1.2 认识USB总线接口

在日常生活中，大家随处可见USB接口的身影，特别是在计算机以及计算机外围设备上。这里总结一些典型的USB接口。

◆ USB A型接头：包括USB A型插座和USB A型插头。

◆ USB B型接头：包括USB B型插座和USB B型插头。

◆ USB mini型接头：包括USB mini-A型插座、USB mini-A型插头、USB mini-B型插座和USB mini-B型插头。

◆ USB Micro型接头：包括USB Micro-AB型插座、USB Micro-A型插头、USB Micro-B型插座和USB Micro-B型插头。

◆ USB 3.0型接头：包括USB 3.0标准A型接口、USB 3.0标准B型接口以及USB 3.0 Micro型接口。

1.2.1 USB A型插座和插头

USB A型插座和USB A型插头是最常见的USB接口形式，这是互相配合使用的一对。一般来说，在USB主机或USB集线器的下行端口中常采用A型插座，例如计算机主板、USB Hub等。而USB A型插头总是指向上行的USB主机，也就是计算机，例如U盘、USB延长线、USB蓝牙转换器等。USB A型插座和USB A型插头的示意图如图1.1所示。其中，左图为USB A型插座，右图为USB A型插头。

USB A型插座和USB A型插头是比较扁的长方形，其实物如图1.2所示。其中，左图为USB A型插座，右图为USB A型插头。

对于USB A型插座和USB A型插头来说，共有4根信号线和一个屏蔽层。各个信号线的定义如下。

◆ VBUS：对应图1.1中的引脚1，一般为红色导线，为+5V电源的输出或者输入。

◆ D-：对应图1.1中的引脚2，一般为白色导线，为USB差分负信号数据线的输出或者输入。

◆ D+：对应图1.1中的引脚3，一般为绿色导线，为USB差分正信号数据线的输出或者输入。

◆ GND：对应图1.1中的引脚4，一般为黑色导线，为USB接口的地线。

◆ SheII：屏蔽层。

1.2.2 USB B型插座和插头

USB B型插座和USB B型插头是另外一种比较常见的USB接口形式，这是互相配合使用的一对。一般来说，USB B型插座主要用于USB设备或USB集线器的上行端口，例如USB Hub、USB数据采集板卡等。而USB B型插头总是指向下行USB设备或集线器，例如USB A型插头和B型插头的转换线缆等。USB B型插座和USB B型插头的示意图如图1.3所示。其中，左图为USB B型插座，右图为USB B型插头。

USB A型插座和USB A型插头是正方形，其实物如图1.4所示。其中，左图为USB B型插座，右图为USB B型插头。

对于USB B型插座和USB B型插头来说，共有4根信号线和一个屏蔽层。各信号线的定义如下。

◆ VBUS：对应图1.3中的引脚1，一般为红色导线，为+5V电源的输出或者输入。

◆ D-：对应图1.3中的引脚2，一般为白色导线，为USB差分负信号数据线的输出或者输入。

◆ D+：对应图1.3中的引脚3，一般为绿色导线，为USB差分正信号数据线的输出或者输入。

◆ GND：对应图1.3中的引脚4，一般为黑色导线，为USB接口的地线。

◆ SheII：屏蔽层。

1.2.3 USB mini型插座和插头

USB mini型插座和USB mini型插头是另外一种比较常见的USB接口形式，这是互相配合使用的一对。同标准的USB接头一样，USB mini型接头也分为mini-A型和mini-B型，两者的区别在于接口形状略微不同，引脚排序和定义完全相同，如图1.5所示。这里以USB mini-B型接头为例进行介绍。

一般来说，USB mini-B型插座主要用于便携式的移动USB设备中，例如MP3、MP4、手机等。而USB mini-B型插头则主要是在相应的USB线缆上使用，也就是USB mini-B型插头和mini-B型插头的转换线缆。USB mini-B型插座和USB mini-B型插头的示意图如图1.6所示。其中，左图为USB mini-B型插座，右图为USB mini-B型插头。

