Las versiones iniciales del estándar USB especificaban conectores que fueran fáciles de usar y que tuvieran una vida útil aceptable; las revisiones del estándar agregaron conectores más pequeños útiles para dispositivos portátiles compactos. El desarrollo a mayor velocidad del estándar USB dio lugar a otra familia de conectores para permitir rutas de datos adicionales. Todas las versiones de USB especifican propiedades de cable; los cables de la versión 3. x incluyen rutas de datos adicionales. El estándar USB incluía suministro de energía a dispositivos periféricos ; las versiones modernas del estándar extienden los límites de suministro de energía para la carga de baterías y dispositivos que requieren hasta 240 vatios . USB ha sido seleccionado como el formato de carga estándar para muchos teléfonos móviles , lo que reduce la proliferación de cargadores propietarios.
A diferencia de otros buses de datos (como Ethernet ), las conexiones USB son 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 aguas abajo proporcionan energía; esta topología se eligió para evitar fácilmente sobrecargas eléctricas y daños en los equipos. Por lo tanto, 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. Un cable USB, por definición, tiene un enchufe en cada extremo (uno A (o C) y uno B (o C)) y el receptáculo correspondiente suele estar en una computadora o un dispositivo electrónico. Los formatos mini y micro pueden conectarse a un receptáculo AB, que acepta un enchufe A o B, y ese enchufe determina el comportamiento del receptáculo.
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, que quedó obsoleto cuando fue reemplazado por el tamaño micro más delgado , todos los cuales quedaron obsoletos en USB 3.2 a favor de Type-C. Hay cinco velocidades para la transferencia de datos USB: baja velocidad, velocidad completa, 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 alguna opción 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 por azul).
Los conectores que especifica el comité USB respaldan una serie de objetivos subyacentes del USB y reflejan las lecciones aprendidas de los numerosos conectores que ha utilizado la industria informática. El conector montado en el host o dispositivo se denomina receptáculo y el conector conectado al cable se denomina enchufe . [2] Los documentos oficiales de especificación USB también definen periódicamente el término macho para representar el enchufe y hembra para representar el receptáculo. [3] [ aclaración necesaria ]
Por diseño, es difícil insertar un enchufe USB en su receptáculo de manera incorrecta. La especificación USB requiere que el enchufe del cable y el receptáculo estén marcados para que el usuario pueda reconocer la orientación correcta. [2] Sin embargo, el enchufe USB-C es reversible. Los cables USB y los dispositivos USB pequeños se mantienen en su lugar mediante la fuerza de sujeción del receptáculo, sin tornillos, clips ni tornillos giratorios como utilizan otros conectores.
Los conectores A y B diferentes evitan la conexión accidental de dos fuentes de alimentación. Sin embargo, parte de esta topología dirigida se pierde con la llegada de las conexiones USB multipropósito (como USB On-The-Go en teléfonos inteligentes y enrutadores Wi-Fi alimentados por USB), que requieren cables A a A, B a B y, a veces, cables divisores/Y. Consulte la sección Conectores USB On-The-Go a continuación para obtener una descripción resumida más detallada.
Existen los llamados cables con conectores A en ambos extremos, que pueden ser válidos si el "cable" incluye, por ejemplo, un dispositivo de transferencia host-a-host USB con dos puertos. [4] Este es, por definición, un dispositivo con dos puertos B lógicos, cada uno con un cable cautivo, no un cable con dos extremos A.
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 1500 ciclos de inserción y extracción, [5] el receptáculo Mini-USB aumentó esto a 5000 ciclos, [5] y los receptáculos Micro-USB [5] y USB-C más nuevos están diseñados para una vida útil mínima nominal de 10 000 ciclos de inserción y extracción. [6] Para lograr esto, se agregó un dispositivo de bloqueo y se movió el resorte de láminas del conector 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 soportara el mayor desgaste . [5] [ página necesaria ]
En el USB estándar, los contactos eléctricos de 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. [5]
La carcasa del enchufe hace contacto con el receptáculo antes que cualquiera de las clavijas internas. La carcasa suele estar conectada a tierra para disipar la electricidad estática y proteger los cables dentro del conector.
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 para el tamaño de un dispositivo de conexión en el área alrededor de su enchufe, de modo que los puertos adyacentes no queden bloqueados. Los dispositivos compatibles deben ajustarse a las restricciones de tamaño o admitir un cable compatible que lo haga.
