Được hình thành vào năm 1995 để thay thế cho cổng serial cũ, USB đã trở thành cổng tiêu chuẩn cho phần lớn các thiết bị hoặc cảm biến được sử dụng trong cả thị trường tiêu dùng và công nghiệp. Chúng đóng vai trò là cầu nối cho phép kết nối thông suốt giữa máy tính và các thiết bị ngoại vi.

Khi nhu cầu tăng băng thông lớn hơn, các cảm biến IoT hiện đại như camera quan sát và đầu đọc dấu vân tay không thể sử dụng được với cổng serial; những loại thiết bị này yêu cầu băng thông cao hơn nhiều so với 115,2 b / giây. Đối với hầu hết các hệ thống công nghiệp, có sự cân bằng tốt giữa số lượng cổng serial cũ và các cổng USB hiện đại hơn. Tùy thuộc vào ứng dụng và môi trường, hệ thống có thể yêu cầu có cả hai cổng. Các cổng serial trên hệ thống có thể được sử dụng để kết nối với các thiết bị tự động hóa hoặc cảm biến cũ hơn, trong khi các máy ảnh độ phân giải cao hiện đại có thể được kết nối với cổng USB. Ngoài tốc độ cao hơn và tính linh hoạt của cổng USB, nó cũng cho phép quản lý điện năng thông minh cho các thiết bị USB được kết nối, một tính năng còn thiếu trên cổng serial cũ. Tính năng quản lý điện năng này cho phép hệ thống đặt các thiết bị không sử dụng ở chế độ ngủ để chuyển đổi nguồn điện và đánh thức chúng ngay lập tức khi cần thiết bị. Điều này có thể giúp giảm mức tiêu thụ điện năng tổng thể của hệ thống nếu có nhiều thiết bị USB được kết nối với nó.

USB có tác động đáng kể đến các ứng dụng công nghiệp bằng cách thay thế các loại cáp độc quyền được sử dụng để kết nối một số bộ phận máy móc, bộ điều khiển hoặc cảm biến trong dây chuyền sản xuất thành một chuẩn USB. Do đó, tiêu chuẩn USB đã trở nên phổ biến trong các ứng dụng công nghiệp. Bài viết này sẽ giải thích sự khác biệt giữa mỗi thế hệ USB và tác động của nó đối với các ứng dụng công nghiệp.

Các loại cổng và kết nối USB khác nhau

Cổng và đầu nối USB là cầu nối giữa máy tính và các thiết bị ngoại vi. Giao diện dữ liệu truyền qua lại giữa hai thiết bị được kết nối, giao diện này yêu cầu một phương tiện để dữ liệu truyền qua. Cả hai cổng USB và các đầu nối tương ứng của chúng đều hoạt động như các đường dẫn giao tiếp bên trong các thiết bị cung cấp nguồn điện và truyền dữ liệu. Loại cổng USB đầu tiên là loại A và loại B, sau đó đến phiên bản mini và micro của mỗi loại, micro-B SuperSpeed và cuối cùng là cổng USB Type-C.

Sự khác biệt chính giữa mỗi thế hệ USB là tốc độ truyền dữ liệu và công suất đầu ra. Chúng ta hãy cùng khám phá chi tiết hơn trong phần chia sẻ dưới đây.

Có bao nhiêu phiên bản của thế hệ USB?

1. USB 1.0

USB 1.0 được giới thiệu vào tháng 1 năm 1996, sau đó là USB 1.1 vào tháng 9 năm 1998. Phiên bản này có tốc độ tối đa lên đến 12 Mbps và ban đầu được tạo ra để dễ dàng kết nối nhanh chóng giữa 2 thiết bị đơn giản, chẳng hạn như chuột và bàn phím vào máy tính. Nhưng vấn đề là USB 1.0 không cho phép cáp mở rộng và cung cấp điện khiến việc đưa ra thị trường trở nên khó khăn. Do đó, USB 1.1 là phiên bản cập nhật của USB 1.0 và đã bắt đầu phổ biến việc sử dụng USB cho giao diện dữ liệu.

