- Para alimentar un adaptador multipuerto USB y cargar un dispositivo móvil conectado a él al mismo tiempo, normalmente es suficiente un cargador de pared USB-C PD de 100 W.
Un concentrador USB es un dispositivo que expande un único puerto USB ( Universal Serial Bus ) en varios puertos para que haya más puertos disponibles para conectar dispositivos a un sistema host, de manera similar a una regleta de enchufes . Todos los dispositivos conectados a través de un concentrador USB comparten el ancho de banda disponible para ese concentrador. [1]
Los concentradores USB físicamente separados vienen en una amplia variedad de formatos : desde cajas externas (que se parecen a un concentrador Ethernet o de red ) hasta diseños pequeños que se pueden conectar directamente a un puerto USB (consulte la imagen del "diseño compacto"). Los concentradores de "cable corto" generalmente utilizan un cable integral de 6 pulgadas (15 cm) para distanciar ligeramente un concentrador pequeño de la congestión del puerto físico y aumentar la cantidad de puertos disponibles.
Casi todas las computadoras portátiles modernas están equipadas con puertos USB, pero un concentrador USB externo puede consolidar varios dispositivos de uso diario (como un mouse, un teclado o una impresora) en un solo concentrador para permitir la conexión y extracción de todos los dispositivos en un solo paso.
Algunos concentradores USB pueden admitir la entrega de energía (PD) para cargar la batería de una computadora portátil, si se alimentan por sí solos y están certificados para hacerlo, pero se los puede denominar una estación de acoplamiento simple debido a la naturaleza similar de solo necesitar una conexión para cargar la batería y conectar los periféricos. Los concentradores pueden tener interruptores de encendido para puertos individuales para permitir un ciclo de encendido conveniente de los dispositivos que no responden. [2]
Una red USB se construye a partir de concentradores USB conectados a puertos USB, que a su vez pueden provenir de concentradores USB. Los concentradores USB pueden ampliar una red USB hasta un máximo de 127 puertos. La especificación USB requiere que los concentradores alimentados por bus (pasivos) no estén conectados en serie a otros concentradores alimentados por bus. [ cita requerida ]
Según el proveedor y el diseño, los puertos USB suelen estar muy próximos entre sí. Por lo tanto, al conectar un dispositivo a un puerto se puede bloquear físicamente un puerto adyacente, en particular cuando el enchufe no forma parte de un cable, sino de un dispositivo como una unidad flash USB . Puede ser fácil fabricar una matriz horizontal de conectores horizontales, pero puede provocar que solo dos de los cuatro puertos sean utilizables (según el ancho del conector).
Los conjuntos de puertos en los que la orientación del puerto es perpendicular a la orientación del conjunto generalmente tienen menos problemas de bloqueo. Los concentradores externos tipo "pulpo" o "calamar" (con cada conector al final de un cable muy corto, a menudo de alrededor de 2 pulgadas (5 cm) de largo) o los concentradores tipo "estrella" (con cada puerto orientado en una dirección diferente, como se muestra en la imagen) evitan este problema por completo.
Los cables USB están limitados a 3 metros (10 pies) para dispositivos USB 1.1 de baja velocidad. Se puede utilizar un concentrador como repetidor USB activo para extender la longitud del cable hasta 5 metros (16 pies) a la vez. Los cables activos (concentradores de un puerto con conector integrado especializado) realizan la misma función, pero dado que se alimentan estrictamente por bus, es probable que se requieran concentradores USB alimentados externamente para algunos de los segmentos.
Muchos concentradores pueden funcionar como concentradores autoalimentados o alimentados por bus . La potencia es igual al voltaje multiplicado por la corriente. Un puerto USB que consume 500 mA (0,5 A) a 5 voltios consume 2,5 vatios de potencia.
