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 de mayor velocidad del estándar USB dio lugar a otra familia de conectores para permitir rutas de datos adicionales. Todas las versiones de USB especifican las propiedades del cable; Los cables de la versión 3.x incluyen rutas de datos adicionales. El estándar USB incluía suministro de energía a dispositivos periféricos ; Las versiones modernas del estándar amplían los límites de suministro de energía para la carga de baterías y dispositivos que requieren hasta 240 vatios . Se ha seleccionado USB como formato de carga estándar para muchos teléfonos móviles , reduciendo 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 "descendentes" que se conectan a los puertos de los dispositivos orientados "ascendentes". Sólo los puertos orientados hacia abajo proporcionan energía; Se eligió esta topología para evitar fácilmente sobrecargas eléctricas y equipos dañados. Así, los cables USB tienen extremos diferentes: A y B, con conectores físicos diferentes para cada uno. Cada formato tiene un enchufe y 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 otro B (o C), y el receptáculo correspondiente suele estar en una computadora o dispositivo electrónico. Los formatos mini y micro se pueden conectar a un receptáculo AB, que acepta un enchufe A o B, enchufe que 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 en favor del tipo C. Hay cinco velocidades para la transferencia de datos USB: baja velocidad, velocidad máxima, alta velocidad (a partir de la versión 2.0 de la especificación), SuperSpeed (a partir de la versión 3.0) y SuperSpeed+ (a partir de la versión 3.1). Los modos tienen diferentes requisitos de hardware y cableado. Los dispositivos USB tienen algunas opciones de modos implementados y la versión USB no es una declaración confiable de los modos implementados. Los modos se identifican por sus nombres e íconos, y la especificación sugiere que los enchufes y receptáculos estén codificados por colores (SuperSpeed se identifica en azul).
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 llama receptáculo y el conector conectado al cable se llama enchufe . [1] Los documentos oficiales de especificación USB también definen periódicamente el término macho para representar el enchufe y hembra para representar el receptáculo, aunque estos usos son inconsistentes con las definiciones establecidas de género del conector. [2]
Por diseño, es difícil insertar incorrectamente un enchufe USB en su receptáculo. La especificación USB requiere que el enchufe y el receptáculo del cable estén marcados para que el usuario pueda reconocer la orientación adecuada. [1] 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 agarre del receptáculo, sin tornillos, clips ni giros como lo hacen otros conectores.
Los diferentes enchufes A y B 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 A-to-A, B- a B y, a veces, a Y/cables divisores. Consulte la sección de 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 USB de host a host con dos puertos. [3] 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 nominal mínima de 1500 ciclos de inserción y extracción, [4] el receptáculo Mini-USB aumentó esto a 5000 ciclos, [4] y los receptáculos Micro-USB [4] y USB-C más nuevos están diseñados para una vida útil nominal mínima de 10.000 ciclos de inserción y extracción. [5] Para lograr esto, se agregó un dispositivo de bloqueo y se movió la ballesta 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 . [4] [ 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. [4]
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 para minimizar las incompatibilidades físicas en conectores de diferentes proveedores. La especificación USB también define límites al tamaño de un dispositivo de conexión en el área alrededor de su enchufe, de modo que los puertos adyacentes no queden bloqueados. Los dispositivos compatibles deben ajustarse a las restricciones de tamaño o admitir un cable de extensión compatible que lo haga.
USB 2.0 utiliza dos cables para alimentación (V BUS y GND) y dos para señales de datos seriales diferenciales . Los conectores mini y micro tienen sus conexiones GND movidas del pin #4 al pin #5, mientras que su pin #4 sirve como pin de identificación para la identificación del host/cliente On-The-Go. [6]
USB 3.0 proporciona dos pares diferenciales adicionales (cuatro cables, SSTx+, SSTx−, SSRx+ y SSRx−), proporcionando 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 de colores adecuada, mientras que solo recomienda inserciones azules para conectores y enchufes USB 3.0 estándar A. [8]
Los tipos de conectores USB se multiplicaron a medida que avanzaba la especificación. La especificación USB original detallaba enchufes y receptáculos estándar A y 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 diferentes modos dependiendo de si se realiza 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 de sólo carga, los cables de datos están en cortocircuito en el extremo del dispositivo; de lo contrario, el dispositivo puede rechazar el cargador por considerarlo inadecuado.