对于USB mini-B型插座和USB mini-B型插头来说，共有5根信号线和一个屏蔽层。各信号线的定义如下。

◆ VBUS：对应图1.6中的引脚1，一般为红色导线，为+5V电源的输出或者输入。

◆ D-：对应图1.6中的引脚2，一般为白色导线，为USB差分负信号数据线的输出或者输入。

◆ D+：对应图1.6中的引脚3，一般为绿色导线，为USB差分正信号数据线的输出或者输入。

◆ ID：对应图1.6中的引脚4，只在OTG功能下才有用，一般为空。

◆ GND：对应图1.6中的引脚5，一般为黑色导线，为USB接口的地线。

◆ SheII：屏蔽层。

1.2.4 USB Micro型插座和插头

USB Micro型接头是最新的比较流行的便携式设备USB接头，比USB mini型接头更有优势，是新式设备的一个发展方向。USB Micro型插座和USB Micro型插头是互相配合使用的一对。同标准的USB接头一样，USB Micro型接头也分为Micro-A型和Micro-B型，两者的区别在于接口形状略微不同，引脚排序和定义完全相同。USB Micro-AB型插座如图1.7所示，USB Micro-A型插头如图1.8所示，USB Micro-B型插座如图1.9所示，USB Micro-B型插头如图1.10所示。

对于USB Micro型插座和USB Micro型插头来说，共有5根信号线和一个屏蔽层。各信号线的定义如下。

◆ VBUS：对应图中的引脚1，一般为红色导线，为+5V电源的输出或者输入。

◆ D-：对应图中的引脚2，一般为白色导线，为USB差分负信号数据线的输出或者输入。

◆ D+：对应图中的引脚3，一般为绿色导线，为USB差分正信号数据线的输出或者输入。

◆ ID：对应图中的引脚4，只在OTG功能下才有用，一般为空。

◆ GND：对应图中的引脚5，一般为黑色导线，为USB接口的地线。

◆ SheII：屏蔽层。

1.2.5 USB 3.0型插座和插头

超高速USB 3.0是USB总线接口的最新技术，其传输方式和插头形式与USB 2.0都略有区别。超高速USB 3.0 采用了9 针脚设计，其中4个针脚与USB 2.0的形状、定义均完全相同，而另外5根是专门为超高速USB 3.0准备的。典型的USB 3.0针脚及插头实物如图1.11所示。

USB-IF组织对超高速USB 3.0的插头标准进行了详细的定义。USB 3.0的插头包括标准A型插口、标准B型插口以及Micro型插口。

1.USB 3.0标准A型接口

USB 3.0标准A型插座和USB 3.0标准A型插头是最常见的USB 3.0接口形式，它们是互相配合使用的一对。一般来说，在USB 3.0主机或USB 3.0集线器的下行端口中常采用A型插座，例如计算机主板、USB Hub，等等。而USB 3.0标准A型插头总是指向上行的USB 3.0主机，也就是计算机，例如U盘、USB延长线、USB移动硬盘，等等。USB 3.0标准A型插头如图1.12所示，USB 3.0标准A型插座如图1.13所示。

USB 3.0标准A型插座和USB 3.0标准A型插头是比较扁的长方形，与USB 2.0标准A型插头兼容，其实物如图1.14所示。其中，左图为USB 3.0标准A型插座，右图为USB 3.0标准A型插头。