En los concentradores USB alimentados por bus, cada puerto USB puede suministrar energía y transferir datos. Un concentrador autoalimentado toma su energía de una fuente de alimentación externa y, por lo tanto, puede proporcionar energía completa (hasta 500 mA) a cada puerto. Los concentradores autoalimentados suelen ser más caros que los concentradores USB sin alimentación.
Los concentradores autoalimentados pueden alimentar dispositivos de alto voltaje, como altavoces, impresoras y escáneres. Los concentradores USB autoalimentados suelen ser más voluminosos y más caros que los concentradores USB alimentados por bus.
Existen en el mercado muchos concentradores que no cumplen con las normas y que anuncian al host que se alimentan por sí mismos a pesar de que en realidad lo hacen por bus. Asimismo, hay muchos dispositivos que no cumplen con las normas y que utilizan más de 100 mA sin anunciar este hecho. Estos concentradores y dispositivos permiten una mayor flexibilidad en el uso de la energía (en particular, muchos dispositivos utilizan mucho menos de 100 mA y muchos puertos USB pueden suministrar más de 500 mA antes de apagarse por sobrecarga), pero es probable que dificulten el diagnóstico de los problemas de energía.
Algunos concentradores autoalimentados no suministran suficiente energía para alimentar una carga de 500 mA en cada puerto. Por ejemplo, muchos concentradores de siete puertos tienen una fuente de alimentación de 1 A, cuando en realidad siete puertos podrían consumir un máximo de 7 * 0,5 = 3,5 A, más la energía para el propio concentrador. Los diseñadores suponen que lo más probable es que el usuario conecte muchos dispositivos de bajo consumo y solo uno o dos que requieran una carga completa de 500 mA. Por otro lado, el empaque de algunos concentradores autoalimentados indica explícitamente cuántos puertos pueden alimentar una carga completa de 500 mA a la vez. Por ejemplo, el empaque de un concentrador de siete puertos podría afirmar que admite un máximo de cuatro dispositivos de carga completa.
Ejemplo de cómo calcular el consumo de potencia para un concentrador multipuerto USB con un puerto USB PD y un puerto HDMI, conectado a un teléfono inteligente y HDMI:
Un concentrador alimentado por bus obtiene toda su energía de la interfaz USB del ordenador anfitrión . No necesita una conexión de alimentación independiente. Sin embargo, muchos dispositivos requieren más energía de la que puede proporcionar este método y no funcionarán en este tipo de concentrador. Puede ser conveniente utilizar un concentrador alimentado por bus con discos duros externos autoalimentados, ya que es posible que el disco duro no deje de girar cuando el ordenador se apague o entre en modo de suspensión mientras se utiliza un concentrador autoalimentado, ya que el controlador del disco duro seguiría viendo una fuente de alimentación en los puertos USB.
Todos los puertos USB funcionan a 5 voltios, pero pueden consumir o suministrar diferentes cantidades de corriente eléctrica.
La corriente eléctrica de un USB se asigna en unidades de 100 mA hasta un total máximo de 500 mA por puerto. Por lo tanto, un concentrador alimentado por bus compatible no puede tener más de cuatro puertos de bajada y no puede ofrecer más de cuatro unidades de corriente de 100 mA en total a los dispositivos de bajada (ya que el concentrador necesita una unidad para sí mismo). Si un dispositivo requiere más unidades de corriente de las que puede suministrar el puerto al que está conectado, el sistema operativo generalmente se lo informa al usuario.
Los concentradores con alimentación dinámica son concentradores que pueden funcionar con alimentación por bus y con alimentación propia. Pueden cambiar automáticamente entre modos dependiendo de si hay una fuente de alimentación independiente disponible o no. Si bien cambiar de funcionamiento con alimentación por bus a funcionamiento con alimentación propia no requiere necesariamente renegociaciones inmediatas con el host, cambiar de funcionamiento con alimentación propia a funcionamiento con alimentación por bus puede provocar que las conexiones USB se restablezcan si los dispositivos conectados solicitaron anteriormente más energía de la disponible en el modo con alimentación por bus.
