ยูเอสบี

Universal Serial Bus (USB - ยูเอสบี) เป็นข้อกำหนดมาตรฐานของบัสการสื่อสารแบบอนุกรม เพื่อใช้ในการเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ ซึ่งโดยทั่วไปจะใช้กับคอมพิวเตอร์ แต่สามารถใช้ได้กับอุปกรณ์อื่น เช่น เซตทอปบอกซ์ (set-top boxes), เครื่องเล่นเกม (game consoles) และพีดีเอ (PDAs).

ยูเอสบี (USB) Universal Serial Bus
"สามง่าม (trident)" สัญลักษณ์ของยูเอสบี
ปีที่คิดค้น:	มกราคม 2539
ขนาดของบิต:	1 บิต
จำนวนอุปกรณ์ที่ใช้ได้พร้อมกัน:	127 ต่อโฮสต์
ความเร็ว:	480 Mbit/s
รูปแบบการเชื่อมต่อ:	อนุกรม
แบบเชื่อมต่อทันที?	ใช่
แบบเชื่อมต่อภายนอก?	ใช่

คอนเนคเตอร์ USB แบบ A

เรื่องโดยสังเขป

ระบบยูเอสบีเป็นการออกแบบโดยประกอบด้วย โฮสท์คอนโทรลเลอร์ และอุปกรณ์หลาย ๆ อุปกรณ์ที่ต่อเชื่อมในรูปแบบต้นไม้โดยใช้อุปกรณ์พิเศษเรียกว่า "ฮับ (hub)" โดยมีข้อจำกัดของการต่อเชื่อมฮับได้ไม่เกิน 5 ระดับต่อ 1 คอนโทรลเลอร์ และสามารถต่อเชื่อมได้กับอุปกรณ์ 127 อุปกรณ์ต่อ 1 โฮสท์คอนโทรลเลอร์ โดยนับรวมฮับเป็นอุปกรณ์ด้วย ในคอมพิวเตอร์รุ่นใหม่ๆ จะมีโฮสท์คอนโทรลเลอร์อยู่หลายช่อง ซึ่งพอเพียงสำหรับการต่อเชื่อมอุปกรณ์จำนวนมาก ๆ การต่อเชื่อมแบบยูเอสบีไม่จำเป็นต้องมีจุดสิ้นสุด (terminator) เหมือนการต่อเชื่อมแบบ SCSI

การออกแบบของยูเอสบีมีจุดมุ่งหมายที่จะขจัดความจำเป็นในการเพิ่มการ์ดขยาย (expansion card) ในช่องการเชื่อมต่อแบบบัส ISA หรือ PCI และเพิ่มความสามารถของรูปแบบ plug-and-play โดยยอมให้อุปกรณ์ต่าง ๆ สามารถถอด สับเปลี่ยน หรือเพิ่มจากระบบโดยไม่ต้องปิดคอมพิวเตอร์หรือบูตระบบใหม่ เมื่ออุปกรณ์ใหม่ถูกต่อเชื่อมเข้าสู่บัสเป็นครั้งแรก โฮสท์จะทำการระบุอุปกรณ์ และติดตั้งตัวขับอุปกรณ์ (device driver) ที่จำเป็นในการใช้งานอุปกรณ์นั้น

