全面解析USB接口

邱元阳

编者按：信息时代，USB接口无处不在。试想，如果没有了USB，我们的生活会发生什么改变？PC机、Pad、手机……无疑都将受到影响。在此，主持人和嘉宾将分两期全面解析生活中的USB接口。

如果说哪一种接口形式在电脑及周边设备上应用最为广泛，那么当之无愧的就是USB接口。

USB即“通用串行总线（Universal Serial Bus）”，广泛地应用于PC和相关领域。从486以后，USB接口就占据了PC端口的半壁江山。它们很快取代了曾经立下汗马功劳的串口、并口，以及键盘、鼠标的PS/2接口，让试图崛起的eSATA一直抬不起头，并进一步威胁到1394接口。在手机充电接口统一为USB之后，USB的优势更为明显，大有傲视群雄、一统天下之势。

USB3.0规范发布之后，USB接口的传输速度再次跃升，USB接口不仅应用于各种PC外设、周边设备、数码产品、信息通讯产品，也成了事实上移动存储的统一接口（如图1）。

雾里看花：USB接口面面观

几乎每一台电脑上，都有多个USB接口，分别位于机箱前面板和机箱后部，在笔记本电脑、多媒体音箱上，也都设置有USB接口。

USB接口几乎应用到了所有可能的PC外设，甚至连有些电池都设计了USB接口（如图2）。

有了接口就需要有相应的接头来插入这些接口。根据要插入的接口的不同，USB的接头也有各种形状（如图3）。

从类型上，USB接口分A型和B型，包括mini A型、mini B型，以及后来的Micro A型、Micro B型。从作用上，USB接口又分为插头和插座两种。

USB-A型插座（Standard-A）是用在主机上的（如电脑、手机），USB-B型插座（Standard-B）是用在外设上的（如打印机、数码相机）。插头常常是连接在电缆上的，用来插入设备的USB插孔，如手机数据线、相机数据线，以及不同的转接线，两端都是插头。而USB延长线，往往一端是插头，另一端是插座。

此外，在笔记本上还经常有USB与eSATA二合一的接口，以及具有关机充电功能的USB接口。

拨开迷雾：USB数据引脚定义

USB接口内部只有4根引脚，既能供电又能传输数据。根据接口的不同类型，其数据引脚的排列和定义也稍有不同。在普通型的USB接口（A、B型）中，有4个脚，排列如下页图4（接口朝向观察者的正视图）。

由于插头和插座是对应插在一起的，因此它们的引脚排列顺序正好相反。

USB-A型、USB-B型引脚功能如表1所示。

而迷你型的USB接口（mini-A型、mini-B型）却有5个引脚。USB mini-B型插座和插头引脚排列如下图5所示。USB mini-A型与之类似。

USB mini-A型、mini-B型引脚功能如表2所示。

其中ID引脚用于在OTG功能中识别主从设备。由于mini-USB接口分mini-A、mini-B接口，如果设备仅仅是用做从设备，那么就使用B接口。USB控制器会根据ID脚的电平判断是什么样的设备插入，如果是高电平，则是B型插入，此时系统就使用主模式；如果ID为低电平，则是A型插入，系统使用HNP对话协议来决定哪个做主，哪个做从。

如果细看USB接口内的引脚，会发现它们长短不一：外边两个电源线的引脚明显长一些，而中间两根数据线的引脚却短一些。这种设计是由USB的热插拔特点决定的。当USB接头插入时，较长的电源线引脚最先接通，然后数据引脚才会接通；而拔下时正好相反，较短的数据引脚最先断开，最后才是电源的断开。这样处理保证了数据的安全，避免了在热插拔时对数据的影响（如图6）。

主机前面板的USB接线常常会让新手头痛。不同的机箱、不同的主板，它们的接线和接针各不相同，在更换主板时常常会出现USB接线错误的情形。这时候就需要从接线颜色、标识以及主板上接针的标记来正确判断每一根接线。主板上的USB接针一般是两组一起，有8针、9针、10针等不同排列，以9针的排列形式最为常见，对应前面板的两个USB接口（如图7）。每组USB接针有4根线，两根电源线，两根信号线，需要注意的是千万不要把电源线接反了，否则会烧掉USB设备或者主板的南桥芯片。如果两根信号线接反，就会出现“无法识别的USB设备”的提示。

摇身一变：USB的连接和转换

众多USB设备的出现，就会不可避免地出现如何连接它们的问题，这样就有了各种各样的连接线（如图8）。

为了减少信号串扰，USB连线中的两根数据线，一般是双绞线的形式，但是长度较大时，仍然会造成信号大幅度衰减，所以USB连接线的长度一般不超过5米，较长的连接线会在一端套上磁环，以减少干扰。质量较好的USB延长线，可以支持15米的距离。

需要注意的是，手机上常用的数据线，因为同时具有USB充电功能，有时会与单纯的充电线搞混，它们在外观上是完全一样的。不同的是，单纯的充电线，里面只有两根电源线，而没有数据线，用这样的连接线把手机接到电脑上时，只会显示充电状态，而不能进行数据传输。不过，即使是正常的USB数据线，有时用它们把手机接到电脑上也不能识别出手机上的存储设备，这是因为，虽然数据线是通用的，但不同手机的USB驱动却可能各不相同，而且，有些手机的操作系统中，需要开启USB调试模式，才能连接电脑进行数据传输。

当USB设备较多而主机上的USB接口不够用时，还可能会用到USB集线器（USB Hub）或分支器（如图9）。因为USB本身支持菊花链方式连接，因此USB Hub实际上仅仅是电缆的分支，其中并没有控制设备或芯片。这种连接在理论上最多可以支持到127个USB设备。

有些设备的USB数据电缆比较特殊，具有多接口多功能，如索尼相机的数据线，就较有代表性（如图10）。endprint