La sección transversal máxima permitida de la funda sobremoldeada (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). [2]
Los conectores mini-USB se introdujeron junto con el USB 2.0 en abril de 2000 y se utilizaron 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. [11] Los conectores Mini-B todavía son compatibles, pero no son compatibles con On-The-Go ; [12] el conector USB Mini-B era estándar para transferir datos hacia y desde los primeros teléfonos inteligentes y PDA. Tanto el enchufe Mini-A como el 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, [13] [14] 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 sobremolde 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 sobremolde de 10,6 por 8,5 mm (0,42 por 0,33 pulgadas). [7]
Los conectores Micro-USB más delgados estaban destinados a reemplazar los conectores Mini en dispositivos fabricados desde mayo de 2007, incluidos teléfonos inteligentes , asistentes digitales personales y cámaras. [15]
El diseño del Micro enchufe tiene una capacidad nominal de al menos 10 000 ciclos de conexión y desconexión, que es más que el diseño del Mini enchufe. [13] [16] El Micro conector 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 conexión y desconexión. La especificación de cables y conectores Micro-USB de bus serie universal detalla las características mecánicas de los enchufes Micro-A , receptáculos Micro-AB (que aceptan enchufes Micro-A y Micro-B), Micro USB de doble cara y enchufes Micro-B. y receptáculos, [16] junto con un receptáculo Estándar-A a un adaptador de enchufe Micro-A.
Micro-USB fue aprobado como conector estándar para datos y alimentación en dispositivos móviles por el grupo de operadores de telefonía celular Open Mobile Terminal Platform (OMTP) en 2007. [17]
Micro-USB fue adoptado como la "solución de carga universal" por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) en octubre de 2009. [18]
En Europa, el micro-USB se convirtió en la fuente de alimentación externa (EPS) común definida para su uso con teléfonos inteligentes vendidos en la UE, [19] y 14 de los mayores fabricantes de teléfonos móviles del mundo firmaron el Memorando de Entendimiento (MoU) EPS común de la UE. [20] [21] Apple , uno de los firmantes del MoU original, ofrece adaptadores Micro-USB, según lo permitido en el MoU común EPS, para sus iPhones equipados con el conector de base de 30 pines patentado de Apple o (posteriormente) conector Lightning . [22] [23] según el CEN , CENELEC y ETSI .
USB 3.0 introdujo enchufes y receptáculos SuperSpeed tipo A, así como enchufes y receptáculos SuperSpeed tipo B de tamaño micro. Los receptáculos 3.0 son compatibles con versiones anteriores de los enchufes anteriores a 3.0 correspondientes.
Los enchufes 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 USB 1.0 original de 4 pines, lo que hace que los enchufes y receptáculos USB 3.0 Tipo-A sean compatibles con los de USB. 1.0.
En el lado del dispositivo, se utiliza un conector Micro-B modificado (Micro-B SuperSpeed) para atender los cinco pines adicionales necesarios para lograr las funciones USB 3.0 (también se puede utilizar un conector USB-C). El conector USB 3.0 Micro-B consta efectivamente de un conector de cable USB 2.0 Micro-B estándar, con un conector adicional de 5 clavijas "apilado" a un lado. De esta manera, los cables con enchufes USB 2.0 Micro-B de 5 pines más pequeños se pueden conectar a dispositivos con receptáculos USB 3.0 Micro-B de 10 contactos y lograr compatibilidad con versiones anteriores.
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 desempeña funciones tanto de host como de dispositivo. Todos los dispositivos OTG actuales deben tener un, y solo uno, 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 tipo AB distingan qué extremo de un cable está enchufado, los enchufes tienen una clavija "ID" además de los cuatro contactos en los conectores USB de tamaño estándar. Este pin de identificación está conectado a GND en los enchufes tipo A y se deja desconectado en los enchufes tipo B. Normalmente, se utiliza una resistencia pull-up en el dispositivo para detectar la presencia o ausencia de una conexión de identificación.
El dispositivo OTG con el conector A insertado se denomina dispositivo A y es responsable de alimentar la interfaz USB cuando sea necesario y, de forma predeterminada, asume el papel de host. El dispositivo OTG con el conector B insertado se denomina dispositivo B y por defecto asume el papel de periférico. Un dispositivo OTG sin enchufe insertado actúa de forma predeterminada como un dispositivo B. Si una aplicación en el dispositivo B requiere la función de host, entonces se utiliza el Protocolo de negociación de host (HNP) para transferir temporalmente la función de host al dispositivo B.