对于USB 3.0标准A型插座和USB 3.0标准A型插头来说，共有9根信号线和一个屏蔽层。各信号线的定义如下。

◆ VBUS：对应图中的引脚1，一般为红色导线，为+5V电源的输出或者输入。

◆ D-：对应图中的引脚2，一般为白色导线，为USB差分负信号数据线的输出或者输入。

◆ D+：对应图中的引脚3，一般为绿色导线，为USB差分正信号数据线的输出或者输入。

◆ GND：对应图中的引脚4，一般为黑色导线，为USB接口的地线。

◆ SSRX-：对应图中的引脚5，超高速USB 3.0数据输入引脚。

◆ SSRX+：对应图中的引脚6，超高速USB 3.0数据输入引脚。

◆ GND：对应图中的引脚7，接地引脚。

◆ SSTX-：对应图中的引脚8，超高速USB 3.0数据输出引脚。

◆ SSTX+：对应图中的引脚9，超高速USB 3.0数据输出引脚。

◆ SheII：屏蔽层。

2.USB 3.0标准B型接口

USB 3.0标准B型插座和USB 3.0标准B型插头是另一种常见的USB 3.0接口形式，它们是互相配合使用的一对。一般来说，USB 3.0标准B型插座主要用于USB设备或USB集线器的上行端口，例如USB Hub、USB数据采集板卡等。而USB 3.0标准B型插头总是指向下行USB设备或集线器，例如USB 3.0标准A型插头和USB 3.0标准B型插头的转换线缆等。USB 3.0标准B型插头如图1.15所示，USB 3.0标准B型插座如图1.16所示。

USB 3.0标准B型插座和USB 3.0标准B型插头是类似于两个方形的叠加，其实物如图1.17所示。其中，左图为USB 3.0标准B型插座，右图为USB 3.0标准B型插头。USB 3.0标准B型插座和USB 3.0标准B型插头的引脚定义和A型接口一样。

3.USB 3.0的Micro型接口

超高速USB 3.0接口同样提供了小尺寸的Micro型接口，其接口较扁，主要用于体积较小的移动设备，如MP3、手机、移动硬盘、数码相机等。典型的USB 3.0的Micro型接口如图1.18所示。从图中可以看出，Micro型接口将USB 2.0部分和USB 3.0部分并列分开放置。

对于USB 3.0 Micro型插座和USB 3.0 Micro型插头来说，共有10根信号线和一个屏蔽层。各信号线的定义如下。

◆ VBUS：对应图中的引脚1，一般为红色导线，为+5V电源的输出或者输入。

◆ D-：对应图中的引脚2，一般为白色导线，为USB差分负信号数据线的输出或者输入。

◆ D+：对应图中的引脚3，一般为绿色导线，为USB差分正信号数据线的输出或者输入。

◆ ID：对应图中的引脚4，只在OTG功能下才有用，一般为空。

◆ GND：对应图中的引脚5，一般为黑色导线，为USB接口的地线。

◆ SSRX-：对应图中的引脚6，超高速USB 3.0数据输入引脚。

◆ SSRX+：对应图中的引脚7，超高速USB 3.0数据输入引脚。

◆ GND：对应图中的引脚8，接地引脚。

◆ SSTX-：对应图中的引脚9，超高速USB 3.0数据输出引脚。

◆ SSTX+：对应图中的引脚10，超高速USB 3.0数据输出引脚。

◆ SheII：屏蔽层。

USB 3.0 Micro型插座和USB 3.0 Micro型插头是两个比较扁的长方形，兼容于USB 2.0 Micro型接头，其实物如图1.19所示。其中，左图为USB 3.0 Micro型插座，右图为USB 3.0 Micro型插头。

4.USB 3.0供电B型接口

超高速USB 3.0接口还提供了一种特殊的接口，称为USB 3.0供电B型接口。顾名思义，USB 3.0供电B型接口可以提供更多的电源，主要用于高功耗设备。USB 3.0供电B型插头如图1.20所示，USB 3.0供电B型插座如图1.21所示。

与标准的USB 3.0 B型接头不同， USB 3.0供电B型接口比一般的USB 3.0接口多提供了两个引脚，用于额外的供电。USB 3.0供电B型接口，共有11根信号线和一个屏蔽层。各信号线的定义如下：