ฮับยูเอสบี

ยูเอสบีสามารถเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ต่อพ่วง (peripherals) เช่น เมาส์ แป้นพิมพ์ แพดเกม จอยสติ๊ก สแกนเนอร์ กล้องถ่ายรูปดิจิทัล เครื่องพิมพ์ ฮาร์ดดิสก์ และ อุปกรณ์เครือข่าย เป็นต้น ยูเอสบีได้กลายเป็นรูปแบบการเชื่อมต่อมาตรฐานสำหรับอุปกรณ์มัลติมีเดีย เช่น สแกนเนอร์ หรือกล้องถ่ายรูปดิจิทัล และนิยมนำไปทดแทนการเชื่อมต่อแบบเดิม เช่น การเชื่อมต่อแบบขนาน (parallel) สำหรับเครื่องพิมพ์ การเชื่อมต่อแบบอนุกรม (serial) สำหรับโมเด็ม ทั้งนี้เนื่องจากยูเอสบีช่วยลดข้อจำกัดหลาย ๆ ด้านของการเชื่อมต่อแบบเดิม เช่น การเชื่อมต่อเครื่องพิมพ์หลาย ๆ เครื่องเข้ากับคอมพิวเตอร์เครื่องเดียว ในปี 2547 มีอุปกรณ์ยูเอสบีประมาณ 1 พันล้านชิ้นถูกผลิตขึ้น และอุปกรณ์ต่อพ่วงใหม่ๆ ที่ถูกผลิตออกมาก็จะใช้รูปแบบการต่อเชื่อมแบบยูเอสบี มีเพียงอุปกรณ์ที่ต้องการความสามารถในการส่งผ่านข้อมูลมาก ๆ เท่านั้นที่ไม่สามารถใช้ยูเอสบี เช่น จอภาพแสดงผล หรือ มอนิเตอร์ และอุปกรณ์ดิจิทัลวิดีโอคุณภาพสูง เป็นต้น

เกณฑ์มาตรฐาน

การออกแบบของยูเอสบีถูกกำหนดมาตรฐานโดย USB Implementers Forum (USBIF), โดยเป็นการรวมตัวกันของผู้นำด้านอุตสาหกรรมด้านคอมพิวเตอร์และอิเล็กทรอนิกส์ เช่น แอปเปิล, เอชพี, เอ็นอีซี, ไมโครซอฟท์, อินเทล, และ Agere.

ในเดือนมกราคม 2548* ได้มีการกำหนดรายละเอียดของยูเอสบีรุ่นที่ 2.0 โดยมาตรฐานของรุ่น 2.0 ได้มีการกำหนดโดย USBIF ในตอนปลายปี 2544 รุ่นก่อนหน้าของยูเอสบีคือ 0.9, 1.0 และ 1.1 ซึ่งแต่ละรุ่นที่ออกมาใหม่จะมีความเข้ากันได้ย้อนหลัง (backward compatibility) กับรุ่นที่ออกมาก่อนหน้านี้

ปลั๊กยูเอสบีและรีเซ็พเตอร์ (receptors) ที่เรียกว่า Mini-A และ Mini-B ยังคงสามารถใช้งานได้ตามที่กำหนดโดย On-The-Go Supplement to the USB 2.0 Specification ซึ่งข้อกำหนดนี้ปัจจุบันเป็นเวอร์ชัน 1.0a ซึ่งโดยภาพรวมเริ่มต้นเปลี่ยนรูเชื่อมต่อจากรุ่นแรกเป็นแบบใหม่นี้ตั้งแต่ในช่วงปลายปี 2549ถึง2550 เป็นต้นมาหรือช่วงประมาณ 1 ปีกว่าๆ ให้หลังจากที่กำหนดมาตรฐานร่วมกัน* แต่ในการเปลี่ยนถ่ายพอร์ตเชื่อมต่อรูปแบบมาตรฐานใหม่นี้จะเป็นที่นิยมจริงๆต้องใช้เวลาเปลี่ยนผ่านมากกว่า2 ปี และในปี 2551 ผู้ผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ จึงจะเลิกการใช้พอร์ตมาตรฐานเดิมไป

ภาพรวม

ประเภทตัวเชื่อมต่ออ้างอิงตามความเร็ว

การเชื่อมต่อ USB แต่ละรายการทำโดยใช้ขั้วต่อสองตัว: ซ็อกเก็ต (หรือ เต้ารับ ) และปลั๊ก ในตารางต่อไปนี้ แผนผังสำหรับช่องเสียบเท่านั้นจะแสดงขึ้น แม้ว่าสำหรับแต่ละช่องเสียบจะมีปลั๊ก (หรือปลั๊ก) ที่สอดคล้องกันก็ตาม

