Cómo simplificar la conectividad usando USB-C

Las computadoras personales, portátiles y tabletas siguen reduciéndose, lo que deja poco espacio para los conectores de interfaz y alimentación. Al mismo tiempo, aumentan las velocidades de datos y se multiplican los estándares de interfaz de datos, audio y video, cada uno con su conector de interfaz característico. Sin embargo, los usuarios siguen demandando sencillez y flexibilidad. La solución a estos problemas es un conector físico USB Type-C™ (USB-C).

En este artículo se analizan brevemente los requisitos de conectividad modernos y cómo pueden satisfacerse utilizando USB-C. Incluye ejemplos de bases, conectores y cables USB-C de Tripp Lite by Eaton y muestra cómo pueden utilizarse para simplificar la conectividad de los dispositivos.

Normas USB

El estándar de interfaz USB comenzó como un bus periférico para elementos de interfaz de computadora, como teclados, ratones y memorias extraíbles. A lo largo de los años, ha madurado en una serie de estándares hasta convertirse en la interfaz líder para computadoras, periféricos y teléfonos. También ha añadido el suministro de energía (PD) y ha habilitado la tunelización de varios protocolos, como DisplayPort (DP), Ethernet y la interfaz multimedia de alta definición (HDMI). La última versión, USB4, admite velocidades de datos de 40 gigabits por segundo (Gbps) y descargas parciales de hasta 240 vatios (Rev. 3.1). Sigue manteniendo la compatibilidad con versiones estándar anteriores como USB 3.2 y USB 2.0.

Los conectores utilizados con USB han evolucionado desde los conectores originales USB-A y USB-B y sus variantes hasta el actual conector USB-C. USB 3.2 Gen 2, que admite transferencias de datos de hasta 10 Gbps, fue la última norma USB que permitió el uso de los antiguos conectores USB-A y USB-B. USB 3.2 Gen 2x2 admite velocidades de datos de 20 Gbps y requiere un conector USB-C, al igual que USB4.

El conector USB-C

Los conectores físicos USB, como USB-C, son distintos de los estándares de interfaz USB como USB4. Los conectores USB formados por clavijas y receptáculos son especificados por separado por el USB Implementers Forum (USB-IF). A pesar de su tasa de producción y potencia, los conectores USB-C son pequeños, solo un poco más grandes que los microconectores USB-A, lo que los hace adecuados para dispositivos pequeños.

Un conector USB-C utiliza 24 clavijas dispuestas para acoplar contactos coincidentes en cualquier orientación, lo que hace que el conector sea reversible. Las asignaciones de pin de señal de un conector USB-C proporcionan información sobre las funciones de alimentación, datos y control del estándar USB (Figura 1).

Figura 1: Se muestran las asignaciones de pines de señal del conector USB-C; los contactos correspondientes pueden acoplarse en cualquier orientación, lo que hace que el conector sea reversible. (Fuente de la imagen: Tripp Lite by Eaton)

USB PD es una especificación de suministro de alimentación interactiva que permite a los dispositivos negociar la fuente de alimentación, el disipador (carga) y el nivel de alimentación suministrado mediante los pines VBUS y de puesta a tierra. Hay cuatro contactos de alimentación VBUS y cuatro masas de alimentación. Los niveles máximos de potencia están definidos por el estándar USB utilizado en los dispositivos y cumplen la especificación USB PD. En USB PD, los contratos de potencia entre las fuentes de alimentación y los dispositivos de carga se negocian mediante las líneas de configuración de canal (CCx).

Las líneas CCx se utilizan para detectar la orientación de la conexión y la configuración del canal. También se utilizan para el control de potencia y la señalización con USB PD. En USB PD, el nivel máximo de potencia disponible es de 240 vatios, basado en un voltaje de alimentación de 48 voltios a un nivel de corriente de 5 amperios (A). Aunque todos los cables USB-C incluyen las líneas CCx y admiten USB PD, es posible que no admitan toda la gama de voltajes y corrientes especificados en USB PD. Los usuarios deben consultar la hoja de datos del cable para conocer el nivel de potencia admitido.

Las líneas dedicadas D+ y D- mantienen la compatibilidad con el antiguo estándar USB 2.0, que funciona a una velocidad de datos inferior a la de las versiones USB actuales.

Los pines resaltados en azul abarcan cuatro pares de señales diferenciales, formando dos carriles de datos compatibles con SuperSpeed USB. Admite velocidades de datos de 10 Gbps para USB 3.2 Gen 2x1, 20 Gbps para USB 3.2 Gen 2x2 y 40 Gbps para USB4 Gen 3x2.

