USB

Este artículo trata sobre el estándar de bus de computadora. Para el dispositivo de almacenamiento USB portátil, consulte Unidad flash USB . Para otros usos, consulte USB (desambiguación) .

Industry standard for computer connectors

Bus serie universal

El logotipo USB certificado
Escribe	Autobús
Historial de producción
Diseñador	Compaq DIC IBM Intel Microsoft Comité ejecutivo nacional Nortel
Diseñado	Enero de 1996 ; Hace 25 años (1996-01)
Producido	Desde mayo de 1996 [1]
Reemplazado	Puerto serial , puerto paralelo , puerto de juegos , Apple Desktop Bus , puerto PS / 2 , y FireWire (IEEE 1394)
Especificaciones generales
Largo	2 a 5 m (6 pies 7 pulg. A 16 pies 5 pulg.) (Por categoría)
Ancho	12 mm (tipo A) [2] 8,45 mm (tipo B) 6,8 mm (mini / micro) 8,25 mm (tipo C)
Altura	4,5 mm (tipo A) [2] 7,26 mm (tipo B) 10,44 mm (tipo B SuperSpeed) 1,8–3 mm (mini / micro) 2,4 mm (tipo C)
Conectable en caliente	sí
Externo	sí
Cable	4 hilos más blindaje 9 cables más blindaje (SuperSpeed)
Patas	Potencia 4: 1, 2 datos, 1 tierra 5 (sobre la marcha) 9 (supervelocidad) 11 (Powered-B SuperSpeed) 24 (USB-C)
Conector	Único
Eléctrico
Señal	5 V CC
Max. Voltaje	5,000,25 -0,60 V 5,00+0,25 −0,55 V (USB 3.0) 20,00 V ( PD )
Max. Actual	0,5 A (USB 2.0) 0,9 A (USB 3.0) 1,5 A ( BC 1,2) 3 A (USB-C) Hasta 5 A ( PD )
Datos
Señal de datos	Paquetes de datos, definidos por especificaciones
Ancho	1 bit
Bitrate	Dependiendo de modo semidúplex ( 1.x USB y USB 2.0 ): 1,5; 12; 480 Mbit / s full-duplex ( 3.x USB y USB4 ): 5000; 10000; 20000; 40000 Mbit / s
Max. dispositivos	127
Protocolo	De serie
Extender con el rodillo
El conector USB-A (izquierda) y el conector USB-B (derecha)
Pin 1		BUS V (+5 V)
Pin 2		Datos−
Pin 3		Datos +
Pin 4		Suelo

Puertos USB-A 3.1 Gen 1 (3.0, también posteriormente renombrados como USB 3.2 Gen 1)

Universal Serial Bus ( USB ) es un estándar de la industria que establece especificaciones para cables y conectores y protocolos para conexión, comunicación y suministro de energía ( interfaz ) entre computadoras, periféricos y otras computadoras. ^[3] Existe una amplia variedad de hardware USB , incluidos once conectores diferentes , de los cuales USB-C es el más reciente.

Lanzado en 1996, el USB Implementers Forum (USB-IF) mantiene el estándar USB . Ha habido cuatro generaciones de especificaciones USB: USB 1. x , USB 2.0 , USB 3. x , y USB4 . ^[4]

Resumen

El USB fue diseñado para estandarizar la conexión de periféricos a computadoras personales, tanto para comunicarse como para suministrar energía eléctrica. Ha reemplazado en gran medida interfaces como puertos serie y puertos paralelos , y se ha convertido en algo común en una amplia gama de dispositivos. Algunos ejemplos de periféricos que se conectan a través de USB incluyen teclados y ratones de computadora, cámaras de video, impresoras, reproductores multimedia portátiles, unidades de disco y adaptadores de red.

Los conectores USB han ido sustituyendo cada vez más a otros tipos como cables de carga de dispositivos portátiles.

Identificación del receptáculo (enchufe)

Artículo principal: Conectores de hardware USB

Esta sección está destinada a permitir una rápida identificación de los receptáculos USB (enchufes) en el equipo. En el artículo principal anterior se pueden encontrar más diagramas y discusiones sobre enchufes y receptáculos.

Receptáculos disponibles para cada conector

Conectores		USB 1.0 1996	USB 1.1 1998	USB 2.0 2001	USB 2.0 revisado	USB 3.0 2011	USB 3.1 2014	USB 3.2 2017	USB4 2019
Velocidad de datos		1,5  Mbit / s ( baja velocidad ) 12  Mbit / s ( velocidad máxima )		1,5  Mbit / s ( baja velocidad ) 12  Mbit / s ( velocidad máxima ) 480  Mbit / s ( alta velocidad )		5 Gbit / s ( supervelocidad )	10 Gbit / s ( SuperSpeed ​​+ )	20 Gbit / s ( SuperSpeed ​​+ )	40 Gbit / s ( SuperSpeed ​​+ y Thunderbolt 3 )
Estándar	A	Escribe un				Escribe un		Obsoleto
	B	Tipo B				Tipo B		Obsoleto
	C	N / A		Tipo C ( ampliado )
Mini	A	N / A	Mini A			Obsoleto
	B		Mini B
	AB	N / A			Mini AB
Micro	A	N / A
	B	N / A			Micro B	Micro B		Obsoleto
	AB				Micro AB	Obsoleto
Conectores		USB 1.0 1996	USB 1.1 1998	USB 2.0 2001	USB 2.0 revisado	USB 3.0 2011	USB 3.1 2014	USB 3.2 2017	USB4 2019

Objetivos

El bus serie universal se desarrolló para simplificar y mejorar la interfaz entre las computadoras personales y los dispositivos periféricos, en comparación con las interfaces propietarias estándar o ad hoc existentes anteriormente. ^[5]

Desde la perspectiva del usuario de la computadora, la interfaz USB mejora la facilidad de uso de varias maneras:

• La interfaz USB se autoconfigura, lo que elimina la necesidad de que el usuario ajuste la configuración del dispositivo para la velocidad o el formato de datos, o configure interrupciones , direcciones de entrada / salida o canales de acceso directo a la memoria. ^[6]
• Los conectores USB están estandarizados en el host, por lo que cualquier periférico puede usar la mayoría de los receptáculos disponibles.
• El USB aprovecha al máximo la potencia de procesamiento adicional que se puede poner económicamente en los dispositivos periféricos para que puedan administrarse por sí mismos. Como tal, los dispositivos USB a menudo no tienen configuraciones de interfaz ajustables por el usuario.
• La interfaz USB es intercambiable en caliente (los dispositivos se pueden intercambiar sin reiniciar la computadora host).
• Los dispositivos pequeños se pueden alimentar directamente desde la interfaz USB, eliminando la necesidad de cables de alimentación adicionales.
• Debido a que el uso del logotipo USB solo está permitido después de las pruebas de cumplimiento , el usuario puede tener la confianza de que un dispositivo USB funcionará como se espera sin una interacción extensa con los ajustes y la configuración.
• La interfaz USB define protocolos para la recuperación de errores comunes, mejorando la confiabilidad sobre las interfaces anteriores. ^[5]
• La instalación de un dispositivo que se basa en el estándar USB requiere una mínima acción por parte del operador. Cuando un usuario conecta un dispositivo a un puerto de una computadora en ejecución, se configura de forma totalmente automática utilizando los controladores de dispositivo existentes o el sistema le pide al usuario que busque un controlador, que luego instala y configura automáticamente.

