Pinbelegung verschiedener USB-Stecker: Kontaktbelegung von Micro- und Mini-USB + Details zur Verkabelung

Die USB-Schnittstelle ist eine beliebte Art der technologischen Kommunikation bei mobilen und anderen digitalen Geräten. Derartige Steckverbinder sind häufig an Personalcomputern unterschiedlicher Konfiguration, peripheren Computersystemen, Mobiltelefonen usw. zu finden.

Eine Besonderheit der traditionellen Schnittstelle – die USB-Pinbelegung auf kleiner Fläche. Für den Betrieb werden nur 4 Pins (Kontakte) + 1 Erdungsabschirmungsleitung verwendet. Allerdings zeichnen sich die neueren, fortschrittlicheren Modifikationen (USB 3.0 Powered-B oder Type-C) durch eine erhöhte Anzahl von Arbeitskontakten aus. Darüber werden wir in diesem Material sprechen. Wir werden auch die Struktur der Schnittstelle und die Besonderheiten der Kabelverdrahtung an den Steckerkontakten beschreiben.

Arten von USB-Steckverbindern

Die Abkürzung «USB» steht für eine verkürzte Bezeichnung, die in voller Form als «Universal Series Bus» gelesen wird – ein universeller serieller Bus, durch dessen Anwendung ein digitaler Datenaustausch mit hoher Geschwindigkeit erfolgt.

Die Universalität der USB-Schnittstelle zeigt sich in:

• geringem Stromverbrauch;
• Vereinheitlichung von Kabeln und Steckverbindern;
• einfacher Protokollierung des Datenaustauschs;
• hohem Funktionsumfang;
• breiter Unterstützung von Treibern verschiedener Geräte.

Wie ist die Struktur der USB-Schnittstelle und welche Arten von USB-technologischen Steckverbindern gibt es in der modernen Welt der Elektronik? Versuchen wir, dies zu klären.

Technologische Struktur der USB 2.0-Schnittstelle

Steckverbinder, die zu den Produkten der Spezifikationsgruppe 1.x – 2.0 (vor 2001 hergestellt) gehören, werden an ein vieradriges elektrisches Kabel angeschlossen, bei dem zwei Leiter die Stromversorgung und die anderen zwei die Datenübertragung übernehmen.

Auch in den Spezifikationen 1.x – 2.0 beinhaltet die Verdrahtung der Dienst-USB-Steckverbinder den Anschluss des Abschirmgeflechts – im Wesentlichen des fünften Leiters.

So sieht die physische Ausführung der normalen USB-Steckverbinder der zweiten Spezifikation aus. Links sind die Ausführungen vom Typ «männlich» (Stecker), rechts die Ausführungen vom Typ «weiblich» (Buchse) und die entsprechende Pinbelegung für beide Varianten angegeben.

Die bestehenden Ausführungen der Verbinder des universellen seriellen Busses der genannten Spezifikationen werden in drei Varianten angeboten:

1. Normal – Typ «A» und «B».
2. Mini – Typ «A» und «B».
3. Micro – Typ A und B.

Der Unterschied aller drei Produkttypen liegt im konstruktiven Ansatz. Während normale Steckverbinder für den Einsatz in stationären Geräten vorgesehen sind, wurden die Mini- und Micro-Steckverbinder für den Einsatz in mobilen Geräten entwickelt.

So sieht die physische Ausführung der Steckverbinder der zweiten Spezifikation aus der «Mini»-Serie aus und dementsprechend die Markierungen für Mini-USB-Steckverbinder – die sogenannte Pinbelegung, auf die sich der Benutzer bei der Kabelverbindung stützt.

Daher zeichnen sich die beiden letzten Typen durch eine miniaturisierte Ausführung und eine leicht veränderte Steckverbinderform aus.

Tabelle der Pinbelegung für Standard-Steckverbinder Typ A und B

Neben den Steckverbindern der Typen «Mini-A» und «Mini-B» sowie der Typen «Micro-A» und «Micro-B» gibt es auch Modifikationen der Steckverbinder vom Typ «Mini-AB» und «Micro-AB».

Das besondere Merkmal dieser Konstruktionen ist die Ausführung der USB-Leiteranschlüsse auf einer 10-poligen Kontaktfläche. Allerdings werden solche Steckverbinder in der Praxis selten eingesetzt.

