USB 커넥터는 종류가 많아서 핀아웃을 찾다 보면 헷갈리기 쉽습니다. Type-A, Type-B, Mini, Micro, Type-C가 다 다르고, 같은 Type-A라도 USB 3.0은 핀이 9개로 늘어납니다. 여기서는 PC 본체나 충전기에서 제일 많이 보는 USB 2.0 Type-A, 그러니까 핀 4개짜리 커넥터만 다룹니다.
핀 4개의 역할
| 핀 | 신호 | 일반적인 선 색상 | 역할 |
|---|---|---|---|
| 1 | VBUS | 빨강 | +5V 전원 |
| 2 | D- | 흰색 | 데이터 - |
| 3 | D+ | 초록 | 데이터 + |
| 4 | GND | 검정 | 접지 |
바깥쪽 두 핀이 전원(1번 +5V, 4번 GND)이고 안쪽 두 핀이 데이터선입니다. D+와 D-는 차동 신호라 한 쌍으로 묶여서 다닙니다. 케이블을 잘라 보면 보통 빨강·흰색·초록·검정 네 가닥이 나오는데, 색상은 관례일 뿐이라 저가 케이블은 다를 수 있습니다. 납땜하기 전에 멀티미터로 커넥터 핀과 선을 한 번씩 찍어 보는 게 안전해요.
그리고 커넥터 단면을 볼 때 암(소켓)인지 수(플러그)인지, 앞에서 본 그림인지 뒤(납땜면)에서 본 그림인지에 따라 핀 순서가 좌우로 뒤집혀 보입니다. 배치도를 보고 작업할 때 가장 많이 틀리는 부분이 이거라서, 그림이 어느 방향 기준인지부터 확인하세요.
플러그를 자세히 보면 바깥쪽 전원 핀 두 개가 안쪽 데이터 핀보다 조금 깁니다. 꽂을 때 전원과 접지가 먼저 닿고 데이터선이 나중에 붙도록 만든 구조라서, 꽂은 채로 연결해도 회로가 안전하게 켜집니다. 커넥터를 직접 고를 때 이 길이 차이가 없는 싸구려 부품은 피하는 게 낫습니다. 케이블 바깥을 감싼 금속 실드는 핀 번호에는 없지만 보통 커넥터 껍데기에 연결되어 있고, 노이즈가 심한 환경에서는 이 실드 처리가 인식 안정성에 영향을 줍니다.
전원만 쓸 때와 데이터까지 쓸 때
LED나 소형 팬처럼 USB로 전원만 받는 경우라면 1번과 4번만 연결하면 됩니다. 다만 PC 포트는 연결된 장치가 데이터 협상을 하지 않으면 많은 전류를 주지 않는 경우가 있고, 충전기 중에는 D+/D- 상태를 보고 출력 전류를 정하는 것도 있습니다. 전원만 뽑아 썼는데 생각보다 전류가 안 나온다면 이쪽을 의심해 볼 만합니다.
규격상 숫자를 보면, USB 2.0 포트는 장치가 정상적으로 연결 설정을 마친 뒤 최대 500mA까지 줄 수 있고 설정 전에는 100mA가 기준입니다. USB 3.0 포트는 900mA입니다. 실제 PC 메인보드는 이보다 넉넉하게 주는 경우가 많지만, 그걸 믿고 회로를 짜면 노트북이나 허브에 꽂았을 때 전압이 떨어지거나 포트 보호 회로가 전원을 끊을 수 있습니다. 모터나 히터처럼 순간 전류가 큰 부하는 따로 전원을 두는 편이 안전합니다.
충전 전용 어댑터는 반대로 D+와 D-를 이용해 "나는 충전기"라고 알립니다. USB 배터리 충전 규격(BC 1.2)의 전용 충전 포트는 D+와 D-를 서로 단락시켜 두고, 일부 제조사 충전기는 저항 분압으로 두 선에 특정 전압을 걸어 둡니다. 직접 만든 보조 전원 장치에 스마트폰을 꽂았는데 아주 느리게 충전된다면 데이터선을 아무 데도 연결하지 않았기 때문일 가능성이 큽니다.
데이터 통신까지 하는 장치를 만들거나 케이블을 연장할 때는 D+/D- 두 선을 가능한 한 함께 꼬아서 짧게 유지하는 게 좋습니다. 데이터선 길이가 서로 많이 다르거나 중간에 납땜이 지저분하면 장치 인식이 됐다 안 됐다 하는 증상이 잘 생깁니다.
USB 3.0 Type-A는 이 4핀 뒤쪽에 고속 송수신용 핀 5개가 따로 붙어 있는 구조라, 앞의 4핀 배치는 2.0과 같습니다. 그래서 3.0 포트에 2.0 장치를 꽂아도 그대로 동작합니다.