El estándar USB también proporciona múltiples beneficios para los fabricantes de hardware y desarrolladores de software, específicamente en la relativa facilidad de implementación:

• El estándar USB elimina el requisito de desarrollar interfaces propietarias para nuevos periféricos.
• La amplia gama de velocidades de transferencia disponibles desde una interfaz USB se adapta a dispositivos que van desde teclados y ratones hasta interfaces de transmisión de video.
• Se puede diseñar una interfaz USB para proporcionar la mejor latencia disponible para funciones de tiempo crítico o se puede configurar para realizar transferencias en segundo plano de datos masivos con poco impacto en los recursos del sistema.
• La interfaz USB está generalizada sin líneas de señal dedicadas a una sola función de un dispositivo. ^[5]

Limitaciones

Como ocurre con todos los estándares, USB posee múltiples limitaciones en su diseño:

• Los cables USB tienen una longitud limitada, ya que el estándar fue diseñado para periféricos en la misma mesa, no entre habitaciones o edificios. Sin embargo, se puede conectar un puerto USB a una puerta de enlace que acceda a dispositivos distantes.
• USB tiene una topología de red de árbol estricta y un protocolo maestro / esclavo para direccionar dispositivos periféricos; esos dispositivos no pueden interactuar entre sí excepto a través del host, y dos hosts no pueden comunicarse directamente a través de sus puertos USB. Es posible ampliar esta limitación mediante USB On-The-Go , dispositivos de doble función ^[7] y Protocol Bridge .
• Un host no puede transmitir señales a todos los periféricos a la vez; cada uno debe direccionarse individualmente. Algunos dispositivos periféricos de muy alta velocidad requieren velocidades sostenidas que no están disponibles en el estándar USB. ^[5]
• Si bien existen convertidores entre ciertas interfaces heredadas y USB, es posible que no proporcionen una implementación completa del hardware heredado. Por ejemplo, un convertidor de puerto USB a puerto paralelo puede funcionar bien con una impresora, pero no con un escáner que requiera el uso bidireccional de los pines de datos.

Para un desarrollador de productos, el uso de USB requiere la implementación de un protocolo complejo e implica un controlador "inteligente" en el dispositivo periférico. Los desarrolladores de dispositivos USB destinados a la venta pública generalmente deben obtener un ID de USB, lo que requiere que paguen una tarifa al Foro de Implementadores de USB . Los desarrolladores de productos que utilizan la especificación USB deben firmar un acuerdo con el Foro de Implementadores. El uso de los logotipos USB en el producto requiere cuotas anuales y membresía en la organización. ^[5]

Historia

El logotipo del tridente USB básico ^[8]

El logotipo del tridente USB4 40Gbps

Logotipo USB en la cabeza de un conector USB-A estándar

Un grupo de siete empresas comenzó el desarrollo de USB en 1994: Compaq , DEC , IBM , Intel , Microsoft , NEC y Nortel . ^[9] El objetivo era facilitar fundamentalmente la conexión de dispositivos externos a las PC reemplazando la multitud de conectores en la parte posterior de las PC, abordando los problemas de usabilidad de las interfaces existentes y simplificando la configuración del software de todos los dispositivos conectados a USB. como permitiendo mayores velocidades de datos para dispositivos externos. Ajay Bhatt y su equipo trabajaron en el estándar en Intel; ^{[10] [11]} los primeros circuitos integradosIntel produjo USB compatibles en 1995. ^[12]

Joseph C. Decuir , miembro estadounidense del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) y uno de los diseñadores de los primeros sistemas informáticos y de juegos Atari de 8 bits (Atari VCS, Atari 400/800), así como el Commodore Amiga atribuye a su trabajo en Atari SIO , la implementación de comunicación de la computadora Atari de 8 bits, la base del estándar USB, que también ayudó a diseñar y sobre el que posee patentes. ^[13]

La especificación USB 1.0 original, que se introdujo en enero de 1996, definía tasas de transferencia de datos de 1,5  Mbit / s de baja velocidad y 12 Mbit / s de velocidad completa . ^[12] Los diseños preliminares habían requerido un bus de 5 Mbit / s de velocidad única, pero la baja velocidad se agregó para admitir periféricos de bajo costo con cables sin blindaje , ^{[14] lo que} resultó en un diseño dividido con datos de 12 Mbit / s tasa destinada a dispositivos de mayor velocidad, como impresoras y unidades de disquete, y la tasa más baja de 1,5 Mbit / s para dispositivos de baja tasa de datos como teclados, ratones y joysticks . ^[15] Microsoft Windows 95, OSR 2.1proporcionó soporte OEM para los dispositivos en agosto de 1997. La primera versión ampliamente utilizada de USB fue 1.1, que se lanzó en septiembre de 1998. El iMac de Apple Inc. fue el primer producto convencional con USB y el éxito del iMac popularizó el USB mismo. ^[16] Tras la decisión de diseño de Apple de eliminar todos los puertos heredados del iMac, muchos fabricantes de PC comenzaron a construir PC sin heredado , lo que llevó a un mercado más amplio de PC utilizando USB como estándar. ^{[17] [18] [19]}

La especificación USB 2.0 se lanzó en abril de 2000 y fue ratificada por el USB Implementers Forum (USB-IF) a finales de 2001. Hewlett-Packard , Intel, Lucent Technologies (ahora Nokia), NEC y Philips lideraron conjuntamente la iniciativa para desarrollar una tasa de transferencia de datos más alta, con la especificación resultante alcanzando 480 Mbit / s, 40 veces más rápido que la especificación USB 1.1 original.

La especificación USB 3.0 se publicó el 12 de noviembre de 2008. Sus principales objetivos eran aumentar la velocidad de transferencia de datos (hasta 5 Gbit / s), disminuir el consumo de energía, aumentar la salida de energía y ser compatible con versiones anteriores de USB 2.0. ^{[20] ( 3–1 )} USB 3.0 incluye un nuevo bus de mayor velocidad llamado SuperSpeed ​​en paralelo con el bus USB 2.0. ^{[20] ( 1–3 )} Por esta razón, la nueva versión también se llama SuperSpeed. ^[21] Los primeros dispositivos equipados con USB 3.0 se presentaron en enero de 2010. ^{[21] [22]}

En 2008 ^[update], aproximadamente 6 mil millones de puertos e interfaces USB se encontraban en el mercado global, y cada año se vendían alrededor de 2 mil millones. ^[23]

La especificación USB 3.1 se publicó en julio de 2013.

En diciembre de 2014, USB-IF presentó las especificaciones USB 3.1, USB Power Delivery 2.0 y USB-C a la IEC ( TC 100  - Sistemas y equipos de audio, video y multimedia) para su inclusión en la norma internacional IEC 62680 ( Interfaces de bus serie universal para datos y alimentación) , que actualmente se basa en USB 2.0. ^[24]

La especificación USB 3.2 se publicó en septiembre de 2017.

USB 1.x

Lanzado en enero de 1996, USB 1.0 especificó velocidades de señalización de 1,5 Mbit / s (ancho de banda bajo o baja velocidad) y 12 Mbit / s (velocidad máxima) . ^[25] No permitía cables de extensión o monitores de paso, debido a limitaciones de tiempo y energía. Pocos dispositivos USB llegaron al mercado hasta que se lanzó USB 1.1 en agosto de 1998. USB 1.1 fue la primera revisión que fue ampliamente adoptada y dio lugar a lo que Microsoft denominó " PC sin herencias ". ^{[16] [18] [19]}

Ni USB 1.0 ni 1.1 especificaron un diseño para ningún conector más pequeño que el estándar tipo A o tipo B. Aunque aparecieron muchos diseños para un conector tipo B miniaturizado en muchos periféricos, la conformidad con el estándar USB 1.x se vio obstaculizada por el tratamiento de los periféricos que tenían conectores en miniatura como si tuvieran una conexión atada (es decir: sin enchufe o receptáculo en el extremo periférico). No se conocía un conector tipo A en miniatura hasta que USB 2.0 (revisión 1.01) introdujo uno.

USB 2.0

El logotipo de USB de alta velocidad

Una tarjeta de expansión PCI USB 2.0

USB 2.0 se lanzó en abril de 2000, agregando una velocidad de señalización máxima más alta de 480 Mbit / s ( rendimiento de datos teórico máximo 53 MByte / s : ^[26] ) llamado High Speed o High Bandwidth , además del USB 1.x Full Speed velocidad de señalización de 12 Mbit / s ( rendimiento teórico máximo de datos 1,2 MByte / s : ^[27] ).