USB 2.0 utiliza dos cables para la alimentación (V BUS y GND) y dos para las señales de datos seriales diferenciales . Los conectores mini y micro tienen sus conexiones GND movidas del pin n.° 4 al pin n.° 5, mientras que su pin n.° 4 sirve como pin de identificación para la identificación del host/cliente On-The-Go. [7]
USB 3.0 proporciona dos pares diferenciales adicionales (cuatro cables, SSTx+, SSTx−, SSRx+ y SSRx−), lo que proporciona transferencias de datos full-duplex a SuperSpeed , lo que lo hace similar a Serial ATA o PCI Express de un solo carril .
Los puertos y conectores USB suelen estar codificados por colores para distinguir sus diferentes funciones y versiones USB. Estos colores no forman parte de la especificación USB y pueden variar entre fabricantes; por ejemplo, la especificación USB 3.0 exige una codificación por colores adecuada, mientras que solo recomienda insertos azules para conectores y enchufes USB 3.0 estándar A. [9]
Los tipos de conectores USB se multiplicaron a medida que avanzaba la especificación. La especificación USB original detallaba enchufes y receptáculos estándar A y estándar B. 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 modos diferentes según se realice o no la conexión de datos. Las bases de carga suministran energía y no incluyen un dispositivo host ni pines de datos, lo que permite que cualquier dispositivo USB compatible se cargue o funcione desde un cable USB estándar. Los cables de carga proporcionan conexiones de alimentación, pero no de datos. En un cable solo de carga, los cables de datos se cortocircuitan en el extremo del dispositivo; de lo contrario, el dispositivo puede rechazar el cargador por no ser adecuado.
La sección transversal máxima permitida de la funda de sobremoldeo (que forma parte del conector utilizado para su manipulación) es de 16 por 8 mm (0,63 por 0,31 pulgadas) 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 pulgadas). [3]
Los conectores mini-USB se introdujeron junto con USB 2.0 en abril de 2000, y se utilizan principalmente 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. [12] Los conectores Mini-B aún son compatibles, pero no son compatibles con On-The-Go ; [13] el conector USB Mini-B era estándar para transferir datos hacia y desde los primeros teléfonos inteligentes y PDA. Tanto los enchufes Mini-A como Mini-B miden aproximadamente 3 por 7 mm (0,12 por 0,28 pulgadas). El receptáculo Mini-AB acepta un enchufe Mini-A o Mini-B.
Los conectores Micro-USB, que fueron anunciados por USB-IF el 4 de enero de 2007, [14] [15] 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 mide 6,85 por 1,8 mm (0,270 por 0,071 pulgadas) con un tamaño máximo de funda de sobremoldeo de 11,7 por 8,5 mm (0,46 por 0,33 pulgadas), mientras que el conector Micro-B mide 6,85 por 1,8 mm (0,270 por 0,071 pulgadas) con un tamaño máximo de sobremoldeo de 10,6 por 8,5 mm (0,42 por 0,33 pulgadas). [8]
Los conectores Micro-USB más delgados fueron pensados para reemplazar a los conectores Mini en dispositivos fabricados desde mayo de 2007, incluidos teléfonos inteligentes , asistentes digitales personales y cámaras. [16]
El diseño del conector Micro está clasificado para al menos 10,000 ciclos de conexión-desconexión, que es más que el diseño del conector Mini. [14] [17] 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 cables y conectores Micro-USB de bus serie universal detalla las características mecánicas de los enchufes Micro-A , los receptáculos Micro-AB (que aceptan enchufes Micro-A y Micro-B), los enchufes y receptáculos Micro-USB de doble cara y Micro-B, [17] junto con un receptáculo Estándar-A a un adaptador de enchufe Micro-A.
El 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. [18]
La Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) adoptó el micro-USB como la "solución de carga universal" en octubre de 2009. [19]
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, [20] y 14 de los mayores fabricantes de teléfonos móviles del mundo firmaron el Memorando de Entendimiento (MoU) EPS común de la UE. [21] [22] Apple , uno de los firmantes originales del MoU, pone a disposición adaptadores Micro-USB (tal como se permite en el MoU EPS común) para sus iPhones equipados con el conector de base de 30 pines patentado de Apple o el conector Lightning (posteriormente) . [23] [24] según el CEN , CENELEC y ETSI .
