在写这篇文章之前，提到USB，我首先想到的也许是手机充电器或者电脑外设的方形接口。那么USB是否就可以和这样一种形态的接口划上等号，当我们提到USB我们到底在说什么？为什么看起来如此"截然相似"的连接器给同一个手机充电或者传输数据时表现却是如此迥异？出于这些疑问，春节期间我搜索整合一些网络资源形成了系列文章的第一篇，在这个过程中也是对USB的理解焕然一新。
一、什么是USB
Universal Serial Bus，简称USB，中文翻译为通用串行总线，是一种串口总线的标准，也是一种输入输出接口的技术规范。标准的制定组织是USB-IF（USB Implementers Forum ），由英特尔在1995 年与业界同行成立，旨在支持和推动市场与用户对USB 兼容外设的认同。
USB规范第一次是于1995年，由Intel、IBM、Compaq、Microsoft、NEC、Digital、North Telecom等公司组成的USB-IF（USB Implement Forum）共同提出，USB-IF于1996年1月正式提出USB 1.0规范，2000年制定的USB 2.0数据传输速度可达480Mbps，之后的USB 3.0最大传输高达5.0Gbps，引入全双工数据传输，发展到USB 3.1最大数据传输速度达到10Gbps。
从 1996 年的第一代 USB 1.0 开始到现在最新的 USB4，中间经历了很多版本，也经历过多次改名。
| USB标准演变 |
| 标准版本 | 发布日期 | 最大传输速率 | 电压电流 | 官方市场代号 |
|---|---|---|---|---|
| USB1.0 | 1996.01 | 1.5Mbps | 5V/500mA | 低速Low Speed |
| USB1.1 | 1998.09 | 12Mbps | 5V/500mA | 全速Full Speed |
| USB2.0 | 2000.04 | 480Mbps | 5V/500mA | 高速High Speed |
| USB3.0 | 2008.11 | 5Gbps | 5V/900mA | 超高速SuperSpeed |
| USB3.1 | 2013.07 | 10Gbps | 5V/12V/20V,最大100W | 超高速SuperSpeed+ |
| USB3.2 | 2017.09 | 20Gbps | 5V/12V/20V,最大100W | 超高速SuperSpeed++ |
| USB4 | 2019.09 | 40Gbps | 5V/12V/20V,最大100W | - |
USB3.1发布后，以前的 USB 3.0 改名为 USB 3.1 Gen 1 又称为第一代 USB 3.1；新发布的 USB 3.1 改名为 USB 3.1 Gen 2 又称为第二代 USB 3.1。
USB3.2发布后，第一代 USB 3.1 改名为 USB 3.2 Gen 1 又称为第一代 USB 3.2；第二代 USB 3.1 改名为 USB 3.2 Gen 2 又称为第二代 USB 3.2。
新发布的 USB 3.2 ，叫做 USB 3.2 Gen 2x2 又称为双通道第二代 USB 3.2。
USB标准名称变更
二、USB接口形态
从1996年1月USB1.0正式发布至今，USB协会（USB Implementers Forum，USB-IF）折腾出来了各式各样、五花八门的接口形态：Type A、Type A SuperSpeed、Type B、Type B SuperSpeed、Mini-A、Mini-B、Micro-A、Micro-B、Micro-B SuperSpeed、Type C等等。
Type A/B/C接口及其特点
1、标准USB接口
标准USB接口分为Type-A和Type-B两种。其中Type-A和Type-B根据支持的USB标准不同，又可以分为USB 2.0和USB 3.0标准USB接口。根据接口的颜色，我们很容易区分该接口是支持USB 2.0还是支持USB 3.0的。Type-A型接口也是我们日常生活中最常见的USB接口，广泛应用于鼠标、键盘、U盘等设备上，Type-B型则常用于打印机、特殊显示器等设备上。
USB2.0 Type-A和Type-B连接器外形
下面是其2.0版本的引脚定义。
USB2.0 Type-A和Type-B连接器引脚定义
| 引脚 | 名称 | 说明 | 接线颜色 |
|---|---|---|---|
| 1 | VCC | +5V电压 | 红色 |
| 2 | D- | 数据线负极 | 白色 |
| 3 | D+ | 数据线正极 | 绿色 |
| 4 | GND | 接地 | 黑色 |
