Este artículo proporciona información sobre los aspectos físicos de Universal Serial Bus, USB: conectores, cableado y alimentación. Las versiones iniciales del estándar USB especificaban conectores que eran fáciles de usar y que tendrían una vida útil aceptable; las revisiones del estándar agregaron conectores más pequeños útiles para dispositivos portátiles compactos. El desarrollo de mayor velocidad del estándar USB dio lugar a otra familia de conectores para permitir rutas de datos adicionales. Todas las versiones de USB especifican las propiedades del cable; Los cables de la versión 3.X incluyen rutas de datos adicionales. El estándar USB incluía fuente de alimentación para dispositivos periféricos; las versiones modernas del estándar amplían los límites de suministro de energía para la carga de baterías y dispositivos que requieren hasta 100 vatios. Se ha seleccionado USB como formato de carga estándar para muchos teléfonos móviles, lo que reduce la proliferación de cargadores patentados.
Conectores
Los tres tamaños de conectores USB son el formato predeterminado o estándar destinado a equipos de escritorio o portátiles, el mini destinado a equipos móviles y el tamaño micro más delgado , para equipos móviles de bajo perfil como teléfonos móviles y tabletas. Hay cinco velocidades para la transferencia de datos USB: baja velocidad, máxima velocidad, alta velocidad (a partir de la versión 2.0 de la especificación), SuperSpeed (a partir de la versión 3.0) y SuperSpeed + (a partir de la versión 3.1). Los modos tienen diferentes requisitos de hardware y cableado. Los dispositivos USB tienen algunas opciones de modos implementados, y la versión USB no es una declaración confiable de los modos implementados. Los modos se identifican por sus nombres e íconos, y la especificación sugiere que los enchufes y receptáculos estén codificados por colores (SuperSpeed se identifica en azul).
A diferencia de otros buses de datos (como Ethernet), las conexiones USB están dirigidas; un dispositivo host tiene puertos orientados hacia "aguas abajo" que se conectan a los puertos orientados hacia "aguas arriba" de los dispositivos. Solo los puertos orientados hacia abajo proporcionan energía; esta topología se eligió para evitar fácilmente sobrecargas eléctricas y equipos dañados. Así, los cables USB tienen diferentes extremos: A y B, con diferentes conectores físicos para cada uno. Cada formato tiene un enchufe y un receptáculo definidos para cada uno de los extremos A y B. Los cables USB tienen enchufes y los receptáculos correspondientes están en las computadoras o dispositivos electrónicos. En la práctica común, el extremo A suele ser el formato estándar y el lado B varía entre estándar, mini y micro. Los formatos mini y micro también proporcionan USB On-The-Go con un receptáculo AB hermafrodita, que acepta un enchufe A o B. On-The-Go permite USB entre pares sin descartar la topología dirigida eligiendo el host en el momento de la conexión; también permite que un receptáculo realice una doble función en aplicaciones con limitaciones de espacio .
Propiedades del conector
Los conectores que especifica el comité de USB respaldan una serie de objetivos subyacentes de USB y reflejan las lecciones aprendidas de los muchos conectores que ha utilizado la industria de la computación. El conector hembra montado en el host o dispositivo se llama receptáculo y el conector macho conectado al cable se llama enchufe . [1] Los documentos oficiales de especificación USB también definen periódicamente el término macho para representar el enchufe y hembra para representar el receptáculo. [2]
Por diseño, es difícil insertar un enchufe USB en su receptáculo de forma incorrecta. La especificación USB requiere que el enchufe y el receptáculo del cable estén marcados para que el usuario pueda reconocer la orientación correcta. [1] Sin embargo, el conector USB-C es reversible. Los cables USB y los dispositivos USB pequeños se mantienen en su lugar mediante la fuerza de agarre del receptáculo, sin tornillos, clips o giros con el pulgar, como usan otros conectores.
Los diferentes enchufes A y B evitan que se conecten accidentalmente dos fuentes de alimentación. Sin embargo, parte de esta topología dirigida se pierde con el advenimiento de las conexiones USB multipropósito (como USB On-The-Go en teléfonos inteligentes y enrutadores Wi-Fi alimentados por USB), que requieren A-to-A, B- to-B y, a veces, Y / cables divisores. Consulte la sección de conectores USB On-The-Go a continuación para obtener una descripción resumida más detallada.
Hay cables con enchufes A en ambos extremos, que pueden ser válidos si el cable incluye, por ejemplo, un dispositivo de transferencia USB de host a host con dos puertos. [3]
Durabilidad
Los conectores estándar fueron diseñados para ser más robustos que muchos conectores anteriores. Esto se debe a que el USB es intercambiable en caliente y los conectores se usarían con más frecuencia, y quizás con menos cuidado, que los conectores anteriores.
El USB estándar tiene una vida útil mínima nominal de 1,500 ciclos de inserción y extracción, [4] el receptáculo mini-USB aumenta esto a 5,000 ciclos, [4] y los receptáculos Micro-USB [4] y USB-C más nuevos están diseñados para una vida útil nominal mínima de 10.000 ciclos de inserción y extracción. [5] Para lograr esto, se agregó un dispositivo de bloqueo y la ballesta se movió del gato al enchufe, de modo que la parte más estresada esté en el lado del cable de la conexión. Este cambio se realizó para que el conector del cable menos costoso sufriera el mayor desgaste . [6] [4]
En el USB estándar, los contactos eléctricos en un conector USB están protegidos por una lengüeta de plástico adyacente, y todo el conjunto de conexión suele estar protegido por una carcasa metálica envolvente. [4]
La carcasa del enchufe hace contacto con el receptáculo antes que cualquiera de los pines internos. La carcasa suele estar conectada a tierra para disipar la electricidad estática y proteger los cables dentro del conector.