USB 3.0 introdujo conectores y receptáculos SuperSpeed de tipo A, así como conectores y receptáculos SuperSpeed de tipo B de tamaño micro. Los receptáculos 3.0 son compatibles con versiones anteriores a la 3.0.
Los conectores y receptáculos USB 3. x y 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 4 pines de USB 1.0, lo que hace que los conectores y receptáculos USB 3.0 Tipo-A sean compatibles con versiones anteriores de USB 1.0.
En el lado del dispositivo, se utiliza un conector Micro-B modificado (Micro-B SuperSpeed) para cubrir los cinco pines adicionales necesarios para lograr las características USB 3.0 (también se puede utilizar el conector USB-C). El conector Micro-B USB 3.0 consiste en un conector de cable Micro-B USB 2.0 estándar, con un conector adicional de 5 pines "apilado" a un costado. De esta manera, los cables con conectores Micro-B USB 2.0 más pequeños de 5 pines se pueden conectar a dispositivos con receptáculos Micro-B USB 3.0 de 10 contactos y lograr compatibilidad con versiones anteriores.
Los cables USB existen con varias combinaciones de enchufes en cada extremo del cable, como se muestra a continuación en la matriz de cables USB .
USB On-The-Go (OTG) introduce el concepto de un dispositivo que cumple funciones tanto de host como de dispositivo. 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 según se define en la revisión 1.01 de la especificación Micro-USB.
Para permitir que los receptáculos de tipo AB distingan qué extremo de un cable está enchufado, los enchufes tienen un pin "ID" además de los cuatro contactos de los conectores USB de tamaño estándar. Este pin ID está conectado a GND en los enchufes de tipo A y no está conectado 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 ID.
El dispositivo OTG con el conector A insertado se denomina dispositivo A y es responsable de alimentar la interfaz USB cuando es necesario y, de manera predeterminada, asume el rol de host. El dispositivo OTG con el conector B insertado se denomina dispositivo B y, de manera predeterminada, asume el rol de periférico. Un dispositivo OTG sin conector insertado actúa de manera predeterminada como un dispositivo B. Si una aplicación en el dispositivo B requiere el rol de host, se utiliza el Protocolo de negociación de host (HNP) para transferir temporalmente el rol de host al dispositivo B.
Los dispositivos OTG conectados a un dispositivo B solo periférico o a un host estándar/integrado tienen su función determinada por el cable, ya que en estos escenarios solo es posible conectar el cable en una dirección. [ cita requerida ]
El conector USB-C reemplaza a todos los conectores USB anteriores y al conector Mini DisplayPort. Se utiliza para todos los protocolos USB y para Thunderbolt (3 y posteriores), DisplayPort (1.2 y posteriores) y otros. Desarrollada aproximadamente al mismo tiempo que la especificación USB 3.1, pero distinta de ella, la Especificación USB-C 1.0 se finalizó en agosto de 2014 [25] y define un nuevo conector pequeño de enchufe reversible para dispositivos USB. [26] 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 pensado para ser a prueba de futuro . [25] [27]
El conector de doble cara de 24 pines proporciona cuatro pares de alimentación y tierra, dos pares diferenciales para datos USB 2.0 (aunque solo se implementa un par en un cable USB-C), cuatro pares para bus de datos SuperSpeed (solo se usan dos pares en modo USB 3.1), dos pines de "uso de banda lateral", alimentación V CONN +5 V para cables activos y un pin de configuración para detección de orientación de cable y canal de datos de configuración de código de marca bifásica (BMC) dedicado (CC). [28] [29] Se requieren adaptadores y cables de tipo A y tipo B para que los hosts y dispositivos más antiguos se conecten a hosts y dispositivos USB-C. No se permiten adaptadores y cables con un receptáculo USB-C. [30]
Los cables USB-C 3.1 con todas las funciones contienen un conjunto completo de cables y están "marcados electrónicamente" ( E-marked ): contienen un chip "eMarker" que responde al comando USB Power Delivery Discover Identity , un tipo de mensaje definido por el proveedor (VDM) enviado a través del canal de datos de configuración (CC). Al usar este comando, el cable informa sus capacidades actuales, velocidad máxima y otros parámetros. [31] : §4.9 Los dispositivos USB Type-C con todas las funciones son un prerrequisito mecánico para el funcionamiento en múltiples carriles (USB 3.2 Gen 1x2, USB 3.2 Gen 2x2, USB4 2x2, USB4 3x2, USB Gen 4 Asymmetric). [31]
Los dispositivos USB-C admiten corrientes de alimentación de 1,5 A y 3,0 A a través del bus de alimentación de 5 V, además de los 900 mA de referencia. Estas corrientes más altas se pueden negociar a través de la línea de configuración. Los dispositivos también pueden utilizar la especificación de suministro de energía completa mediante la línea de configuración codificada por BMC y la línea V BUS codificada por BFSK heredada . [31] : §4.6.2.1
Los enchufes USB encajan en 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.