USB2.0采用单排4针脚设计，而USB3.0则采取两排9针脚设计，相比而言USB3.0功能更强大。外观上的区别主要有两点：USB2.0通常是白色或黑色，而USB3.0则调整为蓝色接口；USB2.0则只标记普通的USB通用标识，USB3.0接口部分标记会有“SS”样式。
相比较于USB2.0，USB3.0提供更高的5.0Gbit/s的超高速传输速度，并向下兼容USB2.0的传输速率；对外提供供电电压仍然为5V，但最大电流达到了900mA；并且增加了新的电源管理功能，支持待机、睡眠以及暂定模式，更加省电；同时引入了全双工通讯。以下是USB3.0的Type-A和Type-B连接器引脚定义。
USB3.0 Type-A和Type-B连接器引脚定义
| 引脚 | A型连接器 | B型连接器 | 说明 | 接线颜色 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | VBUS | VBUS | 供电 | 红色 |
| 2 | D- | D- | 2.0数据差分对 | 白色 |
| 3 | D+ | D+ | 2.0数据差分对 | 绿色 |
| 4 | GND | GND | 电源地 | 黑色 |
| 5 | StdA_SSRX− | StdB_SSTX− | 高速数据差分对-接收 | 蓝色 |
| 6 | StdA_SSRX+ | StdB_SSTX+ | 高速数据差分对-接收 | 黄色 |
| 7 | GND_DRAIN | GND_DRAIN | 信号地 | N/A |
| 8 | StdA_SSTX- | StdB_SSRX- | 高速数据差分对-发送 | 紫色 |
| 9 | StdA_SSTX+ | StdB_SSRX+ | 高速数据差分对-发送 | 橙色 |
2、Mini USB接口
Mini USB接口，是一种小型的USB接口，其指标与标准USB相同，但是加入了ID针脚（用于区分设备是主机还是外设），以支持OTG（On The Go，该功能允许在没有主机的情况下，实现设备间的数据传送）功能。Mini USB接口主要分为Mini-A和Mini-B两种，样貌如下：
USB2.0 Mini-A和Mini-B连接器外形
Mini USB接口由于相对较小的体型，常见于一些小型设备上，比如MP3、MP4、收音机等，某些型号的手机也采用了该接口。USB2.0 Mini-A和Mini-B连接器引脚定义
| 针脚 | 名称 | 说明 | 接线颜色 |
|---|---|---|---|
| 1 | VCC | +5V电压 | 红色 |
| 2 | D- | 数据线负极 | 白色 |
| 3 | D+ | 数据线正极 | 绿色 |
| 4 | ID | 分为A和B两种接口 |
A：与地线相连
B：不与地线相连 | none |
| 5 | GND | 接地 | 黑色 |
随着市场和设备的变化，到了USB 3.0，基本已经见不到Mini USB的身影了（有些定制的Mini USB依然可以满足USB 3.0的标准要求）。
3、Micro USB接口
Micro USB接口，属于Mini USB的下一代规格接口，Micro USB接口的插头采用了不锈钢材料，插拔寿命提高为10000次，相比Mini USB接口，在宽度几乎不变的情况下，高度减半，更为小巧。Micro USB接口也可分为Micro-A和Micro-B两种。
****USB2.0 Micro-A和Micro-B连接器外形****各针脚定义如下，其中Vbus和GND用于电力传输，Data+、Data-用于传输数据。MicroUSB在安全范围内的最大承载电流为2A，对MicroUSB线进行了特别设计，多出来的触点用于过更大电流以保证安全。Micro-B出现，由于防呆设计的优秀，Micro-A也就迅速的被淘汰了。USB2.0 Micro-A和Micro-B引脚定义
| 针脚 | 名称 | 说明 | 接线颜色 |
|---|---|---|---|
| 1 | VBUS(VCC) | +5V电压 | 红色 |
| 2 | D-(DM) | 数据线负极 | 白色 |
| 3 | D+(DP) | 数据线正极 | 绿色 |
| 4 | ID | 分为A和B两种接口 |
A：与地线相连
B：不与地线相连 | none |
| 5 | GND | 接地 | 黑色 |
在智能手机发展的前期，绝大多数的智能手机（苹果手机除外）都采用了Micro-B型接口作为充电和数据接口。在USB 3.0标准发布后，Micro-B接口也有了新的造型，我们购买的支持USB 3.0的移动硬盘盒大部分就采用了该接口。
USB3.0 Micro-A和Micro-B连接器外形
USB3.0 Micro-B连接器引脚定义
| 针脚 | 名称 | 类型 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 1 | VBUS | P | +5V电压 |
