Por que os conectores USB se encaixam apenas de uma maneira?

Por que os plugues USB se encaixam apenas de uma maneira nas portas USB?

Perdoe minha ignorância, mas existem vários tipos de plugues que são "omnidirecionais" e não precisam ser orientados de uma certa maneira para se encaixarem no plugue correspondente (de acordo com a forma). No caso do USB, quando você está tentando conectar um dispositivo às cegas, pode ser um pouco irritante se você tentar fazê-lo de cabeça para baixo.

Acho que isso tem a ver com as pinagens, mas por que o padrão USB não negocia apenas o "pino 1" quando algo está conectado ou usa um layout de pinagem funcionalmente simétrico?

A maioria dos conectores do mundo permite apenas uma orientação mecânica.

Os que não são específicos da orientação geralmente são "concêntricos", como os familiares plugues de 2,5 / 3,5 / 6mm nos fones de ouvido e similares. Onde estes possuem mais de 2 condutores, os contatos dos condutores na extremidade interna do soquete passam sobre os condutores da extremidade da ponta à medida que os plugues são inseridos. Deve-se tomar cuidado para garantir que nenhum problema seja causado por essas conexões espúrias de curto prazo.

Os conectores de energia CA em alguns sistemas podem não ter sensibilidade à polaridade, mas isso pode levar a preocupações de segurança, onde há alguma diferença no atributo entre os dois contatos, além da capacidade de fornecer energia. por exemplo, em muitos sistemas, a energia da rede elétrica é referenciada ao terra com um condutor, essencialmente no potencial de terra. A reversão dos dois contatos ainda levaria a uma conexão de energia em funcionamento, mas poderia ignorar os sistemas de proteção e segurança.

MAS a grande maioria dos sistemas de plugue e soquete é sensível à orientação.
Considere os plugues para teclados e mouses (DB9, PS / 2, agora USB), qualquer plugue de alimentação de 3 pinos, conectores de alimentação do trailer, conectores de telefone e rede (RJ10, RJ11, RJ45, ...), XLR / Cannon e áudio semelhante conectores, conectores de vídeo para monitores ("IBM" / Apple / Outros), conectores SCART AV, DMI, ...
As pessoas estão bem acostumadas a isso.
Por que o USB deve ser diferente?

MAS, o USB em tamanho normal possui dois conectores de energia e dois de sinal. As conexões de sinal podem ser facilmente trocadas.
Mas a troca das duas conexões de energia envolve o roteamento dos sinais + ve e -ve corretamente.
Isso pode ser feito com uma ponte de diodos e dois diodos, mas a queda de tensão de cerca de 1,2 Volts representa uma perda de cerca de 25% da tensão e uma perda imediata de energia de 25%. Isso pode ser resolvido com comutação automatizada mecânica - essencialmente relés, ou com interruptores eletrônicos de queda de baixa tensão (MOSFETs ou outros), mas o custo e a complexidade não são justificados, devido à facilidade de "simplesmente conectá-lo corretamente".

Em sistemas Mini e Micro USB com potencialmente mais condutores, isso poderia ter sido resolvido por arranjos redundantes de contatos, mas que desperdiçam recursos potenciais (tamanho ou contatos) e ainda resultam apenas em dois alinhamentos possíveis, distantes rotativamente em 180 graus. Ainda não foi possível inseri-lo alinhado na vertical ou na diagonal.

Super solução:

Para o conector final, considere esses dois conectores hemafrodíticos totalmente funcionalmente simétricos.

• Elas não apenas podem ser orientadas em duas orientações rotacionalmente, mas também não há um conector "macho" ou "fêmea" - tanto o 'plugue' quanto o 'soquete' são idênticos.

Esse esquema pode ser estendido a mais condutores usando um arranjo coaxial. Este é um conector General Radio GR874. Se você encontrar algo usando isso, pode ter certeza de que está na presença de grandeza :-).

Muitos mais do mesmo

Três razões:

1. Compatibilidade com versões anteriores
   O padrão USB foi iniciado em 1994 e a versão 1.0 tornou-se oficial em 1996 . DB-25 (para "subminiatura D", não seriamente) era a porta padrão da impressora. Tudo desde essa data ainda é compatível com a especificação original. Tornar o conector omnidirecional seria uma incompatibilidade, o que é inaceitável para a organização de padrões que regula o USB.
2. Custo
   Conforme mencionado pelo mikeselectricstuff , isso adicionaria custo e / ou tamanho adicional. O tamanho é um objetivo de design do USB (como evidenciado pela tendência de USB-B para USB-mini para USB-micro), e o custo é sempre um objetivo de design.

3. Posicionamento do logotipo
   Não, sério. A especificação USB exige que todos os cabos compatíveis coloquem o tridente USB:
   na parte superior do conector. Aqui está uma referência semi-oficial :

   O tridente USB padrão deve estar na parte superior das sobremoldagens de plugues, conforme descrito no capítulo 6 da especificação USB 2.0.