Para permitir que los dispositivos de alta velocidad (USB 2.0) funcionen en su modo más rápido, todos los concentradores entre los dispositivos y la computadora deben ser de alta velocidad. Los dispositivos de alta velocidad deben volver a la velocidad máxima (USB 1.1) cuando se conectan a un concentrador de velocidad máxima (o se conectan a un puerto de computadora de velocidad máxima más antiguo). Si bien los concentradores de alta velocidad pueden comunicarse a todas las velocidades de los dispositivos, el tráfico de baja y máxima velocidad se combina y se separa del tráfico de alta velocidad a través de un traductor de transacciones . Cada traductor de transacciones segrega el tráfico de menor velocidad en su propio grupo, creando esencialmente un bus virtual de velocidad máxima. Algunos diseños utilizan un solo traductor de transacciones (STT), mientras que otros diseños tienen múltiples traductores (MTT). Tener múltiples traductores es un beneficio significativo cuando uno conecta múltiples dispositivos de alta velocidad y ancho de banda alto. [3]
Es importante tener en cuenta que, en el lenguaje común (y a menudo en la comercialización de productos), USB 2.0 se utiliza como sinónimo de alta velocidad. Sin embargo, debido a que la especificación USB 2.0, que introdujo la alta velocidad, incorpora la especificación USB 1.1, de modo que no se requiere que un dispositivo USB 2.0 funcione a alta velocidad, cualquier dispositivo de velocidad completa o baja velocidad que cumpla con los requisitos puede seguir siendo etiquetado como un dispositivo USB 2.0. Por lo tanto, no todos los concentradores USB 2.0 funcionan a alta velocidad.
USB 3.0 es la tercera versión principal del estándar Universal Serial Bus (USB) para interconectar computadoras y dispositivos electrónicos. Entre otras mejoras, USB 3.0 agrega la nueva velocidad de transferencia conocida como SuperSpeed USB (SS) que puede transferir datos a hasta 5 Gbit/s (625 MB/s ), que es aproximadamente 10 veces más rápido que el estándar USB 2.0 . Se recomienda que los fabricantes distingan los conectores USB 3.0 de sus contrapartes USB 2.0 utilizando el color azul (Pantone 300C) [4] para los receptáculos y enchufes Standard-A, [5] y por las iniciales SS . [6]
USB 3.1 , lanzado en julio de 2013, es el estándar sucesor que reemplaza al estándar USB 3.0. USB 3.1 conserva la tasa de transferencia SuperSpeed existente , dándole la nueva etiqueta USB 3.1 Gen 1 , [7] [8] al tiempo que define un nuevo modo de transferencia SuperSpeed+ , llamado USB 3.1 Gen 2 [9] que puede transferir datos a hasta 10 Gbps a través de los conectores USB-A y USB-C existentes (1250 MB/s, el doble de la tasa de USB 3.0). [10] [11]
USB 3.2 , lanzado en septiembre de 2017, reemplaza al estándar USB 3.1. Conserva los modos de datos SuperSpeed y SuperSpeed+ existentes de USB 3.1 e introduce dos nuevos modos de transferencia SuperSpeed+ a través del conector USB-C mediante operación de dos carriles, con velocidades de datos de 10 y 20 Gbps (1250 y 2500 MB/s).
USB4 Gen 4 con velocidades de datos de 80 y 120 Gbps (10 000 y 15 000 MB/s).