Los dispositivos OTG conectados a un dispositivo B solo periférico o a un host estándar/integrado tienen su función fijada por el cable, ya que en estos escenarios solo es posible conectar el cable de una manera. [ cita necesaria ]
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 [24] y define un nuevo conector pequeño reversible para dispositivos USB. [25] 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 diseñado para estar preparado para el futuro . [24] [26]
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 la detección de la orientación del cable y un canal de datos de configuración (CC) dedicado del código de marca bifásica (BMC). [27] [28] Se requieren adaptadores y cables 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 ni cables con receptáculo USB-C. [29]
Los cables USB-C 3.1 con todas las funciones contienen un conjunto completo de cables y están "marcados electrónicamente" (marca E): contienen un chip "eMarker" que responde al comando USB Power Delivery Discover Identity , una especie de definido por el proveedor. mensaje (VDM) enviado a través del canal de datos de configuración (CC). Con este comando, el cable informa sus capacidades actuales, velocidad máxima y otros parámetros. [30] : §4.9 Los dispositivos USB Type-C con todas las funciones son un requisito previo mecánico para el funcionamiento en varios carriles (USB 3.2 Gen 1x2, USB 3.2 Gen 2x2, USB4 2x2, USB4 3x2, USB Gen 4 asimétrico). [30]
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 básicos. Estas corrientes más altas se pueden negociar a través de la línea de configuración. Los dispositivos también pueden utilizar la especificación completa de suministro de energía utilizando tanto la línea de configuración codificada BMC como la línea V BUS codificada BFSK heredada . [30] : §4.6.2.1
Los enchufes USB caben en un receptáculo con excepciones notables para la compatibilidad con USB On-The-Go "AB" y la compatibilidad general con versiones anteriores de USB 3.0, como se muestra.
Es posible que los fabricantes de dispositivos electrónicos personales no incluyan un conector USB estándar en sus productos por motivos técnicos o de marketing. [32] 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 cables con puertos USB estándar; por ejemplo, algunos dispositivos sólo utilizan la conexión USB para cargar la batería y no implementan ninguna función de transferencia de datos. [33]
Las señales D± utilizadas por 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 twinax ). Por lo tanto, para admitir la transmisión de datos SuperSpeed, los cables contienen el doble de cables y tienen un diámetro mayor. [34]
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). [35] [36] [37]
USB 2.0 proporciona una longitud máxima de cable de 5 metros (16 pies 5 pulgadas) para dispositivos que funcionan a alta velocidad (480 Mbit/s). La razón principal de este límite es el retardo de ida y vuelta máximo permitido de aproximadamente 1,5 μs. Si 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. [37] La especificación USB 2.0 requiere que el retardo 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 un cable de cobre estándar.
El estándar USB 3.0 no especifica directamente una longitud máxima de cable, y solo requiere que todos los cables cumplan con una especificación eléctrica: para cableado de cobre con cables AWG 26, la longitud práctica máxima es de 3 metros (9 pies 10 pulgadas). [38]
Los conectores USB ascendentes suministran energía a una CC nominal de 5 V a través del pin V_BUS a dispositivos USB descendentes.
.png/1280px-USB_Specification_2.0_Figure_7-47_-_Worst-case_Voltage_Drop_Topology_(Steady_State).png)
La tolerancia en V_BUS en un conector ascendente (o host) era originalmente de ±5% (es decir, podría 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 en corrientes más altas. [39] La especificación USB 2.0 (y por lo tanto implícitamente también las especificaciones USB 3. x ) también se actualizó para reflejar este cambio en ese momento. [40] Varias extensiones de las especificaciones USB han aumentado progresivamente aún más el voltaje V_BUS máximo permitido: comenzando con 6,0 V con USB BC 1.2, [41] a 21,5 V con USB PD 2.0 [42] y 50,9 V con USB PD 3.1 , [42] sin dejar de mantener 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 usando 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). [42]
Hay 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, se especifica que el voltaje en el puerto host, el puerto hub y el dispositivo sea de al menos 4,75 V, 4,4 V y 4,35 V respectivamente mediante USB 2.0 para dispositivos de bajo consumo, [a] pero debe estar en al menos 4,75 V en todas las ubicaciones para dispositivos de alta potencia [b] (sin embargo, los dispositivos de alta potencia deben funcionar como dispositivos de baja potencia para que puedan ser detectados y enumerados si se conectan a un puerto ascendente de baja potencia). Las especificaciones USB 3. x requieren que todos los dispositivos funcionen 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 alimentación basado en VBUS. La energía para el funcionamiento de USB4 se establece y administra según lo definido en la Especificación USB Type-C y la Especificación USB PD.