   Você terá que comprar a especificação USB se quiser diretamente da boca do cavalo. (A propósito, considero que um idioma muito apropriado se aplica a organizações de padrões que não liberam seus padrões de graça!) Se o conector fosse reversível, a marca talvez não estivesse visível ou a marca precisaria estar nos dois lados, o que tornaria os fabricantes de cabos infelizes.

Aliás, o último ponto, embora possa parecer bastante exigente da organização de padrões USB, é útil . Conforme descrito neste artigo do Lifehacker , você pode determinar como conectar o cabo USB procurando o tridente e orientando-o "para cima". A menos que, claro, esteja escuro e você não possa ver o tridente ... nesse caso, recomendo que você acenda as luzes e mude para uma posição em que possa ver o que está fazendo.

Há também uma razão que não foi mencionada e está relacionada ao conceito de poka-yoke (graças ao meu amigo que estuda engenharia industrial).

O princípio é que conectores bem projetados não devem deixar espaço para ambiguidade, especialmente quando houver falhas potenciais ou riscos à segurança. Parafraseando a lei de Murphy,

Se houver alguma maneira de fazer errado, ele (alguém) fará.

como o antigo disquete, que entra no orifício apenas em uma direção e também os cartões SD, um bom design implica também que o usuário final quase não tem chance de conectá-lo de forma inadequada e, idealmente, não deve ter dúvidas.

Esse não é o motivo para não torná-lo conectado simetricamente, mas como tem uma orientação, é feito de uma maneira que você não pode conectá-lo da maneira errada.

Compreendo as outras respostas aqui e também concordo que isso é um inconveniente significativo. Desenhei um conector omnidirecional de 4 pinos que usa apenas contatos 2x para alcançar todas as 4 orientações possíveis.

Dê uma olhada:

Porque isso acrescentaria custos desnecessários. A grande maioria dos conectores é direcional, e fornecer um onidirecional provavelmente causaria confusão, pois as pessoas pensariam que ele precisava ser conectado de uma maneira específica.

Desde agosto de 2014, o USB possui um novo conector "Tipo C" que é totalmente reversível, além de ter limites de energia mais altos, pinos para sinais de vídeo (não é mais necessário ter portas "MHL" em telefones celulares compatíveis apenas com micro- USB) e taxas de transferência USB SuperSpeed ​​(até 10 Gbps).

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

Os pinos USB herdados têm contatos paralelos em locais simétricos nas duas faces do conector, para permitir cabos conversores para dispositivos antigos que não podem executar a detecção de orientação. Os novos pinos também são colocados em locais simétricos, mas, em vez de serem reduzidos a seus reflexos, a polaridade é detectada automaticamente (provavelmente com a ajuda dos pinos legados invariantes na orientação).

Esses conectores estão se tornando populares muito rapidamente, portanto, os conectores que se encaixam apenas em um sentido devem em breve ser apenas uma memória.

Os dispositivos clientes USB dependem da fonte de alimentação dos hosts USB.

Citação da Wikipedia:

Os conectores padrão foram intencionalmente destinados a impor a topologia direcionada de uma rede USB: conectores tipo A em dispositivos host que fornecem energia e conectores tipo B em dispositivos alvo que recebem energia. Isso evita que os usuários conectem acidentalmente duas fontes de alimentação USB, o que pode levar a correntes perigosamente altas, falhas no circuito ou até incêndio. O USB não suporta redes cíclicas e os conectores padrão de dispositivos USB incompatíveis são incompatíveis. Wikipedia

Também não vejo por que não.

Eu tenho uma unidade flash USB que não possui carcaça de metal; é apenas um retângulo de plástico que fica no slot do host. É menos robusto do que com, mas obviamente mais barato de fabricar. Ele se encaixa nos slots de host USB nos dois sentidos - mas com apenas um conjunto de pinos, possui a orientação necessária.

Portanto, se eu colocasse um conjunto de contatos no outro lado do dispositivo e passasse para os existentes, não importaria em qual orientação eu o pluguei. Em seguida, coloque um tridente nos dois lados da coisa. O mesmo funcionaria para cabos, não apenas para cartões de memória.

As desvantagens que posso ver são: - Diminuição da robustez do cabo e da conexão - mas os cabos são substituíveis e descartáveis ​​de qualquer maneira - Aumento do custo de fabricação dos contatos + cruzamento - embora isso seja um pouco (talvez inteiramente) compensado por não ter a caixa de metal. Além disso, eu estaria disposto a pagar mais US $ 5 por um cabo bidirecional legal de qualquer maneira

Simplesmente funcionaria, e muitas vidas seriam - de uma maneira muito pequena, mas com muita freqüência - melhoradas!

editar: Ah. A Sandisk tem uma patente.http://www.google.com/patents/US7666035?printsec=drawing#v=onepage&q&f=false