Se han realizado modificaciones a la especificación USB a través de Avisos de cambio de ingeniería (ECN). Los más importantes de estos ECN se incluyen en el paquete de especificación USB 2.0 disponible en USB.org: ^[28]

• Conector Mini-A y Mini-B
• Especificaciones de conectores y cables micro-USB 1.01
• Suplemento USB InterChip
• On-The-Go Supplement 1.3 USB On-The-Go hace posible que dos dispositivos USB se comuniquen entre sí sin necesidad de un host USB separado
• Especificación de carga de batería 1.1 Se agregó soporte para cargadores dedicados, comportamiento de cargadores de host para dispositivos con baterías agotadas
• Especificación de carga de batería 1.2 : ^[29] con un aumento de corriente de 1,5 A en los puertos de carga 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 A
• Link Power Management Addendum ECN , que agrega un estado de energía de suspensión

USB 3.x

Artículo principal: USB 3.0

El logotipo de SuperSpeed ​​USB

La especificación USB 3.0 se lanzó el 12 de noviembre de 2008, y su administración se transfirió del USB 3.0 Promoter Group al USB Implementers Forum (USB-IF), y se anunció el 17 de noviembre de 2008 en la SuperSpeed ​​USB Developers Conference. ^[30]

USB 3.0 agrega un modo de transferencia SuperSpeed , con enchufes, receptáculos y cables compatibles con versiones anteriores. Los enchufes y receptáculos SuperSpeed ​​están identificados con un logotipo distintivo e inserciones azules en receptáculos de formato estándar.

El bus SuperSpeed ​​proporciona un modo de transferencia a una velocidad nominal de 5,0 Gbit / s, además de los tres modos de transferencia existentes. Su eficiencia depende de varios factores, incluida la codificación de símbolos físicos y la sobrecarga del nivel de enlace. A una velocidad de señalización de 5 Gbit / s con codificación de 8b / 10b , cada byte necesita 10 bits para transmitir, por lo que el rendimiento bruto es de 500 MB / s. Cuando se consideran el control de flujo, la trama de paquetes y la sobrecarga de protocolo, es realista que 400 MB / s (3,2 Gbit / s) o más se transmitan a una aplicación. ^{[20] ( 4–19 ) La} comunicación es full-duplex en el modo de transferencia SuperSpeed; los modos anteriores son semidúplex, arbitrados por el host. ^[31]

Los dispositivos de baja y alta potencia siguen funcionando con este estándar, pero los dispositivos que utilizan SuperSpeed ​​pueden aprovechar el aumento de corriente disponible de entre 150 mA y 900 mA, respectivamente. ^{[20] ( 9–9 )}

USB 3.1 , lanzado en julio de 2013, tiene dos variantes. La primera conserva el modo de transferencia SuperSpeed ​​de USB 3.0 y está etiquetada como USB 3.1 Gen 1 , ^{[32] [33]} y la segunda versión introduce un nuevo modo de transferencia SuperSpeed ​​+ bajo la etiqueta de USB 3.1 Gen 2 . SuperSpeed ​​+ duplica la velocidad máxima de señalización de datos a 10 Gbit / s, al tiempo que reduce la sobrecarga de codificación de línea a solo un 3% al cambiar el esquema de codificación a 128b / 132b . ^{[32] [34]}

USB 3.2 , lanzado en septiembre de 2017, ^[35] conserva los modos de datos USB 3.1 SuperSpeed y SuperSpeed ​​+ existentes, pero presenta dos nuevos modos de transferencia SuperSpeed ​​+ a través del conector USB-C con velocidades de datos de 10 y 20 Gbit / s (1,25 y 2,5 GB / s ). El aumento en el ancho de banda es el resultado de la operación de varios carriles sobre cables existentes que fueron diseñados para capacidades flip-flop del conector USB-C. ^[36]

USB 3.0 también introdujo el protocolo UASP , que proporciona velocidades de transferencia generalmente más rápidas que el protocolo BOT (Bulk-Only-Transfer).

Esquema de nombres

A partir del estándar USB 3.2, USB-IF introdujo un nuevo esquema de nombres. ^[37] Para ayudar a las empresas con la marca de los diferentes modos de transferencia, USB-IF recomendó marcar los modos de transferencia de 5, 10 y 20 Gbit / s como SuperSpeed ​​USB 5Gbps , SuperSpeed ​​USB 10Gbps y SuperSpeed ​​USB 20Gbps , respectivamente: ^[38]

Marca USB-IF	Logo	Modo de transferencia	Especificaciones anteriores	Velocidad de datos	Velocidad de transferencia
USB de alta velocidad de 5 Gbps		USB 3.2 Gen 1 × 1	USB 3.1 de 1.a generación, USB 3.0	5 Gbit / s	500 MB / s
USB de alta velocidad de 10 Gbps		USB 3.2 Gen 2 × 1	USB 3.1 de 2.a generación, USB 3.1	10 Gbit / s	1,21 GB / s
USB de alta velocidad de 20 Gbps		USB 3.2 Gen 2 × 2	-	20 Gbit / s	2,42 GB / s

USB4

Artículo principal: USB4

El logotipo Certified USB4 40Gbps

La especificación USB4 fue lanzada el 29 de agosto de 2019 por USB Implementers Forum . ^[39]

USB4 se basa en la especificación del protocolo Thunderbolt 3 . ^[40] Admite un rendimiento de 40 Gbit / s, es compatible con Thunderbolt 3 y retrocompatible con USB 3.2 y USB 2.0. ^{[41] [42]} La arquitectura define un método para compartir un único enlace de alta velocidad con varios tipos de dispositivos finales de forma dinámica que sirve mejor para la transferencia de datos por tipo y aplicación.

La especificación USB4 establece que las siguientes tecnologías serán compatibles con USB4: ^[39]

Conexión	Obligatorio para			Observaciones
	anfitrión	centro	dispositivo
USB 2.0 (480 Mbit / s)	sí	sí	sí	A diferencia de otras funciones, que utilizan la multiplexación de enlaces de alta velocidad, USB 2.0 sobre USB-C utiliza su propio par diferencial de cables.
USB4 Gen 2 × 2 (20 Gbit / s)	sí	sí	sí	Un dispositivo con etiqueta USB 3.0 todavía funciona a través de un concentrador o host USB4 como dispositivo USB 3.0. El requisito de dispositivo de Gen 2x2 se aplica solo a los nuevos dispositivos etiquetados como USB4.
USB4 Gen 3 × 2 (40 Gbit / s)	No	sí	No
DisplayPort	sí	sí	No	La especificación requiere que los hosts y los concentradores admitan el modo alternativo de DisplayPort.
Comunicaciones de host a host	sí	sí	N / A	Una conexión similar a una LAN entre dos pares.
PCI-Express	No	sí	No	La función PCI Express de USB4 replica la funcionalidad de versiones anteriores de la especificación Thunderbolt .
Thunderbolt 3	No	sí	No	Thunderbolt 3 utiliza cables USB-C; la especificación USB4 permite hosts y dispositivos y requiere concentradores para admitir la interoperabilidad con el estándar mediante el modo alternativo Thunderbolt 3.
Otros modos alternativos	No	No	No	Los productos USB4 pueden ofrecer opcionalmente interoperabilidad con los modos alternativos HDMI , MHL y VirtualLink .

Durante CES 2020 , USB-IF e Intel declararon su intención de permitir productos USB4 que admitan todas las funciones opcionales como productos Thunderbolt 4 . Se espera que los primeros productos compatibles con USB4 ser de Intel Lago Tigre series y AMD 's 3 Zen serie de CPUs. Lanzado en 2020.