Los fabricantes de dispositivos electrónicos personales pueden no incluir un conector USB estándar en sus productos por razones técnicas o de marketing. [33] Por ejemplo, Olympus ha estado utilizando un cable especial llamado CB-USB8, uno de cuyos extremos tiene un contacto especial. Algunos fabricantes proporcionan cables propietarios, como Lightning , que permiten que sus dispositivos se conecten físicamente a un puerto USB estándar. No se garantiza la funcionalidad completa de los puertos propietarios y los cables con puertos USB estándar; por ejemplo, algunos dispositivos solo utilizan la conexión USB para cargar la batería y no implementan ninguna función de transferencia de datos. [34]
Las señales D± utilizadas por los sistemas de baja, máxima y alta velocidad 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 la especificación también menciona el twinax ). Por lo tanto, para soportar la transmisión de datos SuperSpeed, los cables contienen el doble de hilos y 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 que funcionan 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 permite 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 máximo permitido de ida y vuelta de aproximadamente 1,5 μs. Si el dispositivo USB no responde a los comandos del host 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 a los retrasos de los cables de conexión, el retraso máximo aceptable por cable asciende a 26 ns. [38] La especificación USB 2.0 requiere que el retraso del cable sea inferior a 5,2 ns/m ( 1,6 ns/pie , 192 000 km/s ), que está cerca de la velocidad de transmisión máxima alcanzable para el 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 el cableado de cobre con cables AWG 26, la longitud práctica máxima es de 3 metros (9 pies 10 pulgadas). [39]
Los conectores USB descendentes suministran energía a un voltaje nominal de 5 V CC a través del pin V_BUS a los dispositivos USB ascendentes.
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La tolerancia en V_BUS en un conector ascendente (o host) era originalmente de ±5% (es decir, podía estar en cualquier lugar en el rango de 4,75 V a 5,25 V). Con el lanzamiento de la especificación USB Type-C en 2014 y su capacidad de alimentación de 3 A, el USB-IF eligió aumentar el límite de voltaje superior a 5,5 V para combatir la caída de voltaje a corrientes más altas. [40] La especificación USB 2.0 (y, por lo tanto, implícitamente también las especificaciones USB 3. x ) también se actualizaron para reflejar este cambio en ese momento. [41] Una serie de extensiones a las especificaciones USB han aumentado progresivamente aún más el voltaje V_BUS máximo permitido: comenzando con 6,0 V con USB BC 1.2, [42] hasta 21,5 V con USB PD 2.0 [43] y 50,9 V con USB PD 3.1, [43] mientras que todavía se mantiene la compatibilidad con USB 2.0 al requerir varias formas de protocolo de enlace antes de aumentar el voltaje nominal por encima de 5 V.
USB PD continúa utilizando la tolerancia bilateral del 5%, con voltajes permitidos de PDO ±5% ±0,5 V (por ejemplo, para un PDO de 9,0 V, los límites máximo y mínimo son 9,95 V y 8,05 V, respectivamente). [43]
Existen varios voltajes mínimos permitidos definidos en diferentes ubicaciones dentro de una cadena de conectores, concentradores y cables entre un host ascendente (que proporciona la energía) y un dispositivo descendente (que consume la energía). Para permitir caídas de voltaje, el voltaje en el puerto del host, el puerto del concentrador y el dispositivo se especifican en al menos 4,75 V, 4,4 V y 4,35 V respectivamente por USB 2.0 para dispositivos de bajo consumo, [a] pero debe ser al menos 4,75 V en todas las ubicaciones para dispositivos de alto consumo [b] (sin embargo, se requiere que los dispositivos de alto consumo operen como un dispositivo de bajo consumo para que puedan detectarse y enumerarse si se conectan a un puerto ascendente de bajo consumo). Las especificaciones USB 3. x requieren que todos los dispositivos operen hasta 4,00 V en el puerto del dispositivo.
