot-swapping)
Mỗi phiên bản USB giới thiệu các tính năng mới:
USB 2.0: Lên đến 480 Mbps
USB 3.0: Lên đến 5 Gbps
USB 3.1 Gen 2: Lên đến 10 Gbps
USB 3.2 / USB4: Lên đến 40 Gbps
Các kết nối vật lý khác nhau theo loại và thế hệ, nhưng tất cả đều tuân theo các chỉ định chân cắm nghiêm ngặt.
Tổng quan về các loại kết nối USB
| Kết nối | Chân cắm | Ứng dụng |
|---|---|---|
| USB 2.0 A/B | 4 chân | Máy chủ, máy in, bàn phím |
| Mini/Micro USB 2.0 | 5 chân | Điện thoại cũ, máy ảnh |
| USB 3.0 A/B | 9/11 chân | Dữ liệu tốc độ cao, ổ đĩa ngoài |
| Micro USB 3.0 | 10 chân | Điện thoại thông minh, máy tính bảng |
| USB 3.1 C (USB-C) | 24 chân | Đảo chiều, công suất cao, dữ liệu nhanh |
Lưu ý: USB-C hỗ trợ đảo chiều, chế độ hoạt động kép và Cung cấp điện (PD).
USB 2.0 – Kết nối Standard A & B
Standard A: Standard B: ┌─────────┐ ┌─────────┐ │ 4 3 2 1 │ │ 1 2 │ └─────────┘ └─────────┘ ↑ ↑ Nhìn từ phía cắm Nhìn từ phía cắm
Cấu hình chân cắm (4 chân)
| Chân | Tín hiệu | Mã màu | Chức năng |
|---|---|---|---|
| 1 | VCC (+5V) | Đỏ | Cung cấp điện (lên đến 500mA) |
| 2 | Data - (D-) | Trắng | Cặp dữ liệu chênh lệch (-) |
| 3 | Data + (D+) | Xanh lá | Cặp dữ liệu chênh lệch (+) |
| 4 | Ground | Đen | Trả về tín hiệu và điện |
Truyền thông hai chiều sử dụng tín hiệu chênh lệch
Không có bảo vệ ESD ở phía máy chủ? Sử dụng điôt TVS!
Mini/Micro USB 2.0 – Standard A & B
Standard A: Standard B: ┌───────┐ ┌───────┐ │ 1 2 3 4 5 │ │ 1 2 3 4 5 │ └───────┘ └───────┘
Cấu hình chân cắm (5 chân)
| Chân | Tín hiệu | Chức năng |
|---|---|---|
| 1 | VCC (+5V) | Cung cấp điện |
| 2 | Data - (D-) | Dữ liệu USB 2.0 âm |
| 3 | Data + (D+) | Dữ liệu USB 2.0 dương |
| 4 | None | Phát hiện máy chủ: kết nối với ground ở máy chủ, mở ở thiết bị |
| 5 | Ground | Ground chung |
Chân 4 cho phép phát hiện tự động giữa máy chủ và thiết bị
Được sử dụng trong các điện thoại cũ, thiết bị GPS và máy ảnh kỹ thuật số
USB 3.0 – Kết nối Standard A & B
USB 3.0 A (9 chân)
Nhìn từ phía cắm: ┌─────────────┐ │ 5 6 7 8 9 │ │ 4 3 2 1 │ └─────────────┘
| Chân | Tín hiệu | Chức năng |
|---|---|---|
| 1 | VCC (+5V) | Cung cấp điện |
| 2 | D- | Dữ liệu USB 2.0 âm |
| 3 | D+ | Dữ liệu USB 2.0 dương |
| 4 | GND | Ground điện |
| 5 | RX2- | Tín hiệu nhận USB 3.0 (-) |
| 6 | RX2+ | Tín hiệu nhận USB 3.0 (+) |
| 7 | GND | Ground tín hiệu |
| 8 | TX2- | Tín hiệu truyền USB 3.0 (-) |
| 9 | TX2+ | Tín hiệu truyền USB 3.0 (+) |
Tương thích ngược với USB 2.0
Tốc độ: Lên đến 5 Gbps (SuperSpeed)
USB 3.0 B (11 chân)
Nhìn từ phía cắm: ┌─────────────┐ │ 9 8 7 6 5 │ │ 10 11 │ │ 4 3 │ └─────────────┘
| Chân | Tín hiệu | Chức năng |
|---|---|---|
| 1 | VCC (+5V) | Cung cấp điện |
| 2 | D- | Dữ liệu USB 2.0 âm |
| 3 | D+ | Dữ liệu USB 2.0 dương |
| 4 | GND | Ground điện |
| 5 | TX2- | Tín hiệu truyền USB 3.0 (-) |
| 6 | TX2+ | Tín hiệu truyền USB 3.0 (+) |
| 7 | GND | Ground tín hiệu |
| 8 | RX2- | Tín hiệu nhận USB 3.0 (-) |
| 9 | RX2+ | Tín hiệu nhận USB 3.0 (+) |
| 10 | DPWR | Điện cung cấp bởi thiết bị (ví dụ: hub được cấp điện qua bus) |