◆ VBUS：对应图中的引脚1，一般为红色导线，为+5V电源的输出或者输入。

◆ D-：对应图中的引脚2，一般为白色导线，为USB差分负信号数据线的输出或者输入。

◆ D+：对应图中的引脚3，一般为绿色导线，为USB差分正信号数据线的输出或者输入。

◆ GND：对应图中的引脚4，一般为黑色导线，为USB接口的地线。

◆ SSRX-：对应图中的引脚5，超高速USB 3.0数据输入引脚。

◆ SSRX+：对应图中的引脚6，超高速USB 3.0数据输入引脚。

◆ GND：对应图中的引脚7，接地引脚。

◆ SSTX-：对应图中的引脚8，超高速USB 3.0数据输出引脚。

◆ SSTX+：对应图中的引脚9，超高速USB 3.0数据输出引脚。

◆ DPWR：对应图中的引脚10，额外的功率提供。

◆ DGND：对应图中的引脚11，额外的功率提供，与DPWR一起使用。

◆ SheII：屏蔽层。

1.2.6 USB线缆结构

USB线缆是由多根导线构成的，满足USB-IF组织对长度及阻抗匹配的规定。由于超高速USB 3.0与典型USB 2.0的信号线的数量不同，导致两者的线缆结构有区别，主要体现在信号线的数量上。这里以超高速USB 3.0的线缆为例进行介绍，而对于典型的USB 2.0线缆，只需去掉USB 3.0中新增的信号线即可。

1.USB的线缆结构

超高速USB 3.0采用对偶单纯型四线制差分信号线，其线缆在机械上主要有4个部分：三对双绞信号线提供数据路径和一对电源线，如图1.22所示。这4个部分的含义如下。

◆ 供电部分：包括VBUS和GND两条线路。

◆ UTP信号对：包括D+和D-两条线路。

◆ SDP下行信号对：包括SSTX+和SSTX-两条线路，USB 2.0线缆中没有此项。

◆ SDP上行信号对：包括SSRX+和SSRX-两条线路，USB 2.0线缆中没有此项。

在USB 2.0线缆中仅有4条线路，分别为Power、Ground和UTP信号对。而超高速USB 3.0则采用对偶单纯型四线制差分信号线，共包括8条线路，相比USB 2.0增加了4条SDP信号对，具备独立的上行和下行通道。

USB线缆的横截面结构图如图1.23所示。从该图中可以直观地看到USB 3.0线缆的构成及双绞对结构。而对于USB 2.0线缆，只需去掉其中的SDP下行信号对和SDP上行信号对即可。

2.USB 3.0线缆和USB 2.0线缆的区别

由于最新的USB 3.0总线相比标准的USB 2.0有很多不同，反映在接口和线路上主要是信号线数量的不同。但是，我们不能将一根USB线缆剪短，通过其中信号线的个数来判断，因为这是破坏性的。这里提供几种比较简单的方法来帮助读者区分USB 3.0线缆接头和USB 2.0线缆接头。

◆ 触点法：这是最直接的方法，因为USB 2.0仅具备4个金属触点，而USB 3.0则为9个触点。因此，通过仔细核对金属触点的个数便可以准确地判断USB 2.0和USB 3.0。

◆ 颜色法：USB-IF组织要求USB接头及线缆生产商在超高速USB 3.0接口中采用蓝色的基座，这主要是为了便于用户与USB 2.0进行区分。因此我们可以从颜色上区分USB 2.0和USB 3.0。

◆ 尺寸法：这种方法适合于B型接口的判断。由于超高速USB 3.0的B型接口尺寸比USB 2.0的更大，用于容纳新增的5个金属触点的接口上部较为突出。因此，直接观察便可以区分USB 3.0 B型接口和USB 2.0 B型接口。

◆ 标识法：USB-IF组织要求超高速USB线缆上必须印有“SS”字样，是英文“SuperSpeed”的缩写，也就是超高速USB 3.0。因此，通过这个标识也可以区分USB 2.0和USB 3.0。

例如，图1.24所示便是一根典型的USB 3.0线缆。

通过以上几种方法，可以帮助我们有效地区分USB 3.0和USB 2.0的线缆和接头。图1.25所示便是典型的USB线缆接头，其中左图是USB 3.0的线缆接头，而右图则是USB 2.0的线缆接头。