Dlaczego złącza USB pasują tylko w jedną stronę?

24

Dlaczego wtyczki USB pasują tylko w jedną stronę do portów USB?

Wybacz moją ignorancję, ale istnieje kilka rodzajów wtyczek, które są „dookólne” i nie muszą być zorientowane w określony sposób, aby pasowały do ​​odpowiedniej wtyczki (zgodnie z kształtem). W przypadku USB, gdy próbujesz podłączyć wtyczkę w ciemno, może to być trochę denerwujące, jeśli próbujesz to zrobić do góry nogami.

Zgaduję, że ma to związek z pinoutami, ale dlaczego standard USB nie negocjuje po prostu „pin 1”, gdy coś jest podłączone, ani nie używa funkcjonalnie symetrycznego układu pinout?

joelpt
źródło
1
To tak naprawdę nie ma nic wspólnego z lokalizacją pinów. Jeśli wykonasz wtyczkę, którą można podłączyć na dwa sposoby, równie łatwo jest sprawić, by pinout działał. Pomyśl o kluczyk samochodowy, który można włożyć w obu kierunkach.
Kellenjb
2
Złącza USB będą w przyszłości dwukierunkowe :) en.m.wikipedia.org/wiki/USB_Type-C
Michael Leonard

Odpowiedzi:

24

Większość złącz na świecie pozwala tylko na jedną mechaniczną orientację.

Te, które nie są specyficzne dla orientacji, są zwykle „koncentryczne”, takie jak znane wtyczki 2,5 / 3,5 / 6 mm w słuchawkach i tym podobne. Tam, gdzie mają więcej niż 2 przewody, styki przewodów na wewnętrznym końcu gniazda przesuwają się nad przewodami końca końcówki, gdy wtyczki są wkładane. Należy uważać, aby te fałszywe połączenia krótkoterminowe nie powodowały żadnych problemów.

Złącza zasilania prądem przemiennym w niektórych systemach mogą być nieczułe na polaryzację, ale może to prowadzić do obaw związanych z bezpieczeństwem, w których istnieje pewna różnica w atrybutach między dwoma stykami poza ich zdolnością do dostarczania energii. np. w wielu systemach zasilanie sieciowe jest uziemione za pomocą jednego przewodu zasadniczo o potencjale uziemienia. Odwrócenie podwójnych styków nadal prowadziłoby do działającego połączenia zasilania, ale może ominąć systemy zabezpieczeń i bezpieczeństwa.

ALE zdecydowana większość systemów wtyczek i gniazd jest wrażliwa na orientację.
Rozważ wtyczki do klawiatur i myszy (DB9, PS / 2, teraz USB), dowolne 3-stykowe wtyczki zasilania, złącza zasilania przyczepy, złącza telefoniczne i sieciowe (RJ10, RJ11, RJ45, ...), XLR / Cannon i podobne audio złącza, złącza wideo do monitorów („IBM” / Apple / Inne), złącza SCART AV, DMI, ...
Ludzie są do tego przyzwyczajeni.
Dlaczego USB miałoby być inaczej?

ALE, pełnowymiarowy USB ma dwa złącza zasilania i dwa złącza sygnału. Połączenia sygnału Rhe można łatwo wymienić.
Ale zamiana dwóch połączeń zasilania wymaga prawidłowego trasowania sygnałów + ve i -ve.
Można to zrobić za pomocą mostka diodowego i dwóch diod, ale spadek napięcia o około 1,2 wolta oznacza utratę około 25% napięcia i natychmiastową utratę mocy o 25%. Można to rozwiązać za pomocą mechanicznego automatycznego przełączania - zasadniczo przekaźników lub przełączników elektronicznych o niskim spadku napięcia (MOSFET lub inne), ale koszt i złożoność nie jest uzasadniona ze względu na łatwość „prawidłowego podłączenia”.

W systemach Mini i Micro USB z potencjalnie większą liczbą przewodników można temu zaradzić dzięki redundantnemu rozmieszczeniu styków, ale marnuje to potencjalne zasoby (rozmiar lub kontakty) i nadal skutkuje tylko dwoma możliwymi ustawieniami, 180 stopni względem siebie. Nadal nie można wstawić wyrównanego długiego boku w pionie lub pod kątem.


Super rozwiązanie:

Dla ostatecznego złącza rozważ te dwa przewodniki w pełni funkcjonalnie symetryczne złącza hemafrodytyczne.