Historial de versiones

Versiones de lanzamiento

Nombre	Fecha de lanzamiento	Tasa de transferencia máxima	Nota
USB 0,7	11 de noviembre de 1994	?	Prelanzamiento
USB 0.8	Diciembre de 1994	?	Prelanzamiento
USB 0.9	13 de abril de 1995	Velocidad máxima (12 Mbit / s)	Prelanzamiento
USB 0,99	Agosto de 1995	?	Prelanzamiento
USB 1.0-RC	Noviembre de 1995	?	Release Candidate
USB 1.0	15 de enero de 1996	Velocidad máxima (12 Mbit / s), Baja velocidad (1,5 Mbit / s)
USB 1.1	Agosto de 1998
USB 2.0	Abril de 2000	Alta velocidad (480 Mbit / s)
USB 3.0	Noviembre de 2008	USB de alta velocidad (5 Gbit / s)	También conocido como USB 3.1 Gen 1 [32] y USB 3.2 Gen 1 × 1
USB 3.1	julio 2013	Superspeed + USB (10 Gbit / s)	Incluye el nuevo USB 3.1 Gen 2, [32] también denominado USB 3.2 Gen 2 × 1 en especificaciones posteriores
USB 3.2	Agosto de 2017	Superspeed + USB de doble carril (20 Gbit / s)	Incluye nuevos modos multienlace USB 3.2 Gen 1 × 2 y Gen 2 × 2 [43] [ verificación fallida ]
USB4	Agosto de 2019	40 Gbit / s (2 carriles)	Incluye los nuevos modos USB4 Gen 2 × 2 (codificación 64b / 66b) y Gen 3 × 2 (codificación 128b / 132b) e introduce el enrutamiento USB4 para tunelización de tráfico USB3.x, DisplayPort 1.4ay PCI Express y transferencias de host a host , basado en el protocolo Thunderbolt 3

Especificaciones relacionadas con la energía

Ver también: hardware USB § Suministro de energía USB (USB PD)

Nombre de la versión	Fecha de lanzamiento	Max. poder	Nota
Carga de batería USB 1.0	2007-03-08	5 V,? A
Carga de batería USB 1.1	15-04-2009	5 V, 1,8 A	Página 28, cuadro 5-2, pero con limitación en el párrafo 3.5. En el puerto estándar A de USB 2.0 ordinario, solo 1.5A. [44]
Carga de batería USB 1.2	2010-12-07	5 V, 5 A	[45]
USB Power Delivery revisión 1.0 (versión 1.0)	2012-07-05	20 V, 5 A	Uso del protocolo FSK sobre la alimentación del bus (V BUS )
USB Power Delivery revisión 1.0 (versión 1.3)	2014-03-11	20 V, 5 A
USB tipo C rev1.0	2014-08-11	5 V, 3 A	Nuevo conector y especificación de cable
USB Power Delivery revisión 2.0 (versión 1.0)	2014-08-11	20 V, 5 A	Usando el protocolo BMC sobre el canal de comunicación (CC) en cables USB-C.
USB tipo C rev1.1	2015-04-03	5 V, 3 A
USB Power Delivery revisión 2.0 (versión 1.1)	2015-05-07	20 V, 5 A
USB tipo C rev1.2	2016-03-25	5 V, 3 A
USB Power Delivery revisión 2.0 (versión 1.2)	2016-03-25	20 V, 5 A
USB Power Delivery revisión 2.0 (versión 1.3)	2017-01-12	20 V, 5 A
USB Power Delivery revisión 3.0 (versión 1.1)	2017-01-12	20 V, 5 A
USB tipo C rev1.3	2017-07-14	5 V, 3 A
USB Power Delivery revisión 3.0 (versión 1.2)	2018-06-21	20 V, 5 A
USB tipo C rev1.4	2019-03-29	5 V, 3 A
USB tipo C rev2.0	2019-08-29	5 V, 3 A	Habilitación de conectores y cables USB4 sobre USB Tipo-C.
USB Power Delivery revisión 3.0 (versión 2.0)	2019-08-29	20 V, 5 A	[46]

Diseño del sistema

Un sistema USB consta de un host con uno o más puertos descendentes y múltiples periféricos, formando una topología en estrella escalonada . Se pueden incluir concentradores USB adicionales , lo que permite hasta cinco niveles. Un host USB puede tener varios controladores, cada uno con uno o más puertos. Se pueden conectar hasta 127 dispositivos a un solo controlador de host. ^{[47] [20] ( 8–29 )} Los dispositivos USB están conectados en serie a través de concentradores. El concentrador integrado en el controlador de host se denomina concentrador raíz .

Un dispositivo USB puede constar de varios subdispositivos lógicos que se denominan funciones de dispositivo . Un dispositivo compuesto puede proporcionar varias funciones, por ejemplo, una cámara web (función de dispositivo de vídeo) con un micrófono integrado (función de dispositivo de audio). Una alternativa a esto es un dispositivo compuesto , en el que el host asigna a cada dispositivo lógico una dirección distinta y todos los dispositivos lógicos se conectan a un concentrador integrado que se conecta al cable USB físico.

Los puntos finales USB residen en el dispositivo conectado: los canales al host se denominan tuberías

La comunicación del dispositivo USB se basa en tuberías (canales lógicos). Una tubería es una conexión desde el controlador de host a una entidad lógica dentro de un dispositivo, llamada punto final . Debido a que las tuberías corresponden a puntos finales, los términos a veces se usan indistintamente. Cada dispositivo USB puede tener hasta 32 puntos finales (16 de entrada y 16 de salida ), aunque es raro tener tantos. Los puntos finales son definidos y numerados por el dispositivo durante la inicialización (el período posterior a la conexión física llamado "enumeración") y, por lo tanto, son relativamente permanentes, mientras que las tuberías pueden abrirse y cerrarse.

Hay dos tipos de canalización: flujo y mensaje.

• Una canalización de mensajes es bidireccional y se utiliza para transferencias de control . Los conductos de mensajes se utilizan normalmente para comandos breves y sencillos para el dispositivo y para las respuestas de estado del dispositivo, utilizados, por ejemplo, por el conducto de control de bus número 0.
• Una tubería de flujo es una tubería unidireccional conectada a un punto final unidireccional que transfiere datos mediante una transferencia isócrona , ^{[48] ​​de} interrupción o masiva :

  Transferencias isócronas

  A una velocidad de datos garantizada (para transmisión de datos de ancho de banda fijo) pero con posible pérdida de datos (por ejemplo, audio o video en tiempo real)

  Interrumpir transferencias

  Dispositivos que necesitan respuestas rápidas garantizadas (latencia limitada) como dispositivos señaladores, ratones y teclados

  Transferencias masivas

  Grandes transferencias esporádicas que utilizan todo el ancho de banda disponible restante, pero sin garantías de ancho de banda o latencia (por ejemplo, transferencias de archivos)

Cuando un host inicia una transferencia de datos, envía un paquete TOKEN que contiene un punto final especificado con una tupla de (device_address, endpoint_number). Si la transferencia es del host al endpoint, el host envía un paquete OUT (una especialización de un paquete TOKEN) con la dirección del dispositivo deseado y el número de endpoint. Si la transferencia de datos es del dispositivo al host, el host envía un paquete IN en su lugar. Si el punto final de destino es un punto final unidireccional cuya dirección designada por el fabricante no coincide con el paquete TOKEN (por ejemplo, la dirección designada por el fabricante es IN mientras que el paquete TOKEN es un paquete OUT), el paquete TOKEN se ignora. De lo contrario, se acepta y la transacción de datos puede comenzar. Un punto final bidireccional, por otro lado, acepta paquetes IN y OUT.

