为什么 USB 连接器只适合一种方式?

电器工程 USB 连接器
2022-01-17 01:08:33

为什么 USB 插头只能以一种方式插入 USB 端口?

请原谅我的无知,但是有几种类型的插头是“全向的”,并且不必以某种方式定向以适合相应的插头(根据形状)。在 USB 的情况下,当您尝试盲插时,如果您碰巧尝试将其倒置,可能会有点烦人。

我猜这与引脚排列有关,但是为什么 USB 标准在插入某些东西时不只是协商“引脚 1”,或者使用功能对称的引脚排列布局?

4个回答

世界上大多数连接器只允许一种机械方向。

不特定方向的通常是“同心的”,例如耳机上熟悉的 2.5 / 3.5 / 6mm 插头等。如果它们有 2 个以上的导体,则在插入插头时,插座内端的导体触点会越过尖端的导体。必须注意确保这些虚假的短期连接不会引起任何问题。

某些系统中的交流电源连接器可能对极性不敏感,但这可能会导致安全问题,因为两个触点之间的属性存在一些差异,而不是它们的供电能力。例如,在许多系统中,主电源是接地参考,一根导体基本上处于接地电位。反转两个触点仍会导致电源连接正常工作,但可能会绕过保护和安全系统。

但是绝大多数插头和插座系统都是方向敏感的。
考虑键盘和鼠标的插头(DB9、PS/2,现在是 USB)、任何 3 针电源插头、拖车电源连接器、电话和网络连接器(RJ10、RJ11、RJ45...)、XLR/Cannon 和类似音频连接器、监视器的视频连接器(“IBM”/Apple/Other)、SCART AV 连接器、DMI,......
人们已经习惯了。
为什么 USB 应该有所不同?

但是,全尺寸 USB 有两个电源连接器和两个信号连接器。信号连接可以很容易地互换。
但是交换两个电源连接需要正确路由 +ve 和 -ve 信号。
这可以通过一个二极管桥和两个二极管来完成,但是大约 1.2 伏的电压降代表了大约 25% 的电压损失和立即 25% 的功率损失。这可以通过机械自动开关来解决——本质上是继电器,或者使用低压降电子开关(MOSFET 或其他),但考虑到“正确插入”的便利性,成本和复杂性是不合理的。

Im Mini 和 Micro USB 系统可能具有更多的导体,这可以通过触点的冗余布置来解决,但这会浪费潜在的资源(尺寸或触点),并且仍然只能导致两个可能的对齐,旋转相隔 180 度。您仍然无法将它与长边垂直或倾斜对齐。


超级解决方案:

对于最终连接器,请考虑这两个导体完全功能对称的两性连接器。

  • 它们不仅可以旋转地定向在两个方向上,而且没有“公”或“母”连接器——“插头”和“插座”都是相同的。

该方案可以使用同轴布置扩展到更多导体。这是通用无线电 GR874 连接器。如果你曾经遇到过使用这些东西的东西,你可以相当确定你是在伟大的面前:-)。

在此处输入图像描述

很多很多相同的

三个原因:

  1. 向后兼容性
    USB 标准始于1994 年,1.0 版于1996 年正式发布。DB-25(对于“D-subminiature”,不认真)是标准的打印机端口。自该日期以来的所有内容仍然向后兼容原始规范。使连接器全向化将是不兼容的,这对于规范 USB 的标准组织来说是不可接受的。
  2. 成本
    正如mikeselectricstuff 所提到的,这会增加额外的成本和/或尺寸。尺寸是 USB 的设计目标(从 USB-B 到 USB-mini 到 USB-micro 的趋势就是证明),成本始终是设计目标。
  3. 徽标放置
    不,真的。USB 规范要求所有兼容的电缆都将 USB 三叉戟: 在此处输入图像描述
    放在连接器的顶部。 这是一个半官方的参考

    如 USB 2.0 规范第 6 章所述,标准 USB 三叉戟必须位于两个插头包覆模具的顶部。

    如果您想直接从马口中获得 USB 规格,则必须购买它。(顺便说一句,我认为这是一个非常合适的成语,适用于不免费发布标准的标准组织!)如果连接器是可逆的,则品牌可能不可见,或者品牌必须在两侧,这会让电缆制造商不高兴。

顺便说一句,最后一点虽然 USB 标准组织要求它似乎相当挑剔,但它很有用这篇 Lifehacker 文章中所述,您可以通过寻找三叉戟并将其指向“向上”来确定连接 USB 电缆的方式。当然,除非天很黑,你看不到三叉戟……在这种情况下,我建议你打开灯并移动到可以看到你在做什么的位置。

还有一个没有提到的原因,和poka-yoke的概念有关(感谢我研究工业工程的朋友)。

原则是,精心设计的连接器不应留下歧义的余地,尤其是在涉及潜在故障或安全风险时。解释墨菲定律,

如果有什么方法做错了,他(某人)会的。

就像旧的软盘只能单向插入孔中,还有SD卡,好的设计也意味着最终用户几乎没有机会错误地连接它,理想情况下不应该有任何疑问。

这不是不使其对称连接的原因,但由于它有一个方向,它的制作方式不能以错误的方式连接它。

我理解这里的其他答案,我也同意这是一个很大的不便。我设计了一个全向 4 针连接器,它只使用 2 个触点来实现所有 4 个可能的方向。

看一看:

全向电缆