- Para alimentar un adaptador multipuerto USB y cargar un dispositivo móvil conectado a él al mismo tiempo, suele ser suficiente un cargador de pared USB-C PD de 100 w.
Un concentrador USB es un dispositivo que expande un único puerto de bus serie universal (USB) en varios para que haya más puertos disponibles para conectar dispositivos a un sistema host, similar a una regleta . 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 factores de forma : desde cajas externas (con un aspecto similar a un concentrador de red o Ethernet ) hasta diseños pequeños que se pueden conectar directamente a un puerto USB (consulte la imagen de "diseño compacto"). Los concentradores de "cable corto" generalmente utilizan un cable integral de 15 cm (6 pulgadas) 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 cotidianos (como un mouse, teclado o impresora) en un solo concentrador para permitir la conexión y extracción de todos los dispositivos en un solo paso.
Algunos concentradores USB pueden admitir suministro de energía (PD) para cargar la batería de una computadora portátil, si son autoalimentados y están certificados para hacerlo, pero pueden denominarse estación de acoplamiento simple debido a la naturaleza similar de necesitar solo una conexión para cargar la batería. y conectar periféricos. Los concentradores pueden incluir interruptores de alimentación para puertos individuales para permitir apagar cómodamente los dispositivos que no responden. [2]
Una red USB se construye a partir de concentradores USB conectados en sentido descendente 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 necesaria ]
Dependiendo del proveedor y del diseño, los puertos USB suelen estar muy juntos. En consecuencia, conectar un dispositivo a un puerto puede bloquear físicamente un puerto adyacente, particularmente cuando el enchufe no forma parte de un cable sino que es parte integral de un dispositivo como una unidad flash USB . Una serie horizontal de enchufes horizontales puede ser fácil de fabricar, pero puede hacer que sólo se puedan utilizar dos de cuatro puertos (dependiendo del ancho del enchufe).
Los conjuntos de puertos en los que la orientación del puerto es perpendicular a la orientación del conjunto generalmente tienen menos problemas de bloqueo. Concentradores externos "Octopus" o "Squid" (con cada conector al final de un cable muy corto, a menudo de alrededor de 2 pulgadas (5 cm) de largo), o concentradores "estrella" (con cada puerto orientado en una dirección diferente, como se muestra en la imagen ) evita 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 especializado integrado) realizan la misma función, pero como están estrictamente alimentados por bus, es probable que se requieran concentradores USB con alimentación externa para algunos de los segmentos.
Muchos centros pueden funcionar como centros autoalimentados o impulsados por autobús . La potencia es igual a voltaje por 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 unidad de fuente de alimentación externa y, por lo tanto, puede proporcionar energía total (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 parlantes, impresoras y escáneres. Los concentradores USB autoalimentados suelen ser más voluminosos y más caros que los concentradores USB alimentados por bus.
Hay muchos concentradores en el mercado que no cumplen con las normas y que se anuncian ante el host como autoalimentados a pesar de que en realidad funcionan con bus. Del mismo modo, hay muchos dispositivos no compatibles 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 usan mucho menos de 100 mA y muchos puertos USB pueden suministrar más de 500 mA antes de apagarse por sobrecarga), pero es probable que hagan Los problemas de energía son más difíciles de diagnosticar.
Algunos concentradores autoalimentados no suministran suficiente energía para impulsar 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 energía para el propio concentrador. Los diseñadores suponen que lo más probable es que el usuario conecte muchos dispositivos de bajo consumo y sólo uno o dos requieran 500 mA completos. Por otro lado, el paquete de algunos concentradores autoalimentados indica explícitamente cuántos puertos pueden manejar una carga completa de 500 mA a la vez. Por ejemplo, el paquete 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 de la computadora host . No necesita una conexión de alimentación independiente. Sin embargo, muchos dispositivos requieren más energía de la que este método puede proporcionar 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 la computadora se apaga o entra 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 descendentes y no puede ofrecer más de cuatro unidades de corriente de 100 mA en total a dispositivos descendentes (ya que el concentrador necesita una unidad para sí mismo). Si un dispositivo requiere más unidades de corriente de las que el puerto al que está conectado puede suministrar, el sistema operativo generalmente informa esto al usuario.
Los hubs de propulsión dinámica son hubs que pueden funcionar como hubs autoalimentados o alimentados por bus. Pueden cambiar automáticamente entre modos dependiendo de si hay una fuente de alimentación independiente disponible o no. Si bien el cambio del funcionamiento con alimentación por bus al funcionamiento con alimentación propia no requiere necesariamente renegociaciones inmediatas con el host, el cambio del funcionamiento con alimentación por bus al funcionamiento con alimentación por bus puede provocar que se restablezcan las conexiones USB si los dispositivos conectados previamente solicitaron más energía que la disponible en el bus. modo alimentado.