Dos receptáculos USB 3.0 Standard-A (izquierda) y dos receptáculos USB 2.0 Standard-A (derecha) en el panel frontal de una computadora

Los puntos finales se agrupan en interfaces y cada interfaz está asociada con una única función de dispositivo. Una excepción a esto es el punto final cero, que se utiliza para la configuración del dispositivo y no está asociado con ninguna interfaz. Una función de dispositivo única compuesta por interfaces controladas de forma independiente se denomina dispositivo compuesto . Un dispositivo compuesto solo tiene una única dirección de dispositivo porque el host solo asigna una dirección de dispositivo a una función.

Cuando un dispositivo USB se conecta por primera vez a un host USB, se inicia el proceso de enumeración del dispositivo USB. La enumeración comienza enviando una señal de reinicio al dispositivo USB. La tasa de datos del dispositivo USB se determina durante la señalización de reinicio. Después del reinicio, el host lee la información del dispositivo USB y al dispositivo se le asigna una dirección única de 7 bits. Si el dispositivo es compatible con el host, los controladores de dispositivo necesarios para comunicarse con el dispositivo se cargan y el dispositivo se establece en un estado configurado. Si se reinicia el host USB, el proceso de enumeración se repite para todos los dispositivos conectados.

El controlador de host dirige el flujo de tráfico a los dispositivos, por lo que ningún dispositivo USB puede transferir datos en el bus sin una solicitud explícita del controlador de host. En USB 2.0, el controlador de host sondea el bus en busca de tráfico, generalmente en forma de turnos . El rendimiento de cada puerto USB está determinado por la velocidad más lenta del puerto USB o del dispositivo USB conectado al puerto.

Los concentradores USB 2.0 de alta velocidad contienen dispositivos llamados traductores de transacciones que convierten entre buses USB 2.0 de alta velocidad y buses de velocidad completa y baja. Puede haber un traductor por concentrador o por puerto.

Debido a que hay dos controladores separados en cada host USB 3.0, los dispositivos USB 3.0 transmiten y reciben a velocidades de datos de USB 3.0 independientemente de los dispositivos USB 2.0 o anteriores conectados a ese host. Las velocidades de datos operativas para dispositivos anteriores se establecen de forma heredada.

Clases de dispositivos

La funcionalidad de un dispositivo USB se define mediante un código de clase enviado a un host USB. Esto permite al host cargar módulos de software para el dispositivo y admitir nuevos dispositivos de diferentes fabricantes.

Las clases de dispositivos incluyen: ^[49]

Clase	Uso	Descripción	Ejemplos o excepción
00 h	Dispositivo	Sin especificar [50]	La clase de dispositivo no está especificada, los descriptores de interfaz se utilizan para determinar los controladores necesarios
01h	Interfaz	Audio	Altavoz , micrófono , tarjeta de sonido , MIDI
02h	Ambos	Comunicaciones y control CDC	Módem , adaptador Ethernet , Wi-Fi adaptador, RS-232 adaptador serie . Utilizado junto con la clase 0Ah (CDC-Data, a continuación)
03h	Interfaz	Dispositivo de interfaz humana (HID)	Teclado , mouse , joystick
05h	Interfaz	Dispositivo de interfaz física (PID)	Joystick de Force Feedback
06h	Interfaz	Imagen ( PTP / MTP )	Webcam , escáner
07h	Interfaz	Impresora	Impresora láser , impresora de inyección de tinta , máquina CNC
08h	Interfaz	Almacenamiento masivo (MSC o UMS)	Una unidad flash USB , tarjeta de memoria lector , reproductor de audio digital , cámara digital , una unidad externa
09h	Dispositivo	Concentrador USB	Concentrador de ancho de banda completo
0Ah	Interfaz	Datos CDC	Utilizado junto con la clase 02h (Comunicaciones y control CDC, arriba)
0Bh	Interfaz	Tarjeta electrónica	Lector de tarjetas inteligentes USB
0Dh	Interfaz	Seguridad del contenido	Lector de huellas dactilares
0Eh	Interfaz	Video	Cámara web
0Fh	Interfaz	Clase de dispositivo sanitario personal (PHDC)	Monitor de pulso (reloj)
10h	Interfaz	Audio / video (AV)	Webcam , TV
11h	Dispositivo	Cartelera	Describe los modos alternativos de USB-C compatibles con el dispositivo
DCh	Ambos	Dispositivo de diagnóstico	Dispositivo de prueba de conformidad USB
E0h	Interfaz	Controlador inalámbrico	Adaptador Bluetooth , Microsoft RNDIS
EFh	Ambos	Diverso	Dispositivo ActiveSync
FEh	Interfaz	Específico de la aplicación	Puente IrDA , clase de prueba y medición (USBTMC), [51] USB DFU (actualización del firmware del dispositivo) [52]
FFh	Ambos	Específico del proveedor	Indica que un dispositivo necesita controladores específicos del proveedor.

Almacenamiento masivo USB / unidad USB

Una unidad flash , un dispositivo de almacenamiento masivo USB típico

Placa de circuito de un gabinete de disco duro SATA externo USB 3.0 de 2.5 pulgadas

Consulte también: clase de dispositivo de almacenamiento masivo USB , caja de disco y unidad de disco duro externa

La clase de dispositivo de almacenamiento masivo USB (MSC o UMS) estandariza las conexiones a los dispositivos de almacenamiento. Inicialmente destinado a unidades ópticas y magnéticas, se ha ampliado para admitir unidades flash . También se ha ampliado para admitir una amplia variedad de dispositivos nuevos, ya que muchos sistemas se pueden controlar con la conocida metáfora de la manipulación de archivos dentro de los directorios. El proceso de hacer que un dispositivo novedoso parezca un dispositivo familiar también se conoce como extensión. La capacidad de iniciar una tarjeta SD con bloqueo de escritura con un adaptador USB es particularmente ventajosa para mantener la integridad y el estado prístino y no corrupto del medio de inicio.

Aunque la mayoría de las computadoras personales desde principios de 2005 pueden arrancar desde dispositivos de almacenamiento masivo USB, USB no está diseñado como un bus principal para el almacenamiento interno de una computadora. Sin embargo, USB tiene la ventaja de permitir el intercambio en caliente , lo que lo hace útil para periféricos móviles, incluidas unidades de varios tipos.

Varios fabricantes ofrecen unidades de disco duro USB portátiles externas o carcasas vacías para unidades de disco. Estos ofrecen un rendimiento comparable al de las unidades internas, limitado por el número y los tipos de dispositivos USB conectados y por el límite superior de la interfaz USB. Otros estándares en competencia para la conectividad de unidades externas incluyen eSATA , ExpressCard , FireWire (IEEE 1394) y, más recientemente, Thunderbolt .

Otro uso de los dispositivos de almacenamiento masivo USB es la ejecución portátil de aplicaciones de software (como navegadores web y clientes VoIP) sin necesidad de instalarlos en la computadora host. ^{[53] [54]}

Protocolo de transferencia de medios

Ver también: Protocolo de transferencia de imágenes

El Protocolo de transferencia de medios (MTP) fue diseñado por Microsoft para brindar acceso de mayor nivel al sistema de archivos de un dispositivo que al almacenamiento masivo USB, a nivel de archivos en lugar de bloques de disco. También tiene características DRM opcionales . MTP fue diseñado para su uso con reproductores multimedia portátiles , pero desde entonces se ha adoptado como el protocolo de acceso al almacenamiento principal del sistema operativo Android.desde la versión 4.1 Jelly Bean, así como Windows Phone 8 (los dispositivos Windows Phone 7 habían utilizado el protocolo Zune, una evolución de MTP). La razón principal de esto es que MTP no requiere acceso exclusivo al dispositivo de almacenamiento como lo hace UMS, lo que alivia los problemas potenciales si un programa de Android solicita el almacenamiento mientras está conectado a una computadora. El principal inconveniente es que MTP no es tan compatible fuera de los sistemas operativos Windows.

Dispositivos de interfaz humana

Artículo principal: clase de dispositivo de interfaz humana USB

Los joysticks, teclados, tabletas y otros dispositivos de interfaz humana (HID) también están progresivamente ^{[ ¿cuándo? ]} migrando desde conectores de puerto de juegos de PC y MIDI a USB.