Tabelle der Pinbelegung für Micro-USB- und Mini-USB-Steckverbinder Typ A und B

Technologische Struktur der USB 3.x-Schnittstellen

Inzwischen führte die Weiterentwicklung digitaler Geräte bereits um das Jahr 2008 zur moralischen Veraltung der Spezifikationen 1.x – 2.0.

Diese Schnittstellentypen erlaubten den Anschluss neuer Geräte, wie z. B. externer Festplatten, nicht so, dass eine höhere Datenübertragungsrate (über 480 Mbit/s) gewährleistet wurde.

Demzufolge erschien eine völlig andere Schnittstelle, gekennzeichnet durch die Spezifikation 3.0. Die Entwicklung der neuen Spezifikation zeichnet sich nicht nur durch eine höhere Geschwindigkeit aus, sondern liefert auch eine erhöhte Stromstärke – 900 mA gegenüber 500 mA bei USB 2.0.

Es ist klar, dass das Aufkommen solcher Steckverbinder die Versorgung einer größeren Anzahl von Geräten ermöglichte, von denen einige direkt über die universelle serielle Busschnittstelle mit Strom versorgt werden können.

Modifikation von USB-3.0-Anschlüssen verschiedener Typen: 1 – Ausführung «mini» Typ B; 2 – Standardausführung Typ A; 3 – Entwicklung der Serie «micro» Typ B; 4 – Standardausführung Typ C

Wie im obigen Bild zu sehen ist, haben die Schnittstellen der dritten Spezifikation mehr Arbeitskontakte (Pins) als die vorherige – zweite Version. Dennoch ist die dritte Version vollständig mit der zweiten Version kompatibel.

Um Signale mit höherer Geschwindigkeit übertragen zu können, haben die Entwickler der Konstruktionen der dritten Version diese zusätzlich mit vier Datenleitungen und einer Nullkontaktleitung ausgestattet. Die ergänzten Kontaktstifte befinden sich in einer separaten Reihe.

Tabelle der Pinbelegung der Steckverbinder der dritten Version für die USB-Kabelverdrahtung

Inzwischen zeigte die Verwendung der USB-3.0-Schnittstelle, insbesondere der Serie „A“, einen schwerwiegenden konstruktiven Mangel. Der Steckverbinder hat eine asymmetrische Form, aber die genaue Anschlussposition wird nicht angegeben.

Die Entwickler mussten das Design modernisieren, was 2013 zur Einführung der USB-C-Variante für die Nutzer führte.

Modernisierte Ausführung des USB 3.1-Steckverbinders

Die Konstruktion dieses Steckverbindertyps sieht eine Verdopplung der Arbeitsleiter auf beiden Seiten des Steckers vor. Die Schnittstelle verfügt außerdem über mehrere Reserveleitungen.

Dieser Steckverbindertyp findet breite Anwendung in modernen mobilen digitalen Geräten.

Position der Kontakte (Pins) für die Schnittstelle vom Typ USB-C, die zur Serie der dritten Spezifikation von Steckverbindern für die Kommunikation verschiedener digitaler Geräte gehört.

Bemerkenswert sind die Eigenschaften von USB Type-C. Die Geschwindigkeitsparameter für diese Schnittstelle zeigen beispielsweise eine Rate von – 10 Gbit/s.

Die Konstruktion des Steckverbinders ist kompakt und gewährleistet eine symmetrische Verbindung, sodass der Stecker in jeder Position eingesteckt werden kann.

Pinbelegungstabelle entsprechend Spezifikation 3.1 (USB-C)

Nächste Spezifikationsebene USB 3.2

Inzwischen wird der Verbesserungsprozess des universellen seriellen Busses aktiv fortgesetzt. Auf nichtkommerzieller Ebene wurde bereits die nächste Spezifikationsstufe – 3.2 – entwickelt.

Den vorliegenden Informationen zufolge versprechen die Geschwindigkeitseigenschaften der USB-3.2-Schnittstelle doppelt so hohe Parameter wie die vorherige Konstruktion.

Solche Parameter konnten die Entwickler durch die Einführung von Mehrbandkanälen erreichen, über die die Übertragung mit Geschwindigkeiten von 5 bzw. 10 Gbit/s erfolgt.

Ähnlich wie Thunderbolt verwendet USB 3.2 mehrere Lanes, um eine Gesamtbandbreite zu erreichen, anstatt zu versuchen, einen einzelnen Kanal zu synchronisieren und zweimal zu starten.