A diferencia de USB 2.0 y USB 3.2, USB4 no define su propio modelo de energía basado en VBUS. La energía para el funcionamiento de USB4 se establece y administra según lo definido en la Especificación USB Tipo-C y la Especificación USB PD.
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El límite de consumo de energía del dispositivo se establece en términos de una unidad de carga , que es de 100 mA para dispositivos USB 2.0 o 150 mA para dispositivos SuperSpeed (es decir, USB 3. x ). 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 ser configurados. Un dispositivo de alto consumo debe configurarse, 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, porque la potencia máxima puede no estar siempre disponible desde el puerto ascendente. [44] [45] [46] [47]
Un concentrador alimentado por bus es un dispositivo de alta potencia que proporciona puertos de baja potencia. Extrae 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 complementando la fuente de alimentación del host con su propia fuente de alimentación externa. Opcionalmente, el controlador del concentrador puede extraer energía para su funcionamiento como un dispositivo de baja potencia, pero todos los puertos de alta potencia deben extraerla de la propia fuente de alimentación 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, [48] funcionan de manera errática, si es que lo hacen, con la alimentación del bus de un solo puerto. El USB permite que estos dispositivos se autoalimenten. Sin embargo, estos dispositivos pueden venir con un cable en forma de Y que tiene dos conectores USB (uno para alimentación y datos, el otro solo para alimentación), de modo que consumen energía como dos dispositivos. [49] Este tipo de cable no es estándar, ya que la especificación de conformidad con USB establece que "el uso de un cable 'Y' (un cable con dos conectores 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 autoalimentarse". [50]
La carga de batería por USB ( BC ) define un puerto de carga , que puede ser un puerto descendente de carga (CDP), con datos, o un puerto de carga dedicado (DCP) sin datos. Los puertos de carga dedicados se pueden encontrar en adaptadores de corriente USB para hacer funcionar dispositivos conectados y paquetes de baterías. Los puertos de carga en un host con ambos tipos estarán etiquetados. [51]
El dispositivo de carga identifica un puerto de carga mediante una señalización sin datos en los terminales D+ y D−. Un puerto de carga dedicado coloca una resistencia que no supera los 200 Ω entre los terminales D+ y D−. [51] : §1.4.7; tabla 5-3
Según la especificación básica, cualquier dispositivo conectado a un puerto estándar de bajada (SDP) debe ser inicialmente un dispositivo de bajo consumo, con un modo de alto consumo que depende de la configuración USB posterior por parte del host. Sin embargo, los puertos de carga pueden suministrar inmediatamente entre 0,5 y 1,5 A de corriente. El puerto de carga no debe aplicar 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. [51]
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 de energía del bus durante la señalización de alta velocidad; [52] 1.2 especifica que los dispositivos y puertos de carga deben estar diseñados 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. Introdujo varios cambios y aumentó los límites, incluido el de permitir 1,5 A en los puertos de carga descendentes para dispositivos no configurados, lo que permite una comunicación de alta velocidad mientras se tiene una corriente de hasta 1,5 A. Además, se eliminó la compatibilidad con la detección del puerto de carga a través de mecanismos resistivos. [53]
Antes de que se definiera la Especificación de Carga de Baterías, no existía una forma estandarizada para que el dispositivo portátil consultara cuánta corriente había disponible. Por ejemplo, los cargadores de iPod y iPhone de Apple indican la corriente disponible mediante voltajes en las líneas D− y D+ (a veces también llamados "Apple Brick ID"). Cuando D+ = D− = 2,0 V, el dispositivo puede consumir hasta 900 mA. Cuando D+ = 2,0 V y D− = 2,8 V, el dispositivo puede consumir hasta 1 A de corriente. [54] Cuando D+ = 2,8 V y D− = 2,0 V, el dispositivo puede consumir hasta 2 A de corriente. [55]