  • Można je nie tylko ustawiać obrotowo w dwóch orientacjach, ale nie ma złącza „męskiego” ani „żeńskiego” - zarówno „wtyczka”, jak i „gniazdo” są identyczne.

Ten schemat można rozszerzyć na więcej przewodników, stosując układ współosiowy. To jest złącze General Radio GR874. Jeśli kiedykolwiek spotkasz się z nimi, możesz być całkiem pewien, że jesteś w obecności wielkości :-).

enter image description here

Wiele, wiele więcej tego samego

Russell McMahon
źródło
3
@ Russel - Łatwiejszym sposobem rozwiązania problemu z połączeniami zasilania są złącza MagSafe w notebookach Apple: Po prostu zrób to symetrycznie, podwajając połączenia:[D1] [+5] [GND] [+5] [D2]
Kevin Vermeer
W rzeczywistości nie można po prostu zamienić linii sygnałowych USB. Standard USB2.0, o ile mi wiadomo, nie wymaga inwersji polaryzacji, a sekwencje wyliczeń (a także wykrywanie resetu, które wykorzystują rezystor podciągający w D +) zawiodłyby, gdyby odwrócić linie, nie wspominając o wszystkie dane zostaną odwrócone.
Tom Carpenter,
To świetna odpowiedź. Mała uwaga - GR874 łączą się również tylko w dwóch orientacjach 180 stopni względem siebie. Dlatego należy je obrócić o jedną czwartą obrotu (w przeciwnych kierunkach), aby były prawidłowo ustawione.
sscirrus
15

Trzy powody:

  1. Kompatybilność wsteczna
    Standard USB został wprowadzony w 1994 roku , a wersja 1.0 stała się oficjalna w 1996 roku . DB-25 (dla „subminiatury D”, nie poważnie) był standardowym portem drukarki. Wszystko od tej daty jest nadal zgodne z oryginalną specyfikacją. Uczynienie złącza wielokierunkowym byłoby niezgodnością, co jest niedopuszczalne dla organizacji normalizującej USB.
  2. Koszt
    Jak wspomniano przez mikeselectricstuff , spowodowałoby to dodatkowe koszty i / lub rozmiar. Rozmiar jest celem projektowym USB (o czym świadczy trend od USB-B do USB-mini do USB-micro), a koszt jest zawsze celem projektowym.
  3. Umieszczenie logo
    Nie, naprawdę. Specyfikacja USB wymaga, aby wszystkie zgodne kable umieściły trójząb USB: enter image description here
    na górnej stronie złącza. Oto półoficjalne odniesienie :

    Standardowy trójząb USB musi znajdować się na górze obu osłon wtyczek, jak opisano w rozdziale 6 specyfikacji USB 2.0.

    Musisz kupić specyfikację USB, jeśli chcesz ją prosto z pyska konia. (Nawiasem mówiąc, uważam, że bardzo odpowiedni idiom dotyczy organizacji normalizacyjnych, które nie publikują swoich standardów za darmo!) Jeśli łącznik byłby odwracalny, branding może być niewidoczny lub branding musiałby być po obu stronach, co sprawiłoby, że producenci kabli byliby niezadowoleni.

Nawiasem mówiąc, ostatni punkt, choć może wydawać się dość wybredny ze strony organizacji zajmującej się standardami USB, jest przydatny . Jak opisano w tym artykule Lifehacker , możesz określić, w jaki sposób podłączyć kabel USB, szukając trójzębu i ustawiając go „w górę”. Chyba że oczywiście jest ciemno i nie widzisz trójzębu ... w takim przypadku zalecam włączenie świateł i przejście do pozycji, w której możesz zobaczyć, co robisz.