Übrigens ist zu beachten, dass die Kompatibilität der zukunftsträchtigen Schnittstelle mit dem bereits vorhandenen USB-C vollständig unterstützt wird, da der Stecker »Type-C« (wie bereits erwähnt) über Reservekontakte (Pins) verfügt, die eine mehrspurige Signalübertragung ermöglichen.

Besonderheiten der Kabelverdrahtung an den Steckerkontakten

Beim Löten der Kabeladern an den Kontaktflächen der Steckverbinder sind keine besonderen technologischen Feinheiten zu beachten. Das Wichtigste bei diesem Vorgang ist die farbliche Übereinstimmung der zuvor abisolierten Kabeladern mit dem jeweiligen Kontakt (Pin).

Farbkennzeichnung der Adern innerhalb des Kabelbaums, der für USB-Schnittstellen verwendet wird. Von oben nach unten ist die Farbkodierung der Kabeladern für die Spezifikationen 2.0, 3.0 und 3.1 dargestellt.

Auch wenn die Verlötung von Modifikationen älterer Versionen durchgeführt wird, ist die Konfiguration der Steckverbinder, der sogenannten »Stecker« und »Buchse«, zu berücksichtigen.

Der am Kontakt des »Steckers« verlötete Leiter muss der Lötung am Kontakt der »Buchse« entsprechen. Nehmen Sie zum Beispiel die Variante der Kabelverlötung nach den Kontakten von USB 2.0.

Die in dieser Variante verwendeten vier Arbeitsleiter sind in der Regel durch vier verschiedene Farben gekennzeichnet:

• rot;
• weiß;
• grün;
• schwarz.

Dementsprechend wird jeder Leiter auf die Kontaktfläche gelötet, die in der Steckerspezifikation mit einer ähnlichen Farbe markiert ist. Ein solcher Ansatz erleichtert die Arbeit des Elektronikers erheblich und schließt mögliche Fehler beim Lötvorgang aus.

Die gleiche Löttechnik wird auch für Steckverbinder anderer Serien angewendet. Der einzige Unterschied in solchen Fällen ist die größere Anzahl von Adern, die gelötet werden müssen. Um sich die Arbeit zu erleichtern, ist es praktisch, Spezialwerkzeug zu verwenden – einen zuverlässigen Lötkolben zum Löten von Drähten zu Hause und eine Abisolierzange zum Entfernen der Isolierung von den Enden der Adern.

Unabhängig von der Konfiguration der Steckverbinder wird immer die Lötung des Schirmleiters verwendet. Dieser Leiter wird an den entsprechenden Kontakt am Stecker gelötet, Shield – Schutzschirm.

Nicht selten kommt es vor, dass der Schutzschirm ignoriert wird, wenn »Spezialisten« keinen Sinn in diesem Leiter sehen. Das Fehlen des Schirms verschlechtert jedoch die Eigenschaften des USB-Kabels drastisch.

Daher ist es nicht verwunderlich, wenn der Benutzer bei einer großen Kabellänge ohne Schirm Probleme in Form von Störungen erhält.

Verlötung des Steckverbinders mit zwei Leitern zur Einrichtung einer Stromversorgungsleitung für das Donor-Gerät. In der Praxis werden je nach technischen Anforderungen verschiedene Lötvarianten verwendet.

Das USB-Kabel kann auf verschiedene Weisen verlötet werden, abhängig von der Konfiguration der Portleitungen auf dem jeweiligen Gerät.

Um beispielsweise ein Gerät mit einem anderen nur zur Versorgungsspannung (5V) zu verbinden, genügt es, lediglich zwei Leitungen an den entsprechenden Pins (Kontakten) zu verlöten.

Fazit und nützliche Videos zum Thema

Das untenstehende Video erläutert die wichtigsten Aspekte der Pinbelegung von Steckverbindern der Serie 2.0 und anderen und veranschaulicht visuell einzelne Details der Durchführung von Lötvorgängen.

Mit vollständigen Kenntnissen über die Pinbelegung der Steckverbinder des Universal Serial Bus können Sie stets ein technisches Problem im Zusammenhang mit Leitungsdefekten bewältigen. Diese Informationen sind auch nützlich, falls Sie unkonventionell digitale Geräte verbinden müssen.

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