Los dispositivos portátiles que tienen un puerto USB On-The-Go pueden querer cargar y acceder a un periférico USB simultáneamente, pero tener un solo puerto (tanto por el On-The-Go como por el requisito de espacio) lo impide. 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 enchufe tipo A o cargador en un cable cautivo. El pin ID del puerto OTG no está conectado dentro del enchufe como es habitual, sino al propio ACA, donde las señales fuera de los estados flotante y de tierra del OTG se utilizan para la detección del ACA y la señalización del estado. El puerto de carga no pasa datos, pero sí utiliza las señales D± para la detección del puerto de carga. El puerto de accesorios actúa como cualquier otro puerto. Cuando el ACA lo señala adecuadamente, el dispositivo portátil puede cargarse desde la alimentación del bus como si hubiera un puerto de carga presente; cualquier señal OTG sobre la alimentación del bus se pasa en cambio al dispositivo portátil a través de la señal ID. La alimentación del bus también se proporciona al puerto de accesorios desde el puerto de carga de forma transparente. [51]
En julio de 2012, el USB Promoters Group anunció la finalización de la especificación USB Power Delivery ( USB-PD ) (USB PD rev. 1), una extensión que especifica el uso de cables USB certificados compatibles con PD con conectores USB estándar tipo A y tipo B para entregar mayor potencia (más de 7,5 W máximo permitido por la especificación anterior de carga de batería USB) a dispositivos con mayores demandas de energía. (Los conectores USB-PD A y B tienen una marca mecánica mientras que los conectores Micro tienen una resistencia o capacitor conectado al pin de identificación que indica la capacidad del cable). Los dispositivos USB-PD pueden solicitar corrientes más altas y voltajes de suministro 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). [60] En todos los casos, se admiten configuraciones tanto de host a dispositivo como de dispositivo a host. [61]
La intención es permitir la carga uniforme de ordenadores portátiles, tabletas, discos USB y otros dispositivos electrónicos de consumo de mayor potencia, como una extensión natural de las normas de carga de teléfonos móviles europeas y chinas existentes. Esto también puede afectar a la forma en que se transmite y utiliza la energía eléctrica utilizada para dispositivos pequeños tanto en edificios residenciales como públicos. [62] [56] La norma está diseñada para coexistir con la especificación anterior de carga de baterías USB. [63]
La primera especificación de Power Delivery (Rev. 1.0) definió seis perfiles de potencia fijos para las fuentes de energía. Los dispositivos que detectan 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 compatible. El protocolo de configuración de energía puede utilizar codificación BMC sobre el cable CC (canal de configuración) si hay uno presente, o un canal de transmisión codificado BFSK de 24 MHz en la línea V BUS . [56]
La revisión 2.0 de la especificación USB Power Delivery (USB PD Rev. 2.0) se ha publicado como parte de la suite USB 3.1. [57] [64] [65] Cubre el cable y el conector USB-C con un canal de configuración separado, que ahora aloja un canal de datos codificado por BMC de baja frecuencia acoplado a CC que reduce las posibilidades de interferencia de RF . [66] Los protocolos de entrega de energía se han actualizado para facilitar las funciones USB-C, como la función de identificación del cable, la negociación del modo alternativo, el aumento de las corrientes V BUS 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 potencia fijos para las fuentes de alimentación han quedado obsoletos. [67] Las reglas de potencia USB PD reemplazan los perfiles de potencia y definen cuatro niveles de voltaje normativos de 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) opcional que permite un control granular sobre la salida V BUS , lo que permite un rango de voltaje de 3,3 a 21 V en pasos de 20 mV y una corriente especificada en pasos de 50 mA, para facilitar la carga de voltaje y corriente constantes. La revisión 3.0 también agrega mensajes de configuración extendidos y un intercambio rápido de roles y desaprueba el protocolo BFSK. [58] : Tabla 6.26 [68] [69]
El 8 de enero de 2018, USB-IF anunció el logotipo de cargador rápido USB certificado para cargadores que utilizan el protocolo de fuente de alimentación programable (PPS) de la especificación USB Power Delivery 3.0. [70]