Khả năng tương thích: USB Loại A và Loại B

2. USB 2.0

Thực tế là USB là tiêu chuẩn chung cho nhiều thiết bị hiện đại, đã khuyến khích sự phát triển của USB để đáp ứng nhu cầu của người dùng về tốc độ nhanh hơn và đáng tin cậy hơn. Kết quả là, USB 2.0 được phát hành vào tháng 4 năm 2000, cung cấp tốc độ tăng lên đến 480 Mbps và được cho là nhanh hơn 40 lần so với phiên bản USB 1.1. Ngoài ra, USB 2.0 có khả năng tương thích ngược, cho phép người dùng sử dụng các phiên bản USB trước đó để kết nối với máy tính USB 2.0 mới được sử dụng của họ và ngược lại. Cuối cùng, USB 2.0 đã thành công trong việc thay thế phiên bản cuối cùng của USB với tốc độ truyền dữ liệu đáng tin cậy hơn và cung cấp điện năng 2,5W, 5V và dòng điện tối đa 500mA.

Khả năng tương thích: USB Loại A, Loại B, Mini-A, Mini B, Mini AB, Micro-A, Micro B, Micro AB.

3. USB 3.2 Gen.1 - USB SuperSpeed 5Gbps

Tiến bộ công nghệ đã thúc đẩy hơn nữa việc áp dụng các thiết bị IoT, đặc biệt là trong các ứng dụng công nghiệp. Do đó, nhu cầu băng thông ngày càng gia tăng để cho phép tốc độ truyền dữ liệu mượt mà và đáng tin cậy hơn. USB 3.2 Gen 1, còn được gọi là USB SuperSpeed 5Gbps, cung cấp tốc độ truyền dữ liệu lên đến 5Gbps. Quan trọng nhất, các phiên bản USB 3.2 đã áp dụng Full Duplex cho phép hai thiết bị được kết nối truyền và nhận dữ liệu cùng một lúc. Kết quả là, phiên bản USB này đã thu hút được nhiều ngành công nghiệp do tốc độ truyền dữ liệu được tăng cường đáng kể, đặc biệt là hiện đang ở chế độ song công.

Khả năng tương thích: USB loại A, loại B và Micro B SuperSpeed

4. USB 3.2 Thế hệ 2 - USB SuperSpeed 10Gbps

USB 3.2 Gen 2, trước đây được gọi là USB 3.1, hiện cung cấp tốc độ truyền dữ liệu lên đến 10 Gigabit / giây. Để tránh nhầm lẫn, USB 3.2 Gen 2 thường được gọi là “SuperSpeed USB 10 Gbps”. Nâng cấp cụ thể này đã tăng gấp đôi tốc độ truyền tải tối đa của phiên bản USB cuối cùng, mang lại hiệu suất tăng đáng kể để đáp ứng các yêu cầu tính toán cho các ứng dụng lưu trữ và hiển thị. Ngoài ra, cả USB 3.2 Gen 1 và Gen 2 đều đã sử dụng USB PD cung cấp nguồn điện lên đến 20V ở 5A cho tiềm năng 100 watt thông qua phần cứng được hỗ trợ.

Khả năng tương thích: USB type A, Type B, Micro B SuperSpeed và type-C

>> Xem thêm: Chuẩn USB-C là gì? Tại sao nên chọn USB-C cho giải pháp công nghiệp

Màu sắc khác nhau của các thế hệ USB có ý nghĩa gì?

Mỗi thế hệ USB có thể được xác định bằng màu sắc của cổng giao tiếp hoặc đầu nối. Tính năng này cho USB cho phép người dùng phân biệt chức năng của chúng một cách nhanh chóng và hiệu quả bằng mắt thường. Đây là thông số kỹ thuật cho từng màu:

• Đen trắng: Thế hệ USB 1.1 và USB 2.0.
• Màu xanh lam: USB 3.2 Thế hệ 1 SuperSpeed
• Màu xanh: USB 3.2 Thế hệ 1
• Màu đỏ: USB 3.2 Gen 2 đề cập đến cổng always-active

Tại sao USB lại quan trọng trong các ứng dụng công nghiệp?