| 11 | GND | Return cho DPWR |
Hiếm khi sử dụng; đã được thay thế bằng USB-C trong các thiết bị hiện đại
Micro USB 3.0 (10 chân)
Nhìn từ phía cắm: ┌─────────────────────┐ │ 1 0 9 8 7 6 │ │ 5 4 3 2 1 │ └─────────────────────┘
| Chân | Tín hiệu | Chức năng |
|---|---|---|
| 1 | VCC (+5V) | Cung cấp điện |
| 2 | D- | Dữ liệu USB 2.0 âm |
| 3 | D+ | Dữ liệu USB 2.0 dương |
| 4 | ID | Định danh OTG (vai trò máy chủ/thiết bị) |
| 5 | GND | Ground điện |
| 6 | TX2- | Tín hiệu truyền USB 3.0 (-) |
| 7 | TX2+ | Tín hiệu truyền USB 3.0 (+) |
| 8 | GND | Ground tín hiệu |
| 9 | RX2- | Tín hiệu nhận USB 3.0 (-) |
| 10 | RX2+ | Tín hiệu nhận USB 3.0 (+) |
Được sử dụng trong các điện thoại thông minh và máy tính bảng sớm trước khi chuyển sang USB-C
Hỗ trợ chế độ On-The-Go (OTG)
USB 3.1 Type-C (24 chân) – Kết nối đảo chiều
Nhìn từ phía cắm (Mặt trên): ┌────────────────────────────┐ │ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 │ └────────────────────────────┘ │ 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 │ └────────────────────────────┘
Cấu hình chân cắm (24 chân)
| Chân | Tín hiệu | Chức năng |
|---|---|---|
| 1 | GND (A1) | Ground |
| 2 | TX1+ (A2) | Tín hiệu truyền SuperSpeed (+) |
| 3 | TX1- (A3) | Tín hiệu truyền SuperSpeed (-) |
| 4 | Vbus (A4) | Cung cấp điện +5V |
| 5 | CC1 (A5) | Kênh cấu hình (phát hiện hướng, vai trò điện) |
| 6 | D+ (A6) | Dữ liệu USB 2.0 dương |
| 7 | D- (A7) | Dữ liệu USB 2.0 âm |
| 8 | SBU1 (A8) | Sử dụng bên cạnh (cho video/audio, chế độ thay thế) |
| 9 | Vbus (A9) | Cung cấp điện +5V (đường thứ hai) |
| 10 | RX2- (A10) | Tín hiệu nhận SuperSpeed (-) |
| 11 | RX2+ (A11) | Tín hiệu nhận SuperSpeed (+) |
| 12 | GND (A12) | Ground |
| 13 | GND (B12) | Ground (bên đối xứng) |
| 14 | RX1+ (B11) | Tín hiệu nhận SuperSpeed (+) |
| 15 | RX1- (B10) | Tín hiệu nhận SuperSpeed (-) |
| 16 | Vbus (B9) | Cung cấp điện +5V |
| 17 | SBU2 (B8) | Sử dụng bên cạnh |
| 18 | D- (B7) | Dữ liệu USB 2.0 âm |
| 19 | D+ (B6) | Dữ liệu USB 2.0 dương |
| 20 | CC2 (B5) | Kênh cấu hình (sao lưu) |
| 21 | Vbus (B4) | Cung cấp điện +5V |
| 22 | TX2- (B3) | Tín hiệu truyền SuperSpeed (-) |
| 23 | TX2+ (B2) | Tín hiệu truyền SuperSpeed (+) |
| 24 | GND (B1) | Ground |
Cắm đảo chiều
Luồng dữ liệu hai vai trò (máy chủ/thiết bị)
Hỗ trợ USB Power Delivery (lên đến 240W)
Hỗ trợ DisplayPort và HDMI qua Chế độ thay thế
Lời khuyên thiết kế cho kỹ sư
Luôn định tuyến D+/D- như cặp chênh lệch với trở kháng kiểm soát (~90Ω)
Giữ trace Vbus ngắn và rộng để xử lý dòng điện tốt hơn
Sử dụng điôt TVS trên các đường D+/D- để bảo vệ ESD
Thêm điện trở kéo lên trên các chân CC để thương lượng đúng cách
Theo hướng dẫn tuân thủ của USB-IF để chứng nhận
Tuân thủ Tiêu chuẩn
USB 2.0: Thông số kỹ thuật USB-IF 2.0
USB 3.0: Thông số kỹ thuật USB 3.0 (Rev. 1.0)
USB 3.1: Thông số kỹ thuật USB 3.1 (Rev. 1.0)
USB-C: Thông số kỹ thuật USB Type-C (Rev. 2.1)
Tất cả các thiết bị hiện đại phải tuân thủ các tiêu chuẩn này để đảm bảo khả năng tương tác.