มีขั้วต่อตามมาตรฐาน USB

มาตรฐาน	USB 1.0 1996	USB 1.1 1998	USB 2.0 2001	USB 2.0 แก้ไขแล้ว	USB 3.0 2008	USB 3.1 2013	USB 3.2 2017	USB4 2019	USB4 V2.0 2022
อัตราการส่งสัญญาณสูงสุด	ความเร็วต่ำและความเร็วเต็ม		ความเร็วสูง		SS (Gen 1)	SS+ (Gen 2)	USB 3.2 Gen 2x2	USB4 Gen 3×2	USB4 Gen 4
	1.5 Mbit/s & 12 Mbit/s		480 Mbit/s		5 Gbit/s	10 Gbit/s	20 Gbit/s	40 Gbit/s	80 Gbit/s
ขั้วต่อมาตรฐาน A							[rem 1]	—
ขั้วต่อมาตรฐาน B							[rem 1]	—
ขั้วต่อมินิ-เอ	—				—
ขั้วต่อมินิ-บี	—				—
ขั้วต่อมินิ-เอบี	—				—
ขั้วต่อไมโคร-เอ	—						[rem 1]	—
ขั้วต่อไมโคร-บี	—						[rem 1]	—
ขั้วต่อไมโคร-เอบี	—						[rem 1]	—
ขั้วต่อไทป์-ซี	Backward compatibility ได้รับจากการใช้ USB 2.0		(ขยายเพื่อแสดงรายละเอียด)
หมายเหตุ:	รองรับการทำงานแบบช่องทางเดียวเท่านั้น

รายละเอียดทางเทคนิค

สัญญาณ USB

สัญญาณ USB มาตรฐาน

ปลั๊ก USB มาตรฐาน-A, B แสดงหมายเลขพิน (ไม่ตามสัดส่วน)

พินขาออกของหัวต่อ USB มาตรฐาน

Pin	ฟังก์ชัน (โฮส)	ฟังก์ชัน (อุปกรณ์)
1	VBUS (4.75-5.25 V)	VBUS (4.4-5.25 V)
2	D−	D−
3	D+	D+
4	Ground	Ground

สัญญาณ USB ถูกส่งผ่านโดยสายส่งข้อมูลคู่แบบบิดเกลียว (twisted pair) แทนโดยสัญลักษณ์ D+ และ D−. สายคู่บิดเกลียวช่วยป้องกันผลกระทบของสัญญาณรบกวนทางคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า โดยใช้หลักการหักล้างสัญญาณแบบครึ่งอัตรา (half-duplex differential signaling) ซึ่งทำให้ส่งสัญญาณในสายที่ยาวได้ดีขึ้น. ฉะนั้นสัญญาณ D+ และ D− จึงเป็นสัญญาณที่ทำงานร่วมงาน ไม่ใช่สัญญาณแบบซิมเพล็กซ์แยกขาดจากกัน.

สัญญาณ MiniUSB

หัวต่อแสดงหมายเลขพิน USB Mini-A, B (ไม่ตามสัดส่วน)

Mini-A (ซ้าย) หัวกลม, Mini-B (ขวา) หัวเหลี่ยม

มาตรฐาน-A (ซ้าย) Mini-B (ขวา)

พินขาออกของหัวต่อมินิUSB

พิน	ฟังก์ชัน
1	VBUS (4.4-5.25 V)
2	D−
3	D+
4	ID
5	Ground

พินของมินิ USB เหมือนกับของ USB มาตรฐาน นอกจากพิน4 เรียกว่า ID ซึ่งจะถูกต่อกับพิน5. ในกรณีของ Mini–A เพื่อใช้ระบุว่าอุปกรณ์ใดควรปฏิบัติหน้าที่เป็นโฮสในตอนเริ่มต้น, สำหรับกรณีของ ​​Mini–B พินนี้จะเป็นวงจรเปิด. นอกจากนี้หัวต่อของแบบ Mini–A ยังมีชิ้นส่วนพลาสติกสำหรับป้องกันการเสียบลงไปในอุปกรณ์ที่เป็นแบบ slave–only.