Kevin Vermeer
źródło
6
Wszystko, co mówi, to „nigdy nie było”. Zapytałeś DLACZEGO nie są - to znaczy, że nie było ich wtedy, więc nadal nie są. To ten sam powód, dla którego większość ludzi jedzie codziennie po tej samej stronie drogi, ale nie dlatego, że dana strona drogi jest używana w wartościach bezwzględnych. Dzięki pełnowymiarowemu złączu USB A możesz określić orientację w tonalnej czerni za pomocą opuszki palca / paznokcia. Jeszcze trudniejsze dla magistrali Mini / Micro.
Russell McMahon,
Tak na marginesie, miałem komputer Acer, który miał odwrócone przednie złącza USB - tylko jeden z ich
braków
2
Nadal możesz znaleźć właściwą orientację wtyczki w ciemności, ponieważ trójząb logo jest wytłoczony i możesz poczuć, po której stronie wtyczki jest ...
Count Zero
Dlaczego producenci nie byliby zadowoleni z wytłoczenia logo po obu stronach? To wydaje się trywialna operacja.
sharptooth
1
@ RussellMcMahon - Przepraszam, nie wyjaśniłem wystarczająco dobrze w punkcie 1 - Nigdy nie były, ponieważ kiedy alternatywą była DB-9, USB było już znacznie lepsze. Inne powody (głównie koszt) sugerowałyby, że nie było to dookólne w 96 roku. Teraz może wydawać się oczywiste, że USB może być mniejszy, szybszy i mieć wtyczkę dookólną, ale kiedy został wymyślony, te funkcje nie były możliwe.
Kevin Vermeer
6

Jest też powód, o którym nie wspomniano i jest związany z koncepcją poka-jarzma (dzięki mojemu przyjacielowi, który studiuje inżynierię przemysłową).

Zasada jest taka, że ​​dobrze zaprojektowane złącza nie powinny pozostawiać miejsca na dwuznaczności, szczególnie gdy występują potencjalne awarie lub zagrożenia bezpieczeństwa. Parafrazując prawo Murphy'ego,

Jeśli istnieje jakikolwiek sposób, aby zrobić to źle, on (ktoś) zrobi to.

podobnie jak stara dyskietka, która wchodzi do dziury tylko w jednym kierunku, a także karty SD, dobra konstrukcja oznacza również, że użytkownik końcowy prawie nie ma szans na niewłaściwe podłączenie jej i idealnie nie powinien mieć wątpliwości.

To nie jest powód, dla którego nie ma być symetrycznie połączony, ale ponieważ ma orientację, jest wykonany w taki sposób, że nie można go połączyć w niewłaściwy sposób.

clabacchio
źródło
Dyskietki z radością wejdą do góry nogami, a wśród właścicieli tańszych komputerów domowych z jednostronnymi dyskami istniała taka tradycja. Czy może oznaczać sztywnego tworzywa sztucznego pokrytego 3.5" ostatnie tchnienie o wiele starszej technologii?
Chris Stratton
@ChrisStratton Miałem rzeczywiście na myśli sztywny, 3,5-calowy, pozostałe są o kilka lat za stare dla mojego doświadczenia :)
clabacchio
6

Rozumiem inne odpowiedzi tutaj, a także zgadzam się, że jest to znaczna niedogodność. Narysowałem dookólne 4-stykowe złącze, które wykorzystuje tylko 2x styki do osiągnięcia wszystkich 4 możliwych orientacji.

Spójrz:

kabel dookólny

Nate Ferrero
źródło
Bardzo interesujące. Korzystanie z prostokątnego złącza (takiego jak USB) modelowanego według tego projektu może być jeszcze bardziej ogólnie przydatne, ponieważ niektóre urządzenia (telefony) naprawdę potrzebują czegoś tak cienkiego, jak to możliwe wzdłuż jednej osi. I nie sądzę, że prostokątne złącze jest o wiele trudniejsze do podłączenia „ślepego” niż kwadratowe złącze, zakładając, że można je podłączyć w dowolny sposób.
joelpt
Dołącz do forum USB i
nalegaj, aby utworzyły
1
@Dagelf: Twój komentarz jest na to trochę spóźniony, ponieważ zrobili to już w sierpniu 2014 r.
Ben Voigt
4

Ponieważ spowodowałoby to niepotrzebne koszty. Zdecydowana większość złączy jest kierunkowa, a zapewnienie dookólnego prawdopodobnie spowodowałoby zamieszanie, ponieważ ludzie sądzą, że trzeba go podłączyć w określony sposób.

mikeselectricstuff
źródło
2
Nie jestem pewien, czy ludzie są tym zdezorientowani. Zobacz wtyczkę przewodu zasilającego w wielu miejscach. Ale widziałem, jak ludzie mylą się z powodu niemożności włożenia wtyczki USB w niewłaściwy sposób.
Hrabia Zero
+1 za koszt . Producenci komputerów i urządzeń peryferyjnych, którzy prowadzili projekt złącza USB, dbają o każdy koszt produkcji swojego produktu, nawet jeśli jest to komputer za 1000 USD. Tym bardziej, jeśli jest to karta pamięci o wartości 5 USD.
Photon
2