Cada concentrador tiene exactamente un puerto ascendente y varios puertos descendentes. El puerto ascendente conecta el concentrador (directamente o a través de otros concentradores) al host. Otros concentradores o dispositivos pueden conectarse a los puertos descendentes. Durante la transmisión normal, los concentradores son esencialmente transparentes: los datos recibidos desde su puerto ascendente se transmiten a todos los dispositivos conectados a sus puertos descendentes (descritos gráficamente en la especificación USB 2.0 en la Figura 11-2, Conectividad de señalización del concentrador). Los datos recibidos desde un puerto descendente generalmente se reenvían solo al puerto ascendente. De esta manera, lo que envía el host lo reciben todos los concentradores y dispositivos, y lo que envía un dispositivo lo recibe el host pero no los otros dispositivos (una excepción es la señalización de reanudación). El enrutamiento descendente se ha modificado en USB 3.0 con la incorporación del enrutamiento punto a punto: una cadena de ruta enviada en el encabezado del paquete permite que un host USB 3.0 solo envíe un paquete descendente a un solo puerto de destino, lo que reduce la congestión y el consumo de energía. [12]
Los concentradores no son transparentes cuando se trata de cambios en el estado de los puertos de bajada, como la inserción o extracción de dispositivos. En particular, si un puerto de bajada de un concentrador cambia de estado, este cambio se trata en una interacción entre el host y este concentrador; todos los concentradores entre el host y el "concentrador modificado" actúan como transparentes.
Para este fin, cada hub tiene un único punto final de interrupción "1 IN" (dirección del punto final 1, dirección del hub al host) que se utiliza para señalar cambios en el estado de los puertos de bajada. Cuando alguien conecta un dispositivo, el hub detecta voltaje en D+ o D− y envía una señal de inserción al host a través de este punto final de interrupción. Cuando el host consulta este punto final de interrupción, se entera de que el nuevo dispositivo está presente. A continuación, le indica al hub (a través del conducto de control predeterminado) que restablezca el puerto en el que se conectó el nuevo dispositivo. Este restablecimiento hace que el nuevo dispositivo asuma la dirección 0 y el host puede interactuar con él directamente; esta interacción dará como resultado que el host asigne una nueva dirección (distinta de cero) al dispositivo. [13] [14]
Cualquier concentrador USB 2.0 que admita un estándar más alto que USB 1.1 (12 Mbit/s) traducirá entre el estándar más bajo y el más alto usando lo que se llama un traductor de transacciones (TT). Por ejemplo, si un dispositivo USB 1.1 está conectado a un puerto en un concentrador USB 2.0, entonces el TT reconocería y traduciría automáticamente las señales USB 1.1 a USB 2.0 en el enlace ascendente. Sin embargo, el diseño predeterminado es que todos los dispositivos de estándar más bajo comparten el mismo traductor de transacciones y, por lo tanto, crean un cuello de botella, una configuración conocida como traductor de transacción única . En consecuencia, se crearon traductores de múltiples transacciones (Multi-TT), que proporcionan más traductores de transacciones de modo que se evitan los cuellos de botella. [15] Tenga en cuenta que debido a la naturaleza de los concentradores USB 3.0 tienen una lógica separada para los datos USB 3.0 y 2.0 y, por lo tanto, informan un dispositivo HUB para ambos protocolos.
La mayoría de los concentradores USB utilizan uno o más controladores integrados (IC), de los cuales hay varios diseños disponibles de varios fabricantes. La mayoría admite un sistema de concentrador de cuatro puertos, pero también hay concentradores que utilizan controladores de concentrador de 16 puertos en la industria. [ cita requerida ] El bus USB permite siete niveles de puertos en cascada. El concentrador raíz es el primer nivel y los últimos dispositivos están en el séptimo nivel, lo que permite cinco niveles de concentradores entre ellos. La cantidad máxima de dispositivos de usuario se reduce en función de la cantidad de concentradores. Con 50 concentradores conectados, la cantidad máxima es 127 − 50 = 77 . [ 16 ]
interruptores de alimentación de puerto individual
La mayoría de los fabricantes de PC etiquetan cada puerto USB utilizando el logotipo del tipo de USB [...] el logotipo de USB 2.0 es un tridente, mientras que el logotipo de USB 3.0 es un tridente similar con las letras "SS" (que significan SuperSpeed) adjuntas.[ verificación necesaria ]