Compatibilidad
El estándar USB especifica tolerancias para conectores USB compatibles con el fin de minimizar las incompatibilidades físicas en conectores de diferentes proveedores. La especificación USB también define límites al tamaño de un dispositivo de conexión en el área alrededor de su enchufe, de modo que los puertos adyacentes no se bloqueen. Los dispositivos compatibles deben ajustarse a las restricciones de tamaño o admitir un cable de extensión compatible que lo haga.
Pinouts
USB 2.0 utiliza dos cables para alimentación (V BUS y GND) y dos para señales de datos en serie diferenciales . Los conectores mini y micro tienen sus conexiones GND movidas desde el pin # 4 al pin # 5, mientras que su pin # 4 sirve como un pin de identificación para la identificación de host / cliente On-The-Go. [7]
USB 3.0 proporciona dos pares diferenciales adicionales (cuatro cables, SSTx +, SSTx−, SSRx + y SSRx−), que proporcionan transferencias de datos full-duplex en SuperSpeed , lo que lo hace similar a Serial ATA o PCI Express de un solo carril .
Alfiler | Nombre | Color del cable [a] | Descripción | |
---|---|---|---|---|
1 | BUS V | Rojo o | naranja | +5 V |
2 | D− | Blanco o | Oro | Datos− |
3 | D + | Verde | Datos + | |
4 | GND | Negro o | Azul | Suelo |
Alfiler | Nombre | Color del cable [a] | Descripción |
---|---|---|---|
1 | BUS V | rojo | +5 V |
2 | D− | blanco | Datos− |
3 | D + | Verde | Datos + |
4 | IDENTIFICACIÓN | Sin alambre | La identificación On-The-Go distingue los extremos de los cables:
|
5 | GND | Negro | Tierra de señal |
Colores
Color | Localización | Descripción | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Blanco o negro | Puertos y enchufes | Tipo A o tipo B | ||||||
Azul ( Pantone 300C) | Puertos y enchufes | Tipo A o tipo B, SuperSpeed | ||||||
Azul verdoso | Puertos y enchufes | Tipo A o tipo B, SuperSpeed + | ||||||
Verde | Puertos y enchufes | Carga rápida Qualcomm de tipo A o tipo B [9] | ||||||
Púrpura | Solo enchufes | Tipo-A o USB-C, Huawei SuperCharge | ||||||
Amarillo o rojo | Solo puertos | Alta corriente o reposo y carga | ||||||
naranja | Solo puertos | Conector de alta retención, utilizado principalmente en hardware industrial |
Los puertos y conectores USB a menudo están codificados por colores para distinguir sus diferentes funciones y versiones de USB. Estos colores no forman parte de la especificación USB y pueden variar entre fabricantes; por ejemplo, la especificación USB 3.0 exige la codificación de colores adecuada, mientras que solo recomienda inserciones azules para conectores y enchufes USB 3.0 estándar A. [10]
Tipos de conectores
Los tipos de conectores USB se multiplicaron a medida que avanzaba la especificación. La especificación USB original detallaba los enchufes y receptáculos estándar A y B estándar. Los conectores eran diferentes para que los usuarios no pudieran conectar un receptáculo de computadora a otro. Los pines de datos en los enchufes estándar están empotrados en comparación con los pines de alimentación para que el dispositivo pueda encenderse antes de establecer una conexión de datos. Algunos dispositivos funcionan en diferentes modos dependiendo de si se realiza la conexión de datos. Las bases de carga suministran energía y no incluyen un dispositivo host o pines de datos, lo que permite que cualquier dispositivo USB capaz se cargue o funcione con un cable USB estándar. Los cables de carga proporcionan conexiones de alimentación, pero no de datos. En un cable de solo carga, los cables de datos están en corto en el extremo del dispositivo; de lo contrario, el dispositivo puede rechazar el cargador por no ser adecuado.
Conectores estándar
- El enchufe tipo A. Este enchufe tiene una sección transversal rectangular alargada, se inserta en un receptáculo tipo A en un puerto descendente en un host o concentrador USB, y transporta energía y datos. Los cables cautivos en dispositivos USB, como teclados o ratones, terminan con un enchufe tipo A.
- El enchufe tipo B: este enchufe tiene una sección transversal casi cuadrada con las esquinas exteriores superiores biseladas. Como parte de un cable extraíble, se inserta en un puerto ascendente de un dispositivo, como una impresora. En algunos dispositivos, el receptáculo tipo B no tiene conexiones de datos, y se usa únicamente para aceptar energía del dispositivo ascendente. Este esquema de tipo de dos conectores (A / B) evita que un usuario cree un bucle accidentalmente. [11] [12]
La sección transversal máxima permitida de la funda de sobremolde (que forma parte del conector utilizado para su manipulación) es de 16 por 8 mm (0,63 por 0,31 in) para el tipo de enchufe estándar A, mientras que para el tipo B es de 11,5 por 10,5 mm (0,45 por 0,41 pulg.). [2]
Mini conectores
Los conectores mini-USB se introdujeron junto con USB 2.0 en abril de 2000, para su uso con dispositivos más pequeños como cámaras digitales , teléfonos inteligentes y tabletas . El conector Mini-A y el conector de receptáculo Mini-AB han quedado obsoletos desde mayo de 2007. [13] Los conectores Mini-B aún son compatibles, pero no cumplen con las normas On-The-Go ; [14] el conector USB Mini-B era estándar para transferir datos desde y hacia los primeros teléfonos inteligentes y PDA. Los enchufes Mini-A y Mini-B miden aproximadamente 3 por 7 mm (0,12 por 0,28 pulg.).