.png/1280px-USB_Specification_3.0_Figure_11-5_-_Worst-case_Voltage_Drop_Topology_(Steady_State).png)
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 configurarse. Se debe configurar un dispositivo de alta potencia, después de lo cual puede consumir hasta 5 cargas unitarias (500 mA) o 6 cargas unitarias (900 mA) para dispositivos SuperSpeed, como se especifica en su configuración porque es posible que la potencia máxima no siempre esté disponible. desde el puerto aguas arriba. [43] [44] [45] [46]
Un concentrador alimentado por bus es un dispositivo de alta potencia que proporciona puertos de baja potencia. Consume 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 externa. Opcionalmente, el controlador del concentrador puede consumir energía para su funcionamiento como dispositivo de bajo consumo, pero todos los puertos de alta potencia deben consumir energía propia del concentrador.
Cuando los dispositivos (por ejemplo, unidades de disco de alta velocidad) requieren más energía de la que puede consumir un dispositivo de alta potencia, [47] funcionan de manera errática, si es que lo hacen, desde la alimentación del bus de un solo puerto. USB proporciona estos dispositivos como autoalimentados. Sin embargo, dichos dispositivos pueden venir con un cable en forma de Y que tiene dos enchufes USB (uno para alimentación y datos, el otro solo para alimentación), para consumir energía como dos dispositivos. [48] Dicho cable no es estándar, y la especificación de cumplimiento USB establece que "el uso de un cable 'Y' (un cable con dos enchufes A) está prohibido en cualquier periférico USB", lo que significa que "si un periférico USB requiere más energía de la permitida por la especificación USB para la que está diseñado, entonces debe ser autoalimentado". [49]
La carga de batería USB ( BC ) define un puerto de carga , que puede ser un puerto de carga descendente (CDP), con datos, o un puerto de carga dedicado (DCP) sin datos. Se pueden encontrar puertos de carga dedicados en los adaptadores de corriente USB para ejecutar dispositivos conectados y paquetes de baterías. Los puertos de carga en un host con ambos tipos estarán etiquetados. [50]
El dispositivo de carga identifica un puerto de carga mediante señalización sin datos en los terminales D+ y D-. Un puerto de carga dedicado coloca una resistencia que no excede los 200 Ω entre los terminales D+ y D−. [50] : § 1.4.7; tabla 5-3
Según la especificación básica, cualquier dispositivo conectado a un puerto descendente estándar (SDP) debe ser inicialmente un dispositivo de bajo consumo, y el modo de alto consumo depende de la configuración USB posterior por parte del host. Los puertos de carga, sin embargo, pueden suministrar inmediatamente entre 0,5 y 1,5 A de corriente. El puerto de carga no debe aplicar una limitación de corriente inferior a 0,5 A y no debe apagarse por debajo de 1,5 A o antes de que el voltaje caiga a 2 V. [50]
Dado que estas corrientes son mayores que en el estándar original, la caída de voltaje adicional en el cable reduce los márgenes de ruido, causando problemas con la señalización de alta velocidad. La Especificación de carga de batería 1.1 especifica que los dispositivos de carga deben limitar dinámicamente el consumo de corriente del bus durante la señalización de alta velocidad; [51] 1.2 especifica que los dispositivos y puertos de carga deben diseñarse para tolerar la mayor diferencia de voltaje a tierra en la señalización de alta velocidad.