Los ratones y teclados USB generalmente se pueden usar con computadoras más antiguas que tienen conectores PS / 2 con la ayuda de un pequeño adaptador USB a PS / 2. Para ratones y teclados con soporte de protocolo dual, se puede utilizar un adaptador que no contenga circuitos lógicos : el hardware USB en el teclado o ratón está diseñado para detectar si está conectado a un puerto USB o PS / 2 y comunicarse mediante el protocolo apropiado. También existen convertidores que conectan teclados y ratones PS / 2 (generalmente uno de cada uno) a un puerto USB. ^[55] Estos dispositivos presentan dos puntos finales HID al sistema y utilizan un microcontrolador para realizar la traducción de datos bidireccional entre los dos estándares.

Actualización del firmware del dispositivo

Device Firmware Upgrade (DFU) es un mecanismo independiente del proveedor y del dispositivo para actualizar el firmware de los dispositivos USB con versiones mejoradas proporcionadas por sus fabricantes, ofreciendo (por ejemplo) una forma de implementar correcciones de errores de firmware. Durante la operación de actualización del firmware, los dispositivos USB cambian su modo operativo convirtiéndose efectivamente en un programador PROM . Cualquier clase de dispositivo USB puede implementar esta capacidad siguiendo las especificaciones oficiales de DFU. ^{[52] [56] [57]}

DFU también puede dar al usuario la libertad de flashear dispositivos USB con firmware alternativo. Una consecuencia de esto es que los dispositivos USB después de ser re-flasheados pueden actuar como varios tipos de dispositivos inesperados. Por ejemplo, un dispositivo USB que el vendedor pretende que sea simplemente una unidad flash puede "falsificar" un dispositivo de entrada como un teclado. Consulte BadUSB . ^[58]

Transmisión de audio

El Grupo de Trabajo de Dispositivos USB ha establecido especificaciones para la transmisión de audio, y se han desarrollado e implementado estándares específicos para usos de clases de audio, como micrófonos, parlantes, auriculares, teléfonos, instrumentos musicales, etc. El DWG ha publicado tres versiones de dispositivos de audio especificaciones: ^{[59] [60]} Audio 1.0, 2.0 y 3.0, denominado "UAC" ^[61] o "ADC". ^[62]

UAC 2.0 introdujo soporte para USB de alta velocidad (además de Full Speed), lo que permite un mayor ancho de banda para interfaces multicanal, frecuencias de muestreo más altas, ^[63] menor latencia inherente, ^{[64] [61]} y una mejora de 8 × en la resolución de tiempo en modos sincrónico y adaptativo. ^[61] UAC2 también introduce el concepto de dominios de reloj, que proporciona información al host sobre qué terminales de entrada y salida derivan sus relojes de la misma fuente, así como soporte mejorado para codificaciones de audio como DSD , efectos de audio, agrupación de canales, usuario controles y descripciones de dispositivos. ^{[61] [65]}

UAC 3.0 presenta principalmente mejoras para dispositivos portátiles, como un uso reducido de energía al aumentar los datos y permanecer en el modo de bajo consumo con más frecuencia, y dominios de energía para diferentes componentes del dispositivo, lo que permite que se apaguen cuando no estén en uso. ^[66]

Los dispositivos UAC 1.0 siguen siendo comunes, sin embargo, debido a su compatibilidad sin controladores multiplataforma, ^[63] y también en parte debido a que Microsoft no implementó UAC 2.0 durante más de una década después de su publicación, habiendo finalmente agregado soporte para Windows 10 a través de la Actualización para creadores del 20 de marzo de 2017. ^{[67] [68] [65]} UAC 2.0 también es compatible con MacOS , iOS y Linux , ^[61] sin embargo, Android también solo implementa un subconjunto de UAC 1.0. ^[69]

USB proporciona tres tipos de sincronización isócronos (ancho de banda fijo), ^[70] todos los cuales son utilizados por dispositivos de audio: ^[71]

• Asíncrono: el ADC o DAC no están sincronizados con el reloj de la computadora host en absoluto, y funcionan con un reloj de ejecución libre local en el dispositivo.
• Sincrónico: el reloj del dispositivo está sincronizado con las señales de inicio de trama (SOF) o de intervalo de bus del USB. Por ejemplo, esto puede requerir sincronizar un reloj de 11.2896 MHz con una señal SOF de 1 kHz, una gran multiplicación de frecuencia. ^{[72] [73]}
• Adaptable: el reloj del dispositivo está sincronizado con la cantidad de datos enviados por marco por el host ^[74]

Si bien la especificación USB describió originalmente el uso del modo asíncrono en "altavoces de bajo costo" y el modo adaptativo en "altavoces digitales de alta gama", ^[75] existe la percepción opuesta en el mundo de alta fidelidad , donde el modo asíncrono se anuncia como una característica y los modos adaptativo / síncrono tienen mala reputación. ^{[76] [77] [69]} En realidad, todos los tipos pueden ser de alta o baja calidad, según la calidad de su ingeniería y la aplicación. ^{[73] [61] [78]} Asincrónico tiene la ventaja de estar desatado del reloj de la computadora, pero tiene la desventaja de requerir conversión de frecuencia de muestreo cuando se combinan múltiples fuentes.

Conectores

Artículo principal: Conectores de hardware USB

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 . ^{[20] ( 2–5 - 2–6 )} Los documentos oficiales de especificación USB también definen periódicamente el término macho para representar el enchufe y hembra para representar el receptáculo. ^[79]

El enchufe USB tipo A estándar. Este es uno de los muchos tipos de conector USB .

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. ^[20] 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 de pulgar, como usan algunos 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.

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, de modo que el dispositivo puede 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.

Cableado

Una variedad de cables USB a la venta en Hong Kong

Artículo principal: hardware USB § Cableado

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). ^{[80] [81] [82]}

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). ^[82]

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). ^[83]

Cables puente USB

En el mercado se pueden encontrar cables puente USB o cables de "transferencia de datos", que ofrecen conexiones directas de PC a PC. Un cable puente es un cable especial con un chip y componentes electrónicos activos en el medio del cable. El chip en el medio del cable actúa como un periférico para ambas computadoras y permite la comunicación de igual a igual entre las computadoras. Los cables de puente USB se utilizan para transferir archivos entre dos computadoras a través de sus puertos USB.

Popularizada por Microsoft como Windows Easy Transfer , la utilidad de Microsoft utilizó un cable puente USB especial para transferir archivos personales y configuraciones desde una computadora con una versión anterior de Windows a una computadora con una versión más reciente. Puede encontrar referencias como "Easy Transfer Cable".

Muchos puentes USB / cables de transferencia de datos siguen siendo USB 2.0, pero también hay varios cables de transferencia USB 3.0. A pesar de que el USB 3.0 es 10 veces más rápido que el USB 2.0, los cables de transferencia USB 3.0 son solo 2 - 3 veces más rápidos dado su diseño.

La especificación USB 3.0 introdujo un cable cruzado A-a-A sin alimentación para conectar dos PC. Estos no están destinados a la transferencia de datos, sino a usos de diagnóstico.

Conexiones USB de doble función

Los cables puente USB se han vuelto menos importantes con las capacidades de dispositivo USB de doble función introducidas con la especificación USB 3.1. Según las especificaciones más recientes, USB es compatible con la mayoría de escenarios que conectan sistemas directamente con un cable tipo C. Sin embargo, para que la capacidad funcione, los sistemas conectados deben admitir el cambio de roles. Las capacidades de doble función requieren que haya dos controladores dentro del sistema, así como un controlador de función. Si bien esto se puede esperar en una plataforma móvil, como una tableta o un teléfono, las computadoras de escritorio y las computadoras portátiles a menudo no admiten funciones duales. ^[84]

Poder

Artículo principal: hardware USB § Energía

USB suministra energía a 5 V ± 5% para alimentar dispositivos USB descendentes.