Micro conectores
Los conectores micro-USB, que fueron anunciados por USB-IF el 4 de enero de 2007, [15] [16] tienen un ancho similar al Mini-USB, pero aproximadamente la mitad del grosor, lo que permite su integración en dispositivos portátiles más delgados. El conector Micro-A es de 6,85 por 1,8 mm (0,270 por 0,071 pulg.) Con un tamaño máximo de funda de sobremolde de 11,7 por 8,5 mm (0,46 por 0,33 pulg.), Mientras que el conector Micro-B es de 6,85 por 1,8 mm (0,270 por 0,071 pulg. ) con un tamaño máximo de sobremolde de 10,6 por 8,5 mm (0,42 por 0,33 pulg.). [8]
Los conectores Micro-USB más delgados estaban destinados a reemplazar los conectores Mini en dispositivos fabricados desde mayo de 2007, incluidos teléfonos inteligentes , asistentes digitales personales y cámaras. [17]
El diseño de micro enchufe está clasificado para al menos 10,000 ciclos de conexión y desconexión, que es más que el diseño de mini enchufe. [15] [18] El conector Micro también está diseñado para reducir el desgaste mecánico del dispositivo; en cambio, el cable más fácil de reemplazar está diseñado para soportar el desgaste mecánico de la conexión y desconexión. La especificación de conectores y cables Micro-USB de bus serie universal detalla las características mecánicas de los enchufes Micro-A , receptáculos Micro-AB (que aceptan enchufes Micro-A y Micro-B), enchufes Micro USB de doble cara y Micro-B y receptáculos, [18] junto con un receptáculo Standard-A a un adaptador de enchufe Micro-A.
Estándar OMTP
Micro-USB fue aprobado como el conector estándar para datos y energía en dispositivos móviles por el grupo de operadores de telefonía celular Open Mobile Terminal Platform (OMTP) en 2007. [19]
Micro-USB fue adoptado como la "solución de carga universal" por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) en octubre de 2009. [20]
En Europa, el micro-USB se convirtió en la fuente de alimentación externa común (EPS) definida para su uso con teléfonos inteligentes vendidos en la UE, [21] y 14 de los mayores fabricantes de teléfonos móviles del mundo firmaron el Memorando de Entendimiento (MoU) común de EPS de la UE. [22] [23] Apple , uno de los firmantes originales del MoU, pone a disposición adaptadores Micro-USB, según lo permitido en el Common EPS MoU, para sus iPhones equipados con el conector de base de 30 clavijas patentado de Apple o el conector Lightning (posterior) . [24] [25] según el CEN , CENELEC y ETSI .
Conectores USB 3.xy compatibilidad con versiones anteriores
USB 3.0 introdujo enchufes y receptáculos SuperSpeed Tipo A, así como enchufes y receptáculos SuperSpeed Tipo B de tamaño micro. Los receptáculos 3.0 son retrocompatibles con los correspondientes enchufes anteriores a 3.0.
Los enchufes y receptáculos USB 3.xy USB 1.x Tipo A están diseñados para interoperar. Para lograr la SuperSpeed de USB 3.0 (y SuperSpeed + para USB 3.1 Gen 2), se agregan 5 pines adicionales al área no utilizada del diseño original de USB 1.0 de 4 pines, lo que hace que los enchufes y receptáculos USB 3.0 Tipo A sean retrocompatibles con los de USB 1.0.
En el lado del dispositivo, se utiliza un conector Micro-B modificado (Micro-B SuperSpeed) para atender los cinco pines adicionales necesarios para lograr las características de USB 3.0 (también se puede usar un conector USB-C). La clavija USB 3.0 Micro-B consiste efectivamente en una clavija de cable USB 2.0 Micro-B estándar, con una clavija adicional de 5 pines "apilada" a un lado. De esta manera, los cables con enchufes USB 2.0 Micro-B de 5 pines más pequeños se pueden conectar a dispositivos con receptáculos USB 3.0 Micro-B de 10 contactos y lograr compatibilidad con versiones anteriores.
Existen cables USB con varias combinaciones de enchufes en cada extremo del cable, como se muestra a continuación en la matriz de cables USB .
Conectores USB On-The-Go
USB On-The-Go (OTG) introduce el concepto de un dispositivo que desempeña funciones tanto de maestro como de esclavo. Todos los dispositivos OTG actuales deben tener un solo conector USB: un receptáculo Micro-AB. (En el pasado, antes del desarrollo de Micro-USB, los dispositivos On-The-Go usaban receptáculos Mini -AB).
El receptáculo Micro-AB es capaz de aceptar enchufes Micro-A y Micro-B, conectados a cualquiera de los cables y adaptadores legales como se define en la revisión 1.01 de la especificación Micro-USB.
Para permitir que los receptáculos Tipo AB distingan qué extremo de un cable está enchufado, los enchufes tienen un pin "ID" además de los cuatro contactos en los conectores USB de tamaño estándar. Este pin de ID está conectado a GND en los enchufes de tipo A y se deja desconectado en los enchufes de tipo B. Normalmente, se utiliza una resistencia pull-up en el dispositivo para detectar la presencia o ausencia de una conexión de identificación.
El dispositivo OTG con el conector A insertado se denomina dispositivo A y es responsable de alimentar la interfaz USB cuando sea necesario y, de forma predeterminada, asume la función de host. El dispositivo OTG con el conector B insertado se denomina dispositivo B y, por defecto, asume la función de periférico. Un dispositivo OTG sin enchufe insertado actúa de forma predeterminada como un dispositivo B. Si una aplicación en el dispositivo B requiere el rol de anfitrión, entonces el Protocolo de Negociación de Anfitrión (HNP) se usa para transferir temporalmente el rol de anfitrión al dispositivo B.