La revisión 1.2 de la especificación se publicó en 2010. Realizó varios cambios y aumentó los límites, incluido permitir 1,5 A en la carga de puertos descendentes para dispositivos no configurados, lo que permite la comunicación de alta velocidad con una corriente de hasta 1,5 A. Además, se eliminó el soporte para la carga. Detección de puertos mediante mecanismos resistivos. [52]
Antes de que se definiera la especificación de carga de batería, no existía una forma estandarizada para que el dispositivo portátil preguntara 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+. Cuando D+ = D− = 2,0 V, el dispositivo puede generar hasta 900 mA. Cuando D+ = 2,0 V y D− = 2,8 V, el dispositivo puede consumir hasta 1 A de corriente. [53] Cuando D+ = 2,8 V y D− = 2,0 V, el dispositivo puede consumir hasta 2 A de corriente. [54]
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 (debido tanto al On-The-Go como a los requisitos 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 un enchufe o cargador tipo A en un cable cautivo. El pin ID del puerto OTG no está conectado dentro del enchufe como de costumbre, sino al propio ACA, donde las señales fuera de los estados flotante y terrestre del OTG se utilizan para la detección y señalización de estado del ACA. El puerto de carga no pasa datos, pero utiliza las señales D± para la detección del puerto de carga. El puerto accesorio actúa como cualquier otro puerto. Cuando la ACA lo indica adecuadamente, el dispositivo portátil puede cargarse desde la alimentación del bus como si hubiera un puerto de carga presente; En cambio, cualquier señal OTG a través de la alimentación del bus se pasa al dispositivo portátil a través de la señal de identificación. La alimentación del bus también se suministra al puerto de accesorios desde el puerto de carga de forma transparente. [50]
En julio de 2012, 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 USB estándar tipo A y tipo B. Conectores para ofrecer mayor potencia (más de 7,5 W como máximo permitido por la especificación anterior de carga de batería USB) a dispositivos con mayores demandas de energía. (Los enchufes USB-PD A y B tienen una marca mecánica, mientras que los enchufes Micro tienen una resistencia o condensador conectado al pin ID 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). [59] En todos los casos, se admiten configuraciones de host a dispositivo y de dispositivo a host. [60]
La intención es permitir la carga uniforme de portátiles, tabletas, discos alimentados por USB y productos electrónicos de consumo similares de mayor potencia, como una extensión natural de los estándares de carga de teléfonos móviles existentes en Europa y China. Esto también puede afectar la forma en que se transmite y utiliza la energía eléctrica utilizada para dispositivos pequeños tanto en edificios residenciales como públicos. [61] [62] El estándar está diseñado para coexistir con la especificación anterior de carga de batería USB. [63]
La primera especificación de suministro de energía (Rev. 1.0) definió seis perfiles de energía fijos para las fuentes de energía. Los dispositivos compatibles con PD implementan un esquema de administración de energía flexible al conectarse con la fuente de energía a través de un canal de datos bidireccional y solicitar un cierto nivel de energía eléctrica, variable hasta 5 A y 20 V según el perfil admitido. El protocolo de configuración de energía puede usar codificación BMC a través del cable CC (canal de configuración), si hay uno presente, o un canal de transmisión codificado BFSK de 24 MHz en la línea V BUS . [62]
La revisión 2.0 de la especificación USB Power Delivery (USB PD Rev. 2.0) se lanzó como parte de la suite USB 3.1. [56] [64] [65] Cubre el cable USB-C y el conector con un canal de configuración separado, que ahora alberga un canal de datos codificado 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 de USB-C, como la función de identificación de cable, negociación de modo alternativo, mayores corrientes de V BUS y accesorios alimentados por V CONN .
A partir de la revisión 2.0, versión 1.2 de la especificación USB Power Delivery, los seis perfiles de energía fijos para fuentes de energía han quedado obsoletos. [67] Las reglas de alimentación USB PD reemplazan los perfiles de energía y definen cuatro niveles de voltaje normativos a 5 V, 9 V, 15 V y 20 V. En lugar de seis perfiles fijos, las fuentes de alimentación pueden admitir cualquier potencia de salida de fuente máxima de 0,5 W a 100 w.