En mayo de 2021, el grupo promotor de USB PD lanzó la revisión 3.1 de la especificación. [59] La revisión 3.1 agrega el modo de rango de potencia extendido (EPR) que permite voltajes más altos de 28, 36 y 48 V, proporcionando hasta 240 W de potencia (48 V a 5 A), y el protocolo "Suministro de voltaje ajustable" (AVS) que permite especificar el voltaje de un rango de 15 a 48 V en pasos de 100 mV. [71] [72] Los voltajes más altos requieren cables EPR marcados electrónicamente que admitan el funcionamiento a 5 A e incorporen mejoras mecánicas requeridas por la rev. 2.1 del estándar USB Tipo-C; los modos de potencia existentes se renombran retroactivamente como Rango de potencia estándar (SPR). En octubre de 2021, Apple presentó un cargador USB PD GaN de 140 W (28 V 5 A) con las nuevas MacBooks, [73] y en junio de 2023, Framework presentó un cargador USB PD GaN de 180 W (36 V 5 A) con el Framework 16. [74]
En octubre de 2023, el grupo promotor de USB PD lanzó la revisión 3.2 de la especificación. El protocolo AVS ahora funciona con el antiguo rango de potencia estándar (SPR), hasta un mínimo de 9 V. [75] : §10.2.2
Antes de Power Delivery, los proveedores de teléfonos móviles utilizaban protocolos personalizados para superar el límite de 7,5 W de la especificación de carga de batería USB (BCS). Por ejemplo, Quick Charge 2.0 de Qualcomm puede entregar 18 W a un voltaje más alto, y VOOC entrega 20 W a los 5 V normales. [76] Algunas de estas tecnologías, como Quick Charge 4, finalmente se volvieron compatibles con USB PD nuevamente. [77]
A partir de 2024, los controladores de carga USB PD convencionales admiten hasta 100 W a través de un solo puerto, algunos hasta 140 W [78] [79] y algunos personalizados hasta 180 W. [80]
Los puertos USB de carga y suspensión se pueden utilizar para cargar dispositivos electrónicos incluso cuando la computadora que aloja los puertos está apagada. Normalmente, cuando una computadora está apagada, los puertos USB se apagan. Esta característica también se ha implementado en algunas estaciones de acoplamiento para computadoras portátiles, lo que permite cargar dispositivos incluso cuando no hay una computadora portátil presente. [81] En las computadoras portátiles, cargar dispositivos desde el puerto USB cuando no está recibiendo alimentación de CA agota la batería de la computadora portátil; la mayoría de las computadoras portátiles tienen una función para detener la carga si su propio nivel de carga de batería es demasiado bajo. [82]
En las computadoras portátiles Dell, HP y Toshiba, los puertos USB de suspensión y carga están marcados con el símbolo USB estándar con un rayo o un ícono de batería agregado en el lado derecho. [83] Dell llama a esta función PowerShare , [84] y debe habilitarse en el BIOS. Toshiba lo llama USB Sleep-and-Charge . [85] En las computadoras portátiles Acer Inc. y Packard Bell , los puertos USB de suspensión y carga están marcados con un símbolo no estándar (las letras USB sobre un dibujo de una batería); la función se llama Power-off USB . [86] Lenovo llama a esta función Always On USB . [87]
A partir del 14 de junio de 2007 [update], todos los teléfonos móviles nuevos que soliciten una licencia en China deberán utilizar un puerto USB como puerto de alimentación para cargar la batería. [88] [89] Este fue el primer estándar en utilizar la convención de cortocircuitar D+ y D− en el cargador. [90]
En septiembre de 2007, el grupo Open Mobile Terminal Platform (un foro de operadores de redes móviles y fabricantes como Nokia , Samsung , Motorola , Sony Ericsson y LG ) anunció que sus miembros habían acordado que Micro-USB sería el futuro conector común para dispositivos móviles. [91] [92]
La Asociación GSM (GSMA) siguió su ejemplo el 17 de febrero de 2009, [93] [94] [95] [96] y el 22 de abril de 2009, esto fue respaldado por la CTIA – The Wireless Association , [97] con la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) anunciando el 22 de octubre de 2009, que también había adoptado la Solución de Carga Universal como su "nueva solución de teléfono móvil de un solo cargador de bajo consumo energético", y agregó: "Basados en la interfaz Micro-USB, los cargadores UCS también incluirán una calificación de eficiencia de 4 estrellas o superior, hasta tres veces más eficiente energéticamente que un cargador sin calificación". [98]
En junio de 2009, la Comisión Europea organizó un Memorando de Entendimiento (MoU) voluntario para adoptar el micro-USB como estándar común para cargar los teléfonos inteligentes comercializados en la Unión Europea . La especificación se denominó fuente de alimentación externa común . El MoU duró hasta 2014. La especificación EPS común (EN 62684:2010) hace referencia a la Especificación de carga de batería USB y es similar a las soluciones de carga GSMA/OMTP y chinas. [99] [100] En enero de 2011, la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) publicó su versión del estándar EPS común (de la UE) como IEC 62684:2011. [101]