Los dispositivos OTG conectados a un dispositivo B solo periférico o un host estándar / integrado tienen su función fijada por el cable, ya que en estos escenarios solo es posible conectar el cable de una manera. [ cita requerida ]
USB-C
Desarrollada aproximadamente al mismo tiempo que la especificación USB 3.1, pero a diferencia de ella, la Especificación USB-C 1.0 se finalizó en agosto de 2014 [26] y define un nuevo conector pequeño de enchufe reversible para dispositivos USB. [27] El enchufe USB-C se conecta tanto a hosts como a dispositivos, reemplazando varios conectores y cables Tipo-A y Tipo-B con un estándar destinado a ser preparado para el futuro. [26] [28]
El conector de doble cara de 24 pines proporciona cuatro pares de alimentación a tierra, dos pares diferenciales para el bus de datos USB 2.0 (aunque solo se implementa un par en un cable USB-C), cuatro pares para el bus de datos SuperSpeed (solo se usan dos pares) en modo USB 3.1), dos pines de "uso de banda lateral", V CONN +5 V de alimentación para cables activos y un pin de configuración para la detección de la orientación del cable y el canal de datos de configuración del código de marca bifásico (BMC) dedicado . [29] [30] Se requieren adaptadores y cables Tipo-A y Tipo-B para que los dispositivos más antiguos se conecten a hosts USB-C. No se permiten adaptadores ni cables con receptáculo USB-C. [31]
Los cables USB-C 3.1 con todas las funciones son cables marcados electrónicamente que contienen un conjunto completo de cables y un chip con una función de identificación basada en el canal de datos de configuración y los mensajes definidos por el proveedor (VDM) de la especificación USB Power Delivery 2.0 . Los dispositivos USB-C también admiten corrientes de alimentación de 1,5 A y 3,0 A a través del bus de alimentación de 5 V además de la línea de base de 900 mA; Los dispositivos pueden negociar un aumento de corriente USB a través de la línea de configuración o pueden admitir la especificación de entrega de energía completa mediante la línea de configuración codificada en BMC y la línea V BUS heredada con codificación BFSK . [ cita requerida ]
Receptáculos de interfaz de dispositivo y host
Los enchufes USB se ajustan a un receptáculo con notables excepciones para la compatibilidad con USB On-The-Go "AB" y la compatibilidad general con versiones anteriores de USB 3.0 como se muestra.
Receptáculo | Enchufe | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
USB A | USB 3.0 A SS | USB B | USB 3.0 B SS | USB Mini-A | USB Mini-B | USB Micro-A 1 | USB Micro-B | USB 3.0 Micro-B | USB-C | |
USB A | sí | Solo sin SuperSpeed | No | No | No | No | No | No | No | No |
USB 3.0 A SS | Solo sin SuperSpeed | sí | No | No | No | No | No | No | No | No |
USB B | No | No | sí | No | No | No | No | No | No | No |
USB 3.0 B SS | No | No | Solo sin SuperSpeed | sí | No | No | No | No | No | No |
USB Mini-A | No | No | No | No | Obsoleto | No | No | No | No | No |
USB Mini-AB | No | No | No | No | Obsoleto | Obsoleto | No | No | No | No |
USB Mini-B | No | No | No | No | No | sí | No | No | No | No |
USB Micro-AB | No | No | No | No | No | No | sí | sí | No | No |
USB Micro-B | No | No | No | No | No | No | No | sí | No | No |
USB 3.0 Micro-B SS | No | No | No | No | No | No | No | Solo sin SuperSpeed | sí | No |
USB C | No | No | No | No | No | No | No | No | No | sí |
^ 1 Nunca se diseñó ningún receptáculo Micro-A correspondiente. |
Tapones, cada extremo | USB A | USB Mini-A | USB Micro-A | USB B | USB Mini-B | USB Micro-B | USB 3.0 Micro-B | USB C |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
USB A | Propietario, peligroso | Propietario, peligroso | Propietario, peligroso | sí | sí | sí | sí | sí |
USB Mini-A | Propietario, peligroso | No | No | Obsoleto | Obsoleto | No estándar | No | No |
USB Micro-A | Propietario, peligroso | No | No | No estándar | No estándar | sí | No | No |
USB B | sí | Obsoleto | No estándar | No | No | No | No | sí |
USB Mini-B | sí | Obsoleto | No estándar | No | OTG no estándar | OTG no estándar | No | sí |
USB Micro-B | sí | No estándar | sí | No | OTG no estándar | OTG no estándar | No | sí |
USB 3.0 Micro-B | sí | No | No | No | No | No | OTG no estándar | sí |
USB C | sí | No | No | sí | sí | sí | sí | sí |
- Propietario, peligroso
- Existente para propósitos de propiedad específicos , no interoperable con equipo compatible con USB-IF y posiblemente dañe ambos dispositivos cuando se enchufa. Además de los conjuntos de cables anteriores que comprenden dos enchufes, un cable "adaptador" con un enchufe Micro-A y un El receptáculo A estándar cumple con las especificaciones USB. [8] Otras combinaciones de conectores no cumplen. Existen conjuntos A-to-A, denominados cables (como el cable Easy Transfer ); sin embargo, estos tienen un par de dispositivos USB en el medio, lo que los convierte en algo más que cables.
- No estándar
- Los estándares USB no enumeran exhaustivamente todas las combinaciones con un conector tipo A y un conector tipo B; sin embargo, la mayoría de estos cables tienen buenas posibilidades de funcionar.