Od sierpnia 2014 r. USB ma nowe złącze „typu C”, które jest w pełni odwracalne, oprócz wyższych limitów mocy, styków dla sygnałów wideo (koniec z portami „MHL” w telefonach komórkowych, które są w większości kompatybilne tylko z mikro- USB) i SuperSpeed ​​(do 10 Gb / s) prędkości transmisji USB.

http://www.usb.org/press/USB_Type-C_Specification_Announcement_Final.pdf

Starsze piny USB mają równoległe styki w symetrycznych lokalizacjach po obu stronach złącza, aby umożliwić kable konwertera dla starych urządzeń, które nie mogą wykryć orientacji. Nowe piny są również umieszczane w symetrycznych lokalizacjach, ale zamiast zwarcia do ich odbić, polaryzacja jest automatycznie wykrywana (prawdopodobnie za pomocą pinów niezmienionych w orientacji).

Złącza te stają się bardzo popularne, więc złącza pasujące tylko w jedną stronę powinny wkrótce stać się tylko pamięcią.

Ben Voigt
źródło
1

Urządzenia klienckie USB polegają na zasilaniu z hostów USB.

Cytat z Wikipedii:

Standardowe złącza zostały celowo zaprojektowane w celu wymuszenia ukierunkowanej topologii sieci USB: złącza typu A na urządzeniach hosta, które dostarczają zasilanie, i złącza typu B na urządzeniach docelowych, które otrzymują zasilanie. Zapobiega to przypadkowemu podłączeniu dwóch zasilaczy USB do siebie, co może prowadzić do niebezpiecznie wysokich prądów, awarii obwodu, a nawet pożaru. USB nie obsługuje sieci cyklicznych, a standardowe złącza niekompatybilnych urządzeń USB same w sobie nie są kompatybilne. Wikipedia

msms
źródło
Ale to wyjaśnia powód jednokierunkowego (żeńskiego i męskiego) połączenia, a nie asymetrię
clabacchio
Asymetria czyni kierunkowość bardziej oczywistą. Nie będziesz próbował podłączyć wtyczki typu „A” do gniazda „typu B”.
msms
5
To jeszcze inny temat: OP pyta, dlaczego możesz włożyć odwróconą wtyczkę USB, ale do odpowiedniego gniazda ... i to nie zależy od rodzaju, bycia mężczyzną czy kobietą.
clabacchio
0

Nie rozumiem też dlaczego.

Mam pamięć flash USB bez metalowej obudowy; to tylko plastikowy prostokąt, który wchodzi w gniazdo hosta. Jest mniej wytrzymały niż z, ale oczywiście tańszy w produkcji. Pasuje do gniazd USB na dwa sposoby - ale tylko z jednym zestawem pinów, ma wymaganą orientację.

Więc gdybym położył zestaw styków po drugiej stronie urządzenia i przeszedł do istniejących, nie miałoby znaczenia, w której orientacji go podłączyłem. Następnie umieściłem trójząb po / obu / bokach urządzenia. To samo działałoby w przypadku kabli, a nie tylko kart pamięci.

Wady, które widzę to: - Zmniejszona wytrzymałość kabla i połączenia - ale i tak kable są wymienne i jednorazowe - Zwiększony koszt produkcji styków + zwrotnicy - choć byłoby to (może całkowicie) zrekompensowane brakiem metalowej obudowy. Poza tym i tak byłbym skłonny zapłacić 5 USD za fajny kabel dwukierunkowy

To po prostu zadziałałoby, a wiele żyć byłoby - w bardzo niewielki sposób, ale bardzo często - ulepszonych!

edycja: Ah. Sandisk ma na to patent. http://www.google.com/patents/US7666035?printsec=drawing#v=onepage&q&f=false

Nacięcie
źródło
W rzeczywistości, jeśli miałbyś umieścić styki po drugiej stronie tego urządzenia, po prostu zwarłoby się o osłonę gniazda. Mimo to złącze mogło zostać zaprojektowane jak firewire (który używa podkładek po obu stronach języka) w pierwszej kolejności.
Yann Vernier