Dispositivos de alta y baja potencia

Los dispositivos de baja potencia pueden consumir como máximo 1 unidad de carga, y todos los dispositivos deben actuar como dispositivos de baja potencia al comenzar como no configurados. 1 unidad de carga es 100 mA para dispositivos USB hasta USB 2.0, mientras que USB 3.0 define una unidad de carga como 150 mA.

Los dispositivos de alta potencia (como una unidad de disco duro USB típica de 2,5 pulgadas) consumen al menos 1 unidad de carga y como máximo 5 unidades de carga (5x100mA = 500 mA) para dispositivos hasta USB 2.0 o 6 unidades de carga (6x150mA = 900 mA) ) para dispositivos SuperSpeed ​​(USB 3.0 y superior).

Estándares de alimentación USB

Especificación	Actual	Voltaje	Potencia (máx.)
Dispositivo de bajo consumo	100 mA	5 V [a]	0,50 W
Dispositivo SuperSpeed ​​(USB 3.0) de bajo consumo	150 mA	5 V [a]	0,75 W
Dispositivo de alta potencia	500 mA [b]	5 V	2,5 W
Dispositivo SuperSpeed ​​(USB 3.0) de alta potencia	900 mA [c]	5 V	4,5 W
Dispositivo SuperSpeed ​​(USB 3.2 Gen 2) de varios carriles	1,5 A [d]	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 [e]	20 V	100 W
El suministro de V BUS de un puerto de concentrador de baja potencia puede caer a 4,40 V. Hasta cinco unidades de carga; con dispositivos que no son SuperSpeed, una unidad de carga es de 100 mA. Hasta seis unidades de carga; con dispositivos SuperSpeed, una unidad de carga es de 150 mA. Hasta seis unidades de carga; con dispositivos de varios carriles, una unidad de carga es de 250 mA. > El funcionamiento de 3 A (60 W) requiere un cable marcado electrónicamente de 5 A.

Para reconocer el modo de carga de la batería, un puerto de carga dedicado coloca una resistencia que no exceda los 200 Ω entre los terminales D + y D−. ^[85]

Además del USB estándar, existe un sistema patentado de alta potencia conocido como PoweredUSB , desarrollado en la década de 1990 y utilizado principalmente en terminales de punto de venta como cajas registradoras.

Señalización

Artículo principal: USB (Comunicaciones) § Señalización (USB PHY)

Especificación eléctrica

Las señales USB se transmiten mediante señalización diferencial en un cable de datos de par trenzado con una impedancia característica de 90 Ω ± 15% . ^[86]

• Los modos de velocidad baja (LS) y velocidad completa (FS) utilizan un solo par de datos, etiquetado como D + y D−, en semidúplex . Los niveles de la señal transmitida son 0.0–0.3 V para nivel lógico bajo y 2.8–3.6 V para nivel lógico alto. Las líneas de señal no están terminadas .
• El modo de alta velocidad (HS) utiliza el mismo par de cables, pero con diferentes convenciones eléctricas. Voltajes de señal más bajos de −10 a 10 mV para bajo y de 360 a 440 mV para nivel lógico alto, y terminación de 45 Ω a tierra o diferencial de 90 Ω para igualar la impedancia del cable de datos.
• SuperSpeed ​​(SS) agrega dos pares adicionales de cable trenzado blindado (y conectores expandidos nuevos, en su mayoría compatibles). Estos están dedicados a la operación SuperSpeed ​​full-duplex. El enlace SuperSpeed ​​funciona independientemente del canal USB 2.0 y tiene prioridad en la conexión. La configuración del enlace se realiza mediante LFPS (señalización periódica de baja frecuencia, aproximadamente a una frecuencia de 20 MHz), y las características eléctricas incluyen la eliminación de énfasis de voltaje en el lado del transmisor y la ecualización lineal adaptativa en el lado del receptor para combatir las pérdidas eléctricas en las líneas de transmisión y, por lo tanto, en el enlace. introduce el concepto de formación de enlaces .
• SuperSpeed ​​+ (SS +) usa una mayor velocidad de datos (modo Gen 2 × 1) y / o el carril adicional en el conector USB-C (modo Gen 1 × 2 y Gen 2 × 2).

Siempre hay una conexión USB entre un host o concentrador en el extremo del conector A y el puerto "ascendente" de un dispositivo o concentrador en el otro extremo.

Capa de protocolo

Artículo principal: USB (Comunicaciones) § Capa de protocolo

Durante la comunicación USB, los datos se transmiten como paquetes . Inicialmente, todos los paquetes se envían desde el host a través del concentrador raíz, y posiblemente más concentradores, a los dispositivos. Algunos de esos paquetes hacen que un dispositivo envíe algunos paquetes en respuesta.

Transacciones

Artículo principal: USB (Comunicaciones) § Transacción

Las transacciones básicas de USB son:

• OUT transacción
• EN transacción
• Transacción de configuración
• Control de intercambio de transferencia

Estándares relacionados

El logotipo de Wireless USB

El Foro de Implementadores de USB presentó el estándar de comunicación inalámbrica Media Agnostic USB v.1.0 basado en el protocolo USB el 29 de julio de 2015. El USB inalámbrico es una tecnología de reemplazo de cable y utiliza tecnología inalámbrica de banda ultraancha para velocidades de datos de hasta 480 Mbit /s. ^[87]

El USB-IF utilizó la especificación WiGig Serial Extension v1.2 como base inicial para la especificación MA-USB y es compatible con SuperSpeed ​​USB (3.0 y 3.1) y Hi-Speed ​​USB (USB 2.0). Los dispositivos que utilizan MA-USB se marcarán como 'Powered by MA-USB', siempre que el producto califique para su programa de certificación. ^[88]

InterChip USB es una variante de chip a chip que elimina los transceptores convencionales que se encuentran en los USB normales. La capa física HSIC utiliza aproximadamente un 50% menos de energía y un 75% menos de área de placa en comparación con USB 2.0. ^[89]

Comparaciones con otros métodos de conexión

IEEE 1394

Al principio, el USB se consideró un complemento de la tecnología IEEE 1394 (FireWire), que se diseñó como un bus serie de gran ancho de banda que interconecta de manera eficiente periféricos como unidades de disco, interfaces de audio y equipos de video. En el diseño inicial, el USB funcionaba a una velocidad de datos mucho más baja y utilizaba hardware menos sofisticado. Era adecuado para pequeños periféricos como teclados y dispositivos señaladores.

Las diferencias técnicas más significativas entre FireWire y USB incluyen:

• Las redes USB usan una topología en estrella escalonada , mientras que las redes IEEE 1394 usan una topología de árbol .
• USB 1.0, 1.1 y 2.0 utilizan un protocolo de "hablar cuando se le habla", lo que significa que cada periférico se comunica con el host cuando el host le solicita específicamente que se comunique. USB 3.0 permite las comunicaciones iniciadas por el dispositivo hacia el host. Un dispositivo FireWire puede comunicarse con cualquier otro nodo en cualquier momento, sujeto a las condiciones de la red.
• Una red USB se basa en un solo host en la parte superior del árbol para controlar la red. Todas las comunicaciones se realizan entre el host y un periférico. En una red FireWire, cualquier nodo capaz puede controlar la red.
• El USB funciona con una línea de alimentación de 5  V , mientras que FireWire suministra 12 V y, en teoría, puede suministrar hasta 30 V.
• Los puertos de concentrador USB estándar pueden proporcionar una corriente de 500 mA / 2.5 W típica, solo 100 mA de puertos que no son de concentrador. USB 3.0 y USB On-The-Go suministran 1,8 A / 9,0 W (para carga de batería dedicada, ancho de banda completo de 1,5 A / 7,5 W o ancho de banda alto de 900 mA / 4,5 W), mientras que FireWire puede, en teoría, suministrar hasta 60 vatios de potencia , aunque lo más típico es de 10 a 20 vatios.