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 deberían volver a funcionar a máxima velocidad (USB 1.1) cuando se conectan a un concentrador de alta velocidad (o se conectan a un puerto de computadora antiguo de alta velocidad). Si bien los centros de alta velocidad pueden comunicarse a todas las velocidades de los dispositivos, el tráfico de baja y alta 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 alta velocidad. Algunos diseños utilizan un traductor de transacción única (STT), mientras que otros diseños tienen traductores múltiples (MTT). Tener varios traductores es un beneficio significativo cuando se conectan varios dispositivos de alta velocidad y gran ancho de banda. [3]
Es una consideración importante que en el lenguaje común (y a menudo en el marketing 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 compatible de velocidad completa o baja puede seguir estando etiquetado como Dispositivo USB 2.0. Por 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 denominada SuperSpeed USB (SS) que puede transferir datos a hasta 5 Gbit/s (625 MB/s ), aproximadamente 10 veces más rápido que el estándar USB 2.0 . Se recomienda que los fabricantes distingan los conectores USB 3.0 de sus homólogos USB 2.0 utilizando azul (Pantone 300C) [4] para los receptáculos y enchufes Estándar-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 velocidad de transferencia SuperSpeed existente , dándole la nueva etiqueta USB 3.1 Gen 1 , [7] [8] mientras define un nuevo modo de transferencia SuperSpeed+ , llamado USB 3.1 Gen 2 [9] que puede transferir datos a hasta 10 Gbps. sobre los conectores USB tipo A y USB-C existentes (1250 MB/s, el doble de velocidad que USB 3.0). [10] [11]
USB 3.2 , lanzado en septiembre de 2017, reemplaza el estándar USB 3.1. Conserva los modos de datos USB 3.1 SuperSpeed y SuperSpeed+ existentes e introduce dos nuevos modos de transferencia SuperSpeed+ a través del conector USB-C usando operación de dos carriles, con velocidades de datos de 10 y 20 Gbps (1250 y 2500 MB/s).
Cada concentrador tiene exactamente un puerto ascendente y varios puertos descendentes. El puerto ascendente conecta el concentrador (directamente o mediante otros concentradores) al host. Se pueden conectar otros concentradores o dispositivos 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 únicamente 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 demás dispositivos (una excepción es la señalización de reanudación). El enrutamiento descendente se cambió en USB 3.0 con la adición del enrutamiento punto a punto: una cadena de ruta enviada en el encabezado del paquete permite que un host USB 3.0 envíe solo un paquete descendente a un único 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 descendentes, como la inserción o eliminación de dispositivos. En particular, si un puerto descendente de un concentrador cambia de estado, este cambio se trata en una interacción entre el host y este concentrador; con cualquier concentrador entre el host y el "concentrador modificado" actuando como transparente.
Para este objetivo, cada concentrador tiene un único punto final de interrupción "1 IN" (dirección de punto final 1, dirección de concentrador a host) que se utiliza para señalar cambios en el estado de los puertos descendentes. Cuando alguien conecta un dispositivo, el concentrador detecta voltaje en D+ o D- y señala la inserción al host a través de este punto final de interrupción. Cuando el host sondea este punto final de interrupción, aprende que el nuevo dispositivo está presente. Luego le indica al concentrador (a través del tubo de control predeterminado) que restablezca el puerto donde se conectó el nuevo dispositivo. Este reinicio hace que el nuevo dispositivo asuma la dirección 0 y el host puede entonces 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 superior al USB 1.1 (12 Mbit/s) traducirá entre el estándar inferior y el estándar superior utilizando lo que se denomina traductor de transacciones (TT). Por ejemplo, si un dispositivo USB 1.1 está conectado a un puerto de un concentrador USB 2.0, el TT reconocerá y traducirá 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 inferior comparten el mismo traductor de transacciones y, por lo tanto, crean un cuello de botella, una configuración conocida como traductor de transacciones únicas . En consecuencia, se crearon los traductores multitransacciones (Multi-TT), que proporcionan más traductores de transacciones para evitar cuellos de botella. [15] Tenga en cuenta que los concentradores USB 3.0 actualmente no [16] [ cita necesaria ] realizan la traducción de transacciones a súper velocidad para dispositivos USB 2.0.
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 disponibles en la industria concentradores que utilizan controladores de concentrador de 16 puertos. [ cita necesaria ] 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 según la cantidad de concentradores. Con 50 concentradores conectados, el número máximo es 127 − 50 = 77 . [17]
interruptores de alimentación de puerto individual
La mayoría de los fabricantes de PC etiquetan cada puerto USB con 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 significa SuperSpeed) adjuntas.[ se necesita verificación ]