- OTG no estándar
- Cables "OTG" comúnmente disponibles que abordan el uso indebido generalizado de receptáculos Micro-B y Mini-B para dispositivos OTG, por ejemplo, teléfonos inteligentes (a diferencia de Micro-AB y Mini-AB, que aceptan cualquiera de los dos enchufes). , estos cables al menos no representan un peligro de daño al dispositivo, ya que los puertos de tipo B en los dispositivos no tienen alimentación de forma predeterminada. [32]
- Obsoleto
- Algunos dispositivos y cables más antiguos con conectores Mini-A han sido certificados por USB-IF. El conector Mini-A está obsoleto: no se certificarán nuevos conectores Mini-A ni receptáculos Mini-A ni Mini-AB. [13]Nota: Mini-B no está obsoleto, aunque se utiliza cada vez menos desde la llegada de Micro-B.
Conectores y formatos propietarios
Es posible que los fabricantes de dispositivos electrónicos personales no incluyan un conector estándar USB en su producto por razones técnicas o de marketing. [33] Algunos fabricantes, como Apple, proporcionan cables patentados que permiten que sus dispositivos se conecten físicamente a un puerto estándar USB. No se garantiza la plena funcionalidad de los puertos y cables patentados con puertos USB estándar; por ejemplo, algunos dispositivos solo usan la conexión USB para cargar la batería y no implementan ninguna función de transferencia de datos. [34]
Cableado
Las señales D ± utilizadas por velocidad baja, completa y alta se transmiten a través de un par trenzado (normalmente sin blindaje) para reducir el ruido y la diafonía . SuperSpeed utiliza pares diferenciales de transmisión y recepción separados , que además requieren blindaje (normalmente, par trenzado blindado, pero twinax también se menciona en la especificación). Por lo tanto, para admitir la transmisión de datos SuperSpeed, los cables contienen el doble de cables y, por lo tanto, tienen un diámetro mayor. [35]
El estándar USB 1.1 especifica que un cable estándar puede tener una longitud máxima de 5 metros (16 pies 5 pulgadas) con dispositivos funcionando a máxima velocidad (12 Mbit / s) y una longitud máxima de 3 metros (9 pies 10 pulgadas) con dispositivos que funcionan a baja velocidad (1,5 Mbit / s). [36] [37] [38]
USB 2.0 proporciona una longitud máxima de cable de 5 metros (16 pies 5 pulgadas) para dispositivos que funcionan a alta velocidad (480 Mbit / s). La razón principal de este límite es el retardo de ida y vuelta máximo permitido de aproximadamente 1,5 μs. Si los comandos del host USB no son respondidos por el dispositivo USB dentro del tiempo permitido, el host considera que el comando se perdió. Al agregar el tiempo de respuesta del dispositivo USB, los retrasos del número máximo de concentradores agregados al retraso de los cables de conexión, el retraso máximo aceptable por cable asciende a 26 ns. [39] La especificación USB 2.0 requiere que el retardo del cable sea inferior a 5,2 ns / m (1,6 ns / ft), ( 192 000 km / s) , que se acerca a la velocidad de transmisión máxima alcanzable para un cable de cobre estándar.
El estándar USB 3.0 no especifica directamente una longitud máxima de cable, y solo requiere que todos los cables cumplan con una especificación eléctrica: para cableado de cobre con cables AWG 26, la longitud práctica máxima es de 3 metros (9 pies 10 pulgadas). [40]
Energía
Especificación | Actual | Voltaje | Potencia (máx.) |
---|---|---|---|
Dispositivo de bajo consumo | 100 mA | 5 V | 0,50 W |
Dispositivo SuperSpeed (USB 3.0) de bajo consumo | 150 mA | 5 V | 0,75 W |
Dispositivo de alta potencia | 500 mA [a] | 5 V | 2,5 W |
Dispositivo SuperSpeed (USB 3.0) de alta potencia | 900 mA [b] | 5 V | 4,5 W |
Dispositivo SuperSpeed de varios carriles (USB 3.2 Gen x2) | 1,5 A [c] | 5 V | 7,5 W |
Carga de la batería (BC) 1.1 | 1,5 A | 5 V | 7,5 W |
Carga de la batería (BC) 1.2 | 5 A | 5 V | 25 W |
USB-C | 1,5 A | 5 V | 7,5 W |
3 A | 5 V | 15 W | |
Entrega de energía 1.0 Micro-USB | 3 A | 20 V | 60 W |
Entrega de energía 1.0 Tipo-A / B | 5 A | 20 V | 100 W |
Entrega de energía 2.0 / 3.0 Tipo-C | 5 A [d] | 20 V | 100 W |
|
USB suministra energía a 5 V ± 5% para alimentar dispositivos USB descendentes. Para permitir caídas de voltaje, el voltaje en el puerto del concentrador se especifica en el rango4,40-5,25 V por USB 2.0 y4,45–5,25 V [41] [ no lo suficientemente específico para verificar ] mediante USB 3.0. La configuración de los dispositivos y las funciones de bajo consumo deben operar hasta 4,40 V en el puerto del concentrador mediante USB 2.0 y las funciones de configuración, baja y alta potencia de los dispositivos deben operar hasta 4,00 V en el puerto del dispositivo mediante USB 3.0.