En 2022, la Directiva de equipos radioeléctricos 2022/2380 hizo que el USB-C fuera obligatorio como estándar de carga para teléfonos móviles a partir de 2024 y para computadoras portátiles a partir de 2026. [102]
Una variedad de estándares (no USB) admiten la carga de dispositivos más rápido que el estándar de carga de batería USB. Cuando un dispositivo no reconoce el estándar de carga más rápida, generalmente el dispositivo y el cargador recurren al estándar de carga de batería USB de 5 V a 1,5 A (7,5 W). Cuando un dispositivo detecta que está enchufado a un cargador con un estándar de carga más rápida compatible, el dispositivo consume más corriente o le indica al cargador que aumente el voltaje o ambas cosas para aumentar la potencia (los detalles varían entre los estándares). [103]
Estas normas incluyen: [103] [104]
Algunos dispositivos USB requieren más energía de la permitida por las especificaciones para un solo puerto. Esto es común para unidades de disco duro externas y unidades de disco óptico , y generalmente para dispositivos con motores o lámparas . Dichos dispositivos pueden utilizar una fuente de alimentación externa , lo cual está permitido por la norma, o utilizar un cable USB de doble entrada, una de las cuales es para alimentación y transferencia de datos, la otra únicamente para alimentación, lo que hace que el dispositivo sea un dispositivo USB no estándar. Algunos puertos USB y concentradores externos pueden, en la práctica, suministrar más energía a los dispositivos USB de la requerida por la especificación, pero un dispositivo que cumpla con la norma puede no depender de esto.
Además de limitar la potencia media total utilizada por el dispositivo, la especificación USB limita la corriente de entrada (es decir, la corriente utilizada para cargar los condensadores de desacoplamiento y filtrado ) cuando el dispositivo se conecta por primera vez. De lo contrario, la conexión de un dispositivo podría causar problemas con la alimentación interna del host. Los dispositivos USB también deben entrar automáticamente en el modo de suspensión de potencia ultrabaja cuando se suspende el host USB. Sin embargo, muchas interfaces de host USB no cortan el suministro de energía a los dispositivos USB cuando se suspenden. [105]
Algunos dispositivos USB no estándar utilizan la fuente de alimentación de 5 V sin participar en una red USB adecuada, que negocia el consumo de energía con la interfaz del host. Algunos ejemplos incluyen luces de teclado alimentadas por USB, ventiladores, enfriadores y calentadores de tazas, cargadores de batería, aspiradoras en miniatura e incluso lámparas de lava en miniatura . En la mayoría de los casos, estos elementos no contienen circuitos digitales y, por lo tanto, no son dispositivos USB compatibles con el estándar. Esto puede causar problemas con algunas computadoras, como consumir demasiada corriente y dañar los circuitos. Antes de la Especificación de carga de batería USB, la especificación USB requería que los dispositivos se conectaran en un modo de bajo consumo (100 mA máximo) y comunicaran sus requisitos de corriente al host, lo que luego permite que el dispositivo cambie al modo de alto consumo.
Algunos dispositivos, cuando se conectan a los puertos de carga, consumen incluso más energía (10 vatios) de lo que permite la Especificación de carga de batería; el iPad es uno de esos dispositivos; [106] negocia el consumo de corriente con voltajes de pin de datos. [54] Los dispositivos Barnes & Noble Nook Color también requieren un cargador especial que funciona a 1,9 A. [107]
PoweredUSB es una extensión patentada que agrega cuatro pines que suministran hasta 6 A a 5 V, 12 V o 24 V. Se utiliza comúnmente en sistemas de puntos de venta para alimentar periféricos como lectores de códigos de barras , terminales de tarjetas de crédito e impresoras.
Sección 1.3: También se tuvieron en cuenta los requisitos adicionales para un conector más resistente que sea duradero más allá de los 10 000 ciclos y que aún cumpla con la especificación USB 2.0 en cuanto a rendimiento mecánico y eléctrico. El Mini-USB no se pudo modificar y siguió siendo compatible con el conector existente, tal como se define en la especificación USB OTG.