USB cung cấp giao diện dữ liệu digital cực nhanh và các kết nối có thể thay thế nóng cho PC, làm cho USB trở thành lựa chọn phù hợp cho các ứng dụng công nghiệp. Nhiều ứng dụng công nghiệp yêu cầu giao diện trực tiếp với máy tính công nghiệp để phân tích, giám sát, thu thập và thu thập dữ liệu. Do đó, với chuẩn USB đã được áp dụng rộng rãi hơn 20 năm nay đã trở thành lựa chọn tốt nhất để cung cấp giao diện đáng tin cậy giữa máy tính và các thiết bị ngoại vi, đặc biệt là với sự xuất hiện của USB3 Vision.

USB3 Vision được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 2013; nó tạo ra một tiêu chuẩn mới cho các ứng dụng camera công nghiệp để giảm bớt các ứng dụng và các loại cáp độc quyền từ các ngành công nghiệp khác nhau. Ngoài ra, USB3 Vision còn trở thành chuẩn GenIcam, giao diện lập trình cho camera máy công nghiệp. Do đó, USB3 Vision và GenICam cho phép giao diện băng thông cao và độ trễ thấp cùng với khả năng cung cấp điện năng. Do đó, các cổng tiêu chuẩn USB có mặt trên hầu hết các máy ảnh máy móc công nghiệp để đơn giản hóa việc thực hiện từ tính năng plug-and-play của nó và giảm chi phí không mong muốn cho các đầu nối cáp khác nhau.

Lợi ích của USB trong các ứng dụng công nghiệp

Tương thích ngược

Tất cả các phiên bản USB đều tương thích ngược, vì vậy người dùng không phải lo lắng về phiên bản cổng USB nào giữa máy tính và thiết bị ngoại vi. Miễn là các cổng tiêu chuẩn giống nhau, chúng có thể kết nối. Điều này mang lại sự dễ dàng cho các ứng dụng công nghiệp bằng cách tiết kiệm chi phí cần thiết để nâng cấp các phiên bản USB thay đổi liên tục.

Có thể thay thế nóng

Tính năng có thể thay thế nóng của USB cực kỳ quan trọng, đặc biệt là trong các ứng dụng công nghiệp. Tính năng này cho phép ngành công nghiệp thay thế hoặc nâng cấp thiết bị mà không cần tắt hoặc khởi động lại hệ thống đang chạy.

Khả năng năng lượng

Các phiên bản USB có thể cấp nguồn cho thiết bị mà không yêu cầu nguồn điện bổ sung. Do đó, hệ thống USB không cần cáp khác cho nguồn điện, điều này cho phép toàn bộ hệ thống dễ di chuyển hơn và loại bỏ chi phí cáp bổ sung.

Chi phí

Một khe cắm USB không có nghĩa là nó chỉ có thể kết nối với một thiết bị. Bên cạnh đó, một khe cắm USB cho phép máy tính (máy chủ) kết nối tới 127 thiết bị khác nhau bằng cách sử dụng bộ chia USB. Tuy nhiên, khi nhiều thiết bị được kết nối hơn, nó có thể làm giảm đáng kể tốc độ truyền dữ liệu do nhiều phân vùng băng thông USB hơn trên một tín hiệu USB.

Sự khác biệt giữa USB và Thunderbolt là gì?

Cáp Thunderbolt tương thích với các thiết bị và cáp USB4 Type-C, nhưng chúng không hoàn toàn giống nhau. Thunderbolt được phát triển bởi sự hợp tác giữa Intel và Apple, trong khi USB4 được phát triển bởi USB-IF. USB-C đề cập đến kết nối mà Thunderbolt và USB4 sử dụng. Ngoài ra, Thunderbolt 3 và USB4 có một tính năng rất giống nhau, đó là chúng có thể truyền dữ liệu với tốc độ lên đến 20 đến 40Gbps. Trong khi đó, Thunderbolt4 đạt tốc độ truyền dữ liệu tối đa 40Gbps và cũng có thể kết nối màn hình 4K bên ngoài, làm cho nó nổi bật khi so sánh với USB4.

Máy tính công nghiệp hỗ trợ tối đa 10 cổng USB