El límite para el consumo de energía del dispositivo se establece en términos de una unidad de carga que es 100 mA o 150 mA para dispositivos SuperSpeed. Los dispositivos de bajo consumo pueden consumir como máximo 1 unidad de carga y todos los dispositivos deben actuar como dispositivos de bajo consumo antes de configurarse. Se debe configurar un dispositivo de alta potencia, después de lo cual puede consumir hasta 5 unidades de carga (500 mA) o 6 unidades de carga (900 mA) para dispositivos SuperSpeed, como se especifica en su configuración (es decir, porque la potencia máxima puede no ser disponible). [42] [43] [44] [45]
Un concentrador alimentado por bus es un dispositivo de alta potencia que proporciona puertos de baja potencia. Toma 1 unidad de carga para el controlador del concentrador y 1 unidad de carga para cada uno de los 4 puertos como máximo. El concentrador también puede tener algunas funciones no extraíbles en lugar de puertos. Un concentrador autoalimentado es un dispositivo que proporciona puertos de alta potencia. Opcionalmente, el controlador del concentrador puede consumir energía para su funcionamiento como un dispositivo de baja potencia, pero todos los puertos de alta potencia se basan en la alimentación propia del concentrador.
Cuando los dispositivos (por ejemplo, las unidades de disco de alta velocidad) requieren más energía de la que puede consumir un dispositivo de alta potencia, [46] funcionan de manera errática, si es que lo hacen, a partir de la alimentación del bus de un solo puerto. USB permite que estos dispositivos sean autoalimentados. Sin embargo, estos dispositivos pueden venir con un cable en forma de Y que tiene dos enchufes USB (uno para energía y datos, el otro solo para energía), para consumir energía como dos dispositivos. [47] Dicho cable no es estándar, y la especificación de cumplimiento de USB establece que "el uso de un cable 'Y' (un cable con dos enchufes A) está prohibido en cualquier periférico USB", lo que significa que "si un periférico USB requiere más energía de la permitida por la especificación USB para la que está diseñado, entonces debe ser autoalimentado ". [48]
Carga de batería USB
La carga de batería USB ( BC ) define un puerto de carga , que puede ser un puerto de carga descendente (CDP), con datos, o un puerto de carga dedicado (DCP) sin datos. Se pueden encontrar puertos de carga dedicados en adaptadores de corriente USB para ejecutar dispositivos conectados y paquetes de baterías. Los puertos de carga en un host con ambos tipos estarán etiquetados. [49]
El dispositivo de carga identifica un puerto de carga mediante la señalización sin datos en los terminales D + y D−. Un puerto de carga dedicado coloca una resistencia que no exceda los 200 Ω entre los terminales D + y D−. [49] [50]
Según la especificación básica, cualquier dispositivo conectado a un puerto descendente estándar (SDP) debe ser inicialmente un dispositivo de bajo consumo, con el modo de alto consumo dependiendo de la configuración USB posterior del host. Los puertos de carga, sin embargo, pueden suministrar inmediatamente entre 0,5 y 1,5 A de corriente. El puerto de carga no debe aplicar una limitación de corriente por debajo de 0,5 A y no debe apagarse por debajo de 1,5 A o antes de que el voltaje caiga a 2 V. [49]
Dado que estas corrientes son mayores que en el estándar original, la caída de voltaje adicional en el cable reduce los márgenes de ruido, lo que causa problemas con la señalización de alta velocidad. La Especificación de carga de batería 1.1 especifica que los dispositivos de carga deben limitar dinámicamente el consumo de corriente del bus durante la señalización de alta velocidad; [51] 1.2 especifica que los dispositivos y puertos de carga deben diseñarse para tolerar la mayor diferencia de voltaje de tierra en la señalización de alta velocidad.
La revisión 1.2 de la especificación se publicó en 2010. Se realizaron varios cambios y se aumentaron los límites, incluido el permitir 1,5 A en la carga de puertos descendentes para dispositivos no configurados, lo que permite la comunicación de alta velocidad con una corriente de hasta 1,5 A y una corriente máxima de 5 R. Además, se eliminó el soporte para la detección de puertos de carga mediante mecanismos resistivos. [52]
Antes de que se definiera la Especificación de carga de la batería, no existía una forma estandarizada para que el dispositivo portátil preguntara cuánta corriente estaba disponible. Por ejemplo, los cargadores de iPod y iPhone de Apple indican la corriente disponible por voltajes en las líneas D− y D +. Cuando D + = D− = 2.0 V, el dispositivo puede subir hasta 900 mA. Cuando D + = 2.0 V y D− = 2.8 V, el dispositivo puede generar hasta 1 A de corriente. [53] Cuando D + = 2.8 V y D− = 2.0 V, el dispositivo puede generar hasta 2 A de corriente. [54]
Adaptadores de carga de accesorios (ACA)
Es posible que los dispositivos portátiles que tengan un puerto USB On-The-Go quieran cargar y acceder a un periférico USB simultáneamente, pero tener un solo puerto (tanto debido a los requisitos de espacio como de On-The-Go) evita esto. Los adaptadores de carga de accesorios (ACA) son dispositivos que proporcionan energía de carga portátil a una conexión On-The-Go entre el host y el periférico.
