比比皆是的USB

一言以蔽之:許多電子器材都使用USB接口。

美國是世界上最強的國家,自然在各個領域上都深深地影響著全世界。如果說USA美國是世界上文化影響力最強的國家,那麼它的孿生兄弟USB就是擁有最多裝置的協定了。

(備註:既然都提了USA和USB是兄弟的冷笑話,不妨再多提US*家族的老三和老四。三弟USC南加大,成立於1880年,是加州最古老的私立研究型大學,也是名聞遐邇。更不用說四弟USD美金,更是赫赫有名,是全球最主要的儲備貨幣,在金融業不可或缺。)

回到正題,今天要聊的是USB、Universal Serial Bus,中文翻譯成通用序列匯流排。

USB這個1994年就問世的協定,是一種輸入輸出連接埠的技術規範,最早應用於個人電腦的週邊,像是鍵盤、滑鼠、印表機,後來擴展至一些影音設備週邊,包括數位相機和數位攝影機,再來被用在行動裝置,如翻譯機、手機和平板,現在則是處處都可以看到,比如說電蚊拍與刮鬍刀。

三十年前在創造USB協定的時候,前輩們的理想很大,希望能整合所有的介面,所以取名為Universal、通吃的,但即便如此,我相信他們也一定沒有想過現在USB居然連蚊子也可以吃。

USB Logo

USB Logo

USB的logo源自於海神的三叉戟(Poseidon’s Trident; Neptune’s Trident),具有強大力量,什麼都可以插。

想必一般人也不會認真地去記憶這符號的順序,知名的YouTuber啾啾鞋就曾出題(將圓形、方塊、箭頭三者調換位子)考過網友,看哪一個才是正確的USB logo。他並在最後揭曉,左邊的圓圈代表5V的電源、中間的箭頭代表則串列資料、右邊的方塊代表接地。

也有人主張,左邊的圓圈表示通用性和相容性、中間的箭頭表示串列資料、右邊的方塊表示穩健性和耐用性。還有人主張,中間的不是箭頭,而是三角形,所以這標誌是說USB可以連接各式各樣(圓形、三角形、正方形)的設備。總之都是說,USB是通用型的接口。

波賽頓的武器是三叉戟,他弟弟宙斯的武器是閃電,如果USB logo旁邊多一個閃電的話,表示這個USB頭支援快速充電。奧林匹斯的宙斯三兄弟,就只剩下大哥黑帝斯的武器隱形頭盔還沒被畫上去,也許未來哪一天USB會多個頭盔的符號,來表示這USB裝置耐摔,那就兄弟齊聚一堂了。

Helmet, Trident, Bolt

USB Type-A

USB Type-A

Type-A就是USB最早的插槽,是長方形的,有正反面之分,正面朝上才能插入孔中。另外一個有趣的分辨方法是『看臉』,USB是很有個性的,如同推特上的教學圖,善臉代表正面、惡臉代表反面。

USB Type-B、Mini-B、Micro-B、Micro-B

Type-A一開始被設計的時候,是用在個人電腦上的,常見與鍵盤和滑鼠,可是後來USB被廣泛地運用在行動裝置上的時候,Type-A的體積就嫌太大了,因此Type-B、Mini、Micro、Micro-B等插槽就陸續被設計出來,這些接口的多樣化是為了適應不同設備的需求和空間限制。

  • Type-A:最大的接口,常見於鍵盤、滑鼠。
  • Type-B:用於某些較大的設備,例如印表機。
  • Mini-B:較小的接口,用於早年的相機、手機、隨身硬碟。
  • Micro-B:更小的接口,用於早年的手機、平板電腦。

USB Type-C

理論上,Micro-B是最小的,而且已經很小了,隨著手機的大量採用,最後應該要一統天下,但實際上一統天下的是反而是比較大的Type-C插槽。連喜歡自訂規格的蘋果,為了符合歐盟環保規範,也在2023年宣佈放棄Lightning,從iPhone 15起改採用Type-C接口。

這是因為Type-C有許多優點:

  • Type-C支援正反插,怎麼插都可以連。
  • Type-C有二倍的線路,可以支援更快的數據傳輸速度。
  • Type-C支援更高的功率傳輸,手機標榜快充,不再需要等待。
GNDTX1+TX1-VBUSCC1D+D-SBU1VBUSRX2-RX2+GND
GNDRX1+RX1-VBUSSBU2D-D+CC2VBUSTX2-TX2+GND
USB Type-C Female Receptacle

上表是Type-C的24根針,可以發現它呈現中心對稱,所以無論正反插都能接得上。

USB 2.0與SSUSB

從接口外觀來看,USB 2.0和USB 3.x的插槽大小完全一樣,除了中間顏色有差異,不仔細看,實在看不出有什麼不同。

顏色協定傳輸速度
白色USB 1.112Mbps
黑色USB 2.0480Mbps
藍色USB 3.05Gbps
藍綠色USB 3.110Gbps
紅色USB 3.220Gbps

因此很多人就以為USB 3.x是USB 2.0的升級,但其實不然,它們是兩個截然不同的PHY,這點從接口的pin definition就可以知道。

VCCD-D+GND
USB 2.0 Type-A Female Receptacle

以Type-A為例子,上表中的USB2.0只有四根針,其中有二根訊號D+和D-。而下表的USB 3.x則有九根針,其中有六個訊號D+、D-、RX-、RX+、TX-、TX+。

TX+TX-GNDRX+RX-
VCCD-D+GND
USB 3.x Type-A Female Receptacle

可以發現,USB 3.x除了本來USB 2.0有的二根訊號針以外,多了四根訊號針,這四根訊號針就稱為SSUSB(super speed USB)。也就是說傳輸速度慢(0.48Gbps)的USB 2.0訊號路徑,跟傳輸速度快(5Gbps)的SSUSB訊號路徑並不相同。