| 2 | D- | IO | 数据线负极 |
| 3 | D+ | IO | 数据线正极 |
| 4 | ID | IO | OTG identification(N.C.) |
| 5 | GND | P | 接地 |
| 6 | SSTX- | O | 高速数据差分对-发送 |
| 7 | SSTX+ | O | 高速数据差分对-发送 |
| 8 | GND | P | 接地 |
| 9 | SSRX- | I | 高速数据差分对-接收 |
| 10 | SSRX+ | I | 高速数据差分对-接收 |
4、Type-C接口
最近几年尤属Type C最为火热，基本上安卓的手机冲击充电和数据接口以及配套数据线均被Type C统一，甚至是笔记本和平板的接口也都开始趋向于Type C,可以预见未来这个接口将积极影响我们日常生活的方方面面。
相比A、B，Type-C有着以下优点：①Type-C支持正反插，可以轻松迅速插拔。②Type-C往往支持PD快充，可以节约时间。③兼容性好，本身拥有更多的引口，可与DP、HDMI线可以实现4K超高清视频传输，不用扩展坞也能完成投屏。
根据使用场景的需要Type-C目前有24Pin全功能版本以及阉割后的16Pin和6Pin版本。
****24Pin全功能Type-C接口****
****全功能Type-C插座****
****全功能Type-C插头****
可以很明显看出，插口内的Pin功能相对于中心对称。公头插入母头，无论正反插，引脚功能都完美契合。而且电源VBUS/GND都拥有4个Pin，最大支持5A电流，在保证高速数据传输的同时也提高了电流承载能力。
全功能Type-C连接器引脚定义
| 针脚 | 名称 | 功能描述 |
|---|---|---|
| A1 | GND | 接地 |
| A2 | SSTXp1 | SuperSpeed差分信号#1，TX，正 |
| A3 | SSTXn1 | SuperSpeed差分信号#1，TX，负 |
| A4 | VBUS | 总线电源 |
| A5 | CC1 | Configuration channel |
| A6 | Dp1 | USB 2.0差分信号，position 1，正 |
| A7 | Dn1 | USB 2.0差分信号，position 1，负 |
| A8 | SUB1 | Sideband use (SBU) |
| A9 | VBUS | 总线电源 |
| A10 | SSRXn2 | SuperSpeed差分信号#2，RX,负 |
| A11 | SSRXp2 | SuperSpeed差分信号#2，RX,正 |
| A12 | GND | 接地 |
| B1 | VBUS | 接地 |
| B2 | SSTXp1 | SuperSpeed差分信号#2，TX，正 |
| B3 | SSTXn1 | SuperSpeed差分信号#2，TX，负 |
| B4 | VBUS | 总线电源 |
| B5 | CC2 | Configuration channel |
| B6 | Dp1 | USB 2.0差分信号，position 2，正 |
| B7 | Dn1 | USB 2.0差分信号，position 2，负 |
| B8 | SUB1 | Sideband use (SBU) |
| B9 | VBUS | 总线电源 |
| B10 | SSRXn2 | SuperSpeed差分信号#1，RX,负 |
| B11 | SSRXp2 | SuperSpeed差分信号#1，RX,正 |
| B12 | GND | 接地 |
(2) 阉割版16Pin Type-C16Pin TypeC在24Pin的基础上阉割了USB3.0的TX1/2、RX1/2，保留了SBU1/2、CC1/2、USB2.0的D+D-，除了没有USB3.0/3.1高速传输外，其他别无二致，同样支持 PD快充、音频设备、HDMI传输、调试模式等功能。
我们所说的16Pin TypeC和12Pin TypeC其实是同一种接口。16Pin一般为接口厂家、封装的正式名称，而日常生活中习惯称呼为12Pin。这是因为接口设计时，将TypeC母座两端的两个Vbus和GND出线都并拢了起来，虽然从口那里看是16条出线，但座子后面的焊盘只有12个。
(3)阉割版6Pin Type-C
对于玩具、牙刷等生活用品，产品定位上没有USB通信的需求，只需要USB取电充电。因此6Pin TypeC仅仅保留Vbus、GND、CC1、CC2。接口两侧对称分布着两组GND、Vbus，使得防反插功能保留。CC1、CC2用于PD设备识别，承载USB-PD的通信，以向供电端请求电源供给。在传输电力的同时，USB数据传输不会受到影响。