Los ACA tienen tres puertos: el puerto OTG para el dispositivo portátil, que debe tener un enchufe Micro-A en un cable cautivo; el puerto de accesorios, que debe tener un receptáculo Micro-AB o tipo A; y el puerto de carga, que debe tener un receptáculo Micro-B, o un enchufe o cargador tipo A en un cable cautivo. El pin de ID del puerto OTG no está conectado dentro del enchufe como de costumbre, sino al propio ACA, donde las señales fuera de los estados OTG flotante y de tierra se utilizan para la detección de ACA y la señalización de estado. El puerto de carga no pasa datos, pero usa las señales D ± para la detección del puerto de carga. El puerto de accesorios actúa como cualquier otro puerto. Cuando el ACA lo indica adecuadamente, el dispositivo portátil puede cargarse desde la alimentación del bus como si hubiera un puerto de carga presente; cualquier señal OTG a través de la alimentación del bus se pasa al dispositivo portátil a través de la señal de identificación. La alimentación del bus también se proporciona al puerto de accesorios desde el puerto de carga de forma transparente. [49]
Entrega de energía USB
Perfil | +5 V | +12 V | +20 V |
---|---|---|---|
0 | Reservado | ||
1 | 2,0 A, 10 W [a] | N / A | N / A |
2 | 1,5 A, 18 W | ||
3 | 3,0 A, 36 W | ||
4 | 3,0 A, 60 W | ||
5 | 5,0 A, 60 W | 5,0 A, 100 W | |
|
Potencia nominal de salida de la fuente (W) | Actual, en: (A) | |||
---|---|---|---|---|
+5 V | +9 V | +15 V | +20 V | |
0,5-15 | 0,1-3,0 | N / A | N / A | N / A |
15-27 | 3,0 (15 W) | 1,67–3,0 | ||
27–45 | 3,0 (27 W) | 1.8-3.0 | ||
45–60 | 3,0 (45 W) | 2.25-3.0 | ||
60-100 | 3.0–5.0 [a] | |||
|
En julio de 2012, USB Promoters Group anunció la finalización de la especificación USB Power Delivery ( PD ) (USB PD rev. 1), una extensión que especifica el uso de cables USB certificados para PD con conectores estándar USB Tipo-A y Tipo-B para entregan mayor potencia (más de 7.5 W) a dispositivos con mayores demandas de energía. Los dispositivos pueden solicitar corrientes más altas y suministrar voltajes de hosts compatibles: hasta 2 A a 5 V (para un consumo de energía de hasta 10 W) y, opcionalmente, hasta 3 A o 5 A a 12 V (36 W o 60 W ) o 20 V (60 W o 100 W). [58] En todos los casos, se admiten configuraciones de host a dispositivo y de dispositivo a host. [59]
La intención es permitir la carga uniforme de computadoras portátiles, tabletas, discos alimentados por USB y dispositivos electrónicos de consumo de mayor potencia, como una extensión natural de los estándares de carga de teléfonos móviles europeos y chinos existentes. Esto también puede afectar la forma en que se transmite y utiliza la energía eléctrica utilizada para dispositivos pequeños tanto en edificios residenciales como públicos. [60] [61] El estándar está diseñado para coexistir con la especificación anterior de carga de batería USB . [62]
La primera especificación de suministro de energía definió seis perfiles de energía fijos para las fuentes de energía. Los dispositivos con reconocimiento de PD implementan un esquema de administración de energía flexible al interactuar con la fuente de energía a través de un canal de datos bidireccional y solicitar un cierto nivel de energía eléctrica, variable hasta 5 A y 20 V según el perfil admitido. El protocolo de configuración de energía utiliza un canal de transmisión codificado en BFSK de 24 MHz en la línea V BUS .
La revisión de la especificación USB Power Delivery 2.0 (USB PD Rev. 2.0) se ha lanzado como parte del paquete USB 3.1. [56] [63] [64] Cubre el cable USB-C y el conector con un canal de configuración separado, que ahora aloja un canal de datos codificado en BMC de baja frecuencia acoplado a CC que reduce las posibilidades de interferencia de RF . [65] Los protocolos de suministro de energía se han actualizado para facilitar las funciones de USB-C, como la función de identificación de cable, la negociación de modo alternativo, el aumento de las corrientes de bus V y los accesorios alimentados por V CONN .
A partir de la revisión 2.0 de la especificación USB Power Delivery, versión 1.2, los seis perfiles de energía fijos para fuentes de energía han quedado obsoletos. [66] Las reglas de alimentación USB PD reemplazan los perfiles de alimentación, definiendo cuatro niveles de voltaje normativos a 5 V, 9 V, 15 V y 20 V. En lugar de seis perfiles fijos, las fuentes de alimentación pueden admitir cualquier potencia de salida de fuente máxima de 0,5 W a 100 W.