La revisión 3.0 de la especificación USB Power Delivery define un protocolo de fuente de alimentación programable (PPS) opcional que permite un control granular sobre la salida V BUS , permitiendo 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 constante y corriente constante. La revisión 3.0 también agrega mensajes de configuración extendidos y un rápido intercambio de roles y deja obsoleto el protocolo BFSK. [57] : 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 "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. [58] 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 "Suministro de voltaje ajustable" (AVS ) protocolo que permite especificar la tensión en 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 una operación de 5 A e incorporen mejoras mecánicas requeridas por el estándar USB Type-C rev. 2.1; Los modos de energía existentes pasan a llamarse retroactivamente 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 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 en la Especificación de carga de batería USB (BCS). Por ejemplo, Quick Charge 2.0 de Qualcomm es capaz de 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, eventualmente volvieron a ser compatibles con USB PD. . [77]
A partir del primer trimestre, los controladores de carga USB PD convencionales de 2024 admiten hasta 100 W a través de un solo puerto, algunos de hasta 140 W [78] [79] y otros personalizados de hasta 180 W. [80]
Los puertos USB de suspensión y carga 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 están apagados. Esta característica también se ha implementado en algunas estaciones de acoplamiento para portátiles, lo que permite cargar el dispositivo incluso cuando no hay un portátil presente. [81] En las computadoras portátiles, cargar dispositivos desde el puerto USB cuando no reciben alimentación de CA agota la batería de la computadora portátil; la mayoría de las computadoras portátiles tienen una función para detener la carga si el nivel de carga de la batería baja demasiado. [82]
En las computadoras portátiles Dell, HP y Toshiba, los puertos USB de suspensión y carga están marcados con el símbolo de 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 el dibujo de una batería); la función se llama Apagar USB . [86] Lenovo llama a esta función Always On USB . [87]
A partir del 14 de junio de 2007 [actualizar], todos los teléfonos móviles nuevos que soliciten una licencia en China deben utilizar un puerto USB como puerto de alimentación para cargar la batería. [88] [89] Este fue el primer estándar en utilizar la convención de cortocircuito D+ y D− en el cargador. [90]
En septiembre de 2007, el grupo Open Mobile Terminal Platform (un foro de operadores y fabricantes de redes móviles 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. dispositivos. [91] [92]
La Asociación GSM (GSMA) hizo lo mismo el 17 de febrero de 2009, [93] [94] [95] [96] y el 22 de abril de 2009, esto fue respaldado además por la CTIA – The Wireless Association , [97] con el La Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) anunció el 22 de octubre de 2009 que también había adoptado la solución de carga universal como su "nueva solución de telefonía móvil con un cargador único y energéticamente eficiente", y agregó: "Basado en el Micro- Con interfaz USB, los cargadores UCS también incluirán una calificación de eficiencia de 4 estrellas o superior: hasta tres veces más eficiencia energética que un cargador sin clasificación". [98]
En junio de 2009, la Comisión Europea organizó un Memorando de Entendimiento (MoU) voluntario para adoptar 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 GSMA/OMTP y las soluciones de carga 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 sobre equipos de radio 2022/2380 hizo obligatorio el USB-C como estándar de carga de teléfonos móviles a partir de 2024 y para 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 según los estándares). [103]
Dichas normas incluyen: [103] [104]
Algunos dispositivos USB requieren más energía de la permitida por las especificaciones para un solo puerto. Esto es común en unidades de disco duro externas y ópticas y, en general, en dispositivos con motores o lámparas . Dichos dispositivos pueden usar una fuente de alimentación externa , lo cual está permitido por el estándar, o usar un cable USB de doble entrada, una entrada es para alimentación y transferencia de datos, la otra únicamente para alimentación, lo que hace que el dispositivo no sea estándar. Dispositivo USB. Algunos puertos USB y concentradores externos pueden, en la práctica, suministrar más energía a los dispositivos USB de la requerida por la especificación, pero es posible que un dispositivo compatible con el estándar no dependa de esto.
Además de limitar la potencia promedio 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, conectar un dispositivo podría causar problemas con la alimentación interna del host. También se requiere que los dispositivos USB entren automáticamente en modo de suspensión de consumo de energía 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 están suspendidos. [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. Los ejemplos incluyen luces de teclado alimentadas por USB, ventiladores, refrigeradores y calentadores de tazas, cargadores de baterías, 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 los estándares. 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 como máximo) y comunicaran sus requisitos actuales al host, lo que luego permitía que el dispositivo cambiara al modo de alto consumo.
Algunos dispositivos, cuando se conectan a 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 la corriente con voltajes de pines de datos. [53] 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 usa comúnmente en sistemas de punto de venta para alimentar periféricos como lectores de códigos de barras , terminales de tarjetas de crédito e impresoras.
Sección 1.3: También se consideraron requisitos adicionales para un conector más resistente que dure más de 10,000 ciclos y que aún cumpla con la especificación USB 2.0 para el rendimiento mecánico y eléctrico. El Mini-USB no se pudo modificar y seguir siendo compatible con versiones anteriores del conector existente como se define en la especificación USB OTG.