Estas y otras diferencias reflejan los diferentes objetivos de diseño de los dos buses: USB fue diseñado para simplificar y bajo costo, mientras que FireWire fue diseñado para alto rendimiento, particularmente en aplicaciones urgentes como audio y video. Aunque similar en la tasa de transferencia máxima teórica, FireWire 400 es más rápida que USB 2.0 de gran ancho de banda en uso real, ^[90] especialmente en uso de gran ancho de banda como discos duros externos. ^{[91] [92] [93] [94]} El nuevo estándar FireWire 800 es dos veces más rápido que el FireWire 400 y más rápido que el USB 2.0 de gran ancho de banda tanto teórica como prácticamente. ^[95] Sin embargo, las ventajas de velocidad de FireWire se basan en técnicas de bajo nivel como el acceso directo a la memoria.(DMA), que a su vez han creado oportunidades para ataques de seguridad como el ataque DMA .

El chipset y los controladores utilizados para implementar USB y FireWire tienen un impacto crucial en la cantidad de ancho de banda prescrito por la especificación que se logra en el mundo real, junto con la compatibilidad con los periféricos. ^[96]

Ethernet

Los estándares IEEE 802.3af , at y bt Power over Ethernet (PoE) especifican esquemas de negociación de energía más elaborados que el USB alimentado. Operan a 48 V  DC y pueden suministrar más potencia (hasta 12,95 W para af , 25,5 W para en aka PoE + , 71 W para bt aka 4PPoE ) sobre un cable de hasta 100 metros en comparación con USB 2.0, que proporciona 2,5 W con una longitud máxima de cable de 5 metros. Esto ha hecho que PoE sea popular para teléfonos VoIP , cámaras de seguridad , puntos de acceso inalámbricos.y otros dispositivos en red dentro de los edificios. Sin embargo, USB es más barato que PoE siempre que la distancia sea corta y la demanda de energía sea baja.

Los estándares de Ethernet requieren aislamiento eléctrico entre el dispositivo en red (computadora, teléfono, etc.) y el cable de red hasta 1500 V CA o 2250 V CC durante 60 segundos. ^{[97] El} USB no tiene tal requisito, ya que fue diseñado para periféricos estrechamente asociados con una computadora host y, de hecho, conecta el periférico y la conexión a tierra del host. Esto le da a Ethernet una ventaja de seguridad significativa sobre USB con periféricos como módems de cable y DSL conectados a cableado externo que pueden asumir voltajes peligrosos bajo ciertas condiciones de falla. ^[98]

MIDI

La definición de clase de dispositivo USB para dispositivos MIDI transmite datos musicales de la interfaz digital de instrumentos musicales ( MIDI ) a través de USB. ^[99] La capacidad MIDI se amplía para permitir hasta dieciséis cables MIDI virtuales simultáneos , cada uno de los cuales puede transportar los dieciséis canales y relojes MIDI habituales.

USB es competitivo para dispositivos de bajo costo y físicamente adyacentes. Sin embargo, Power over Ethernet y el estándar de enchufe MIDI tienen una ventaja en los dispositivos de gama alta que pueden tener cables largos. El USB puede causar problemas de bucle de tierra entre equipos, ya que conecta referencias de tierra en ambos transceptores. Por el contrario, el estándar de enchufe MIDI y Ethernet tienen un aislamiento integrado a 500 V o más.

eSATA / eSATAp

El conector eSATA es un conector SATA más robusto , diseñado para la conexión a discos duros externos y SSD. La tasa de transferencia de eSATA (hasta 6 Gbit / s) es similar a la de USB 3.0 (hasta 5 Gbit / s) y USB 3.1 (hasta 10 Gbit / s). Un dispositivo conectado por eSATA aparece como un dispositivo SATA ordinario, lo que brinda un rendimiento completo y una compatibilidad total asociada con las unidades internas.

eSATA no suministra energía a dispositivos externos. Esta es una desventaja cada vez mayor en comparación con USB. A pesar de que los 4.5 W de USB 3.0 a veces son insuficientes para alimentar discos duros externos, la tecnología avanza y los discos externos gradualmente necesitan menos energía, disminuyendo la ventaja de eSATA. eSATAp (power over eSATA; también conocido como ESATA / USB) es un conector introducido en 2009 que suministra energía a los dispositivos conectados mediante un conector nuevo compatible con versiones anteriores. En una computadora portátil, eSATAp generalmente suministra solo 5 V para alimentar un HDD / SSD de 2.5 pulgadas; en una estación de trabajo de escritorio, también puede suministrar 12 V para alimentar dispositivos más grandes, incluidos HDD / SSD de 3,5 pulgadas y unidades ópticas de 5,25 pulgadas.

La compatibilidad con eSATAp se puede agregar a una máquina de escritorio en forma de soporte que conecta los recursos SATA, de alimentación y USB de la placa base.

eSATA, como USB, admite conexión en caliente , aunque esto puede estar limitado por los controladores del sistema operativo y el firmware del dispositivo.

Thunderbolt

Thunderbolt combina PCI Express y Mini DisplayPort en una nueva interfaz de datos en serie. Las implementaciones originales de Thunderbolt tienen dos canales, cada uno con una velocidad de transferencia de 10 Gbit / s, lo que da como resultado un ancho de banda unidireccional agregado de 20 Gbit / s. ^[100]

Thunderbolt 2 utiliza la agregación de enlaces para combinar los dos canales de 10 Gbit / s en un canal bidireccional de 20 Gbit / s.

Thunderbolt 3 usa el conector USB-C . ^{[101] [102] [103]} Thunderbolt 3 tiene dos canales físicos bidireccionales de 20 Gbit / s, agregados para aparecer como un único canal lógico bidireccional de 40 Gbit / s. Los controladores Thunderbolt 3 pueden incorporar un controlador USB 3.1 Gen 2 para brindar compatibilidad con dispositivos USB. También son capaces de proporcionar un modo alternativo DisplayPort a través del conector USB-C, lo que hace que un puerto Thunderbolt 3 sea un superconjunto de un puerto USB 3.1 Gen 2 con modo alternativo DisplayPort.

Después de que la especificación se hizo libre de regalías y la custodia del protocolo Thunderbolt se transfirió de Intel al USB Implementers 'Forum, Thunderbolt 3 se implementó de manera efectiva en la especificación USB4, con compatibilidad con Thunderbolt 3 opcional pero recomendada para productos USB4, con Thunderbolt 4 se aplica a productos que son compatibles con el conjunto completo de funciones de USB4.

Interoperabilidad

Artículo principal: adaptador USB

Se encuentran disponibles varios convertidores de protocolo que convierten las señales de datos USB hacia y desde otros estándares de comunicaciones.

Amenazas de seguridad

• BadUSB , ^[56] ver también unidad flash USB # BadUSB
• Las CPU Intel, de Skylake, permiten controlarlas desde USB 3.0. ^{[104] [105] [106]}
• Asesino USB
• Las unidades flash USB eran peligrosas para las primeras versiones de Windows XP porque estaban configuradas de forma predeterminada para ejecutar el programa que se muestra en Autorun.inf inmediatamente después de conectar la unidad flash, el malware podría activarse automáticamente con su uso. ^{[ cita requerida ]}

Ver también

• DockPort
• Cable de transferencia fácil
• Interfaz de controlador de host extensible (XHCI)
• Objetivo LIO
• Lista de velocidades de bits del dispositivo # Periférico
• Protocolo de transferencia de medios
• Enlace móvil de alta definición
• WebUSB
• USB-C
• Thunderbolt (interfaz)

Referencias

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Enlaces externos

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Universal Serial Bus .

El manual técnico de Wikibook Serial Programming: USB tiene una página sobre el tema: conectores USB

Descripción general

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Documentos técnicos

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