La revisión 3.0 de la especificación USB Power Delivery define un protocolo de fuente de alimentación programable (PPS) que permite un control granular sobre la alimentación del BUS V en pasos de 20 mV para facilitar la carga de corriente constante o voltaje constante. La revisión 3.0 también agrega mensajes de configuración extendidos, intercambio rápido de roles y desaprueba el protocolo BFSK. [57] [67] [68]
As of April 2016,[update] there are silicon controllers available from several sources such as Texas Instruments and Cypress Semiconductor.[69][70] Power supplies bundled with USB-C based laptops support USB PD.[71] In addition accessories are available that support USB PD Rev. 2.0 at multiple voltages.[72][73][74][75]
On 8 January 2018 USB-IF announced "Certified USB Fast Charger" logo for chargers that use "Programmable Power Supply" (PPS) protocol from the USB Power Delivery 3.0 specification.[76]
Prior to Power Delivery, mobile phone vendors used custom protocols to exceed the 7.5 W cap on USB-BCS. For example, Qualcomm's Quick Charge 2.0 is able to deliver 18 W at a higher voltage, and VOOC delivers 20 W at the normal 5 V.[77] Some of these technologies, such as Quick Charge 4, eventually became compatible with USB PD again.[78]
Sleep-and-charge ports
Sleep-and-charge USB ports can be used to charge electronic devices even when the computer that hosts the ports is switched off. Normally, when a computer is powered off the USB ports are powered down. This feature has also been implemented on some laptop docking stations allowing device charging even when no laptop is present.[79] On laptops, charging devices from the USB port when it is not being powered from AC drains the laptop battery; most laptops have a facility to stop charging if their own battery charge level gets too low.[80]
On Dell, HP and Toshiba laptops, sleep-and-charge USB ports are marked with the standard USB symbol with an added lightning bolt or battery icon on the right side.[81] Dell calls this feature PowerShare,[82] and it needs to be enabled in the BIOS. Toshiba calls it USB Sleep-and-Charge.[83] On Acer Inc. and Packard Bell laptops, sleep-and-charge USB ports are marked with a non-standard symbol (the letters USB over a drawing of a battery); the feature is called Power-off USB.[84] Lenovo calls this feature Always On USB.[85]
Mobile device charger standards
In China
As of 14 June 2007[update], all new mobile phones applying for a license in China are required to use a USB port as a power port for battery charging.[86][87] This was the first standard to use the convention of shorting D+ and D− in the charger.[88]
OMTP/GSMA Universal Charging Solution
In September 2007, the Open Mobile Terminal Platform group (a forum of mobile network operators and manufacturers such as Nokia, Samsung, Motorola, Sony Ericsson, and LG) announced that its members had agreed on Micro-USB as the future common connector for mobile devices.[89][90]
The GSM Association (GSMA) followed suit on 17 February 2009,[91][92][93][94] and on 22 April 2009, this was further endorsed by the CTIA – The Wireless Association,[95] with the International Telecommunication Union (ITU) announcing on 22 October 2009 that it had also embraced the Universal Charging Solution as its "energy-efficient one-charger-fits-all new mobile phone solution," and added: "Based on the Micro-USB interface, UCS chargers will also include a 4-star or higher efficiency rating—up to three times more energy-efficient than an unrated charger."[96]
EU smartphone power supply standard
In June 2009, many of the world's largest mobile phone manufacturers signed an EC-sponsored Memorandum of Understanding (MoU), agreeing to make most data-enabled mobile phones marketed in the European Union compatible with a common External Power Supply (common EPS). The EU's common EPS specification (EN 62684:2010) references the USB Battery Charging Specification and is similar to the GSMA/OMTP and Chinese charging solutions.[97][98] In January 2011, the International Electrotechnical Commission (IEC) released its version of the (EU's) common EPS standard as IEC 62684:2011.[99]
Faster-charging standards
A variety of (non-USB) standards support charging devices faster than the USB Battery Charging standard. When a device doesn't recognize the faster-charging standard, generally the device and the charger fall back to the USB battery-charging standard of 5 V at 1.5 A (7.5 W). When a device detects it is plugged into a charger with a compatible faster-charging standard, the device pulls more current or the device tells the charger to increase the voltage or both to increase power (the details vary between standards).[100]
Such standards include:[100]
- Qualcomm Quick Charge
- MediaTek Pump Express
- Samsung Adaptive Fast Charging
- Oppo Super VOOC Flash Charge, are also known as Dash Charge or Warp Charge on OnePlus devices and Dart Charge on Realme devices
- Huawei SuperCharge
- Anker PowerIQ
Non-standard devices
Some USB devices require more power than is permitted by the specifications for a single port. This is common for external hard and optical disc drives, and generally for devices with motors or lamps. Such devices can use an external power supply, which is allowed by the standard, or use a dual-input USB cable, one input of which is for power and data transfer, the other solely for power, which makes the device a non-standard USB device. Some USB ports and external hubs can, in practice, supply more power to USB devices than required by the specification but a standard-compliant device may not depend on this.
In addition to limiting the total average power used by the device, the USB specification limits the inrush current (i.e., the current used to charge decoupling and filter capacitors) when the device is first connected. Otherwise, connecting a device could cause problems with the host's internal power. USB devices are also required to automatically enter ultra low-power suspend mode when the USB host is suspended. Nevertheless, many USB host interfaces do not cut off the power supply to USB devices when they are suspended.[101]
Some non-standard USB devices use the 5 V power supply without participating in a proper USB network, which negotiates power draw with the host interface. These are usually called USB decorations.[citation needed] Examples include USB-powered keyboard lights, fans, mug coolers and heaters, battery chargers, miniature vacuum cleaners, and even miniature lava lamps. In most cases, these items contain no digital circuitry, and thus are not standard-compliant USB devices. This may cause problems with some computers, such as drawing too much current and damaging circuitry. Prior to the USB Battery Charging Specification, the USB specification required that devices connect in a low-power mode (100 mA maximum) and communicate their current requirements to the host, which then permits the device to switch into high-power mode.
Some devices, when plugged into charging ports, draw even more power (10 watts at 2.1 amperes) than the Battery Charging Specification allows — The iPad is one such device;[102] it negotiates the current pull with data pin voltages.[53] Barnes & Noble Nook Color devices also require a special charger that runs at 1.9 amperes.[103]
PoweredUSB
PoweredUSB is a proprietary extension that adds four additional pins supplying up to 6 A at 5 V, 12 V, or 24 V. It is commonly used in point of sale systems to power peripherals such as barcode readers, credit card terminals, and printers.
The Micro-USB interface is commonly found on chargers for mobile phones.
Australian and New Zealand power socket with USB charger socket
Y-shaped USB 3.0 cable; with such a cable, a device can draw power from two USB ports simultaneously.
A small device that provides voltage and current readouts for devices charged over USB
This USB power meter additionally provides a charge readout (in mAh) and data logging.
USB-powered mini fans
USB-powered vacuum cleaner
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Section 1.3: Additional requirements for a more rugged connector that is durable past 10,000 cycles and still meets the USB 2.0 specification for mechanical and electrical performance was also a consideration. The Mini-USB could not be modified and remain backward compatible to the existing connector as defined in the USB OTG specification.
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