Las líneas de uso de banda lateral (SBU1 y SBU2) son señales auxiliares utilizadas en los modos de medios alternativos admitidos por la especificación USB-C para permitir el uso múltiple del conjunto de conectores. El canal AUX se encarga de la gestión del enlace y del control del modo de prueba. Tras establecer el contrato de energía entre dispositivos, USB PD puede iniciar enlaces de datos en modo alternativo (Alt Mode) como DP. Negocia el handshaking en modo Alt utilizando mensajes definidos por el proveedor (VDM) a través de los enlaces SBU. Tras la negociación del Modo Alt de DP, DP procederá a la formación del enlace para establecer la conexión. El entrenamiento del enlace DP optimiza el enlace entre una fuente DP y un disipador para garantizar una conexión resistente para la transmisión de datos. El modo DP Alt permite a los cables USB-C manejar datos USB, matriz de gráficos de vídeo (VGA), interfaz visual digital (DVI), HDMI y señales de video DP.

Una opción para enviar protocolos alternativos a través de USB es la tunelización de protocolos. El túnel de protocolo crea una tubería de datos en un protocolo, que envía datos de otro protocolo a través del cable. Mediante este mecanismo, un túnel USB-C puede enviar datos DP o PCIe entre dispositivos.

Cables USB-C

Los cables USB-C ofrecen una variedad de longitudes, manejo de potencia y velocidades de transferencia de datos para adaptarse al estándar USB que se utilice. Tripp Lite by Eaton ofrece casi un centenar de tipos de cables USB-C para proporcionar un amplio rango de funciones y opciones de expansión para dispositivos que utilizan conectores USB-C.

Un buen ejemplo es el U520-31N, un cable USB4 con clavijas en cada extremo. Es compatible con el modo DP Alt, que ofrece una resolución de vídeo 4K u 8K a una frecuencia de actualización de 60 Hertz (Hz). El U520-31N también es compatible con USB PD y está preparado para manejar 5 A a 20 voltios para suministrar 100 vatios de potencia. El cable mide 2.6 pies (ft.) (0.7925 metros (m)) de longitud, y tiene una velocidad de transferencia máxima nominal de 40 Gbps. Ten en cuenta que la velocidad de transferencia máxima de los cables USB-C varía inversamente con la longitud.

A modo de comparación, el MTB3-01M5-5A-B (Figura 2) es un cable USB 3.2 Gen 2x2 compatible con velocidades de transferencia de datos de 20 Gbps, que admite resolución de video 4K a 60 Hz. Al igual que el cable USB4, es compatible con USB PD con la misma potencia nominal de 100 vatios. Este cable tiene una longitud de 1.5 m, de ahí su menor velocidad máxima de datos.

Figura 2: El MTB3-01M5-5A-B es un cable USB 3.2 Gen 2x2 que admite velocidades de datos de hasta 20 Gbps. (Fuente de la imagen: Tripp Lite by Eaton)

Adaptadores USB-C

Los adaptadores se conectan a un puerto de entrada/salida (E/S) de una computadora y convierten su protocolo a otro estándar. Por ejemplo, el U436-06N-GB-C de Tripp Lite by Eaton es un adaptador de red USB-C a Gigabit que funciona con dispositivos que utilizan USB 3.0, USB 3.1 Gen 1 o USB 3.2 Gen 1 con velocidades de datos de hasta 5 Gbps (Figura 3).

Figura 3: El U436-06N-GB-C es un adaptador de USB-C a Gigabit Ethernet con un puerto de carga USB-C. (Fuente de la imagen: Tripp Lite by Eaton)

El conector de entrada es una clavija USB-C y la salida es un jack Ethernet RJ-45. El adaptador también incluye un jack USB-C que puede suministrar hasta 60 vatios (20 voltios a 3 A). Este adaptador permite a las computadoras portátiles con solo USB-C utilizar una conexión Ethernet por cable si una conexión inalámbrica no está disponible o es demasiado lenta.

Dado que el estándar USB admite muchos protocolos diferentes, es natural que surjan adaptadores multipuerto. Estos adaptadores suelen ofrecer puertos de comunicación de datos que ya no están disponibles en las computadoras portátiles más pequeñas.

Un buen ejemplo es el U444-06N-H4GUC2. Este adaptador admite audio digital, video 4K a 60 Hz, USB PD y Gigabit Ethernet desde el puerto USB-C de una computadora (Figura 4).

Figura 4: El adaptador multipuerto U444-06N-H4GUC2 añade HDMI, Ethernet, un puerto de carga USB-C y un puerto USB-A a una computadora. (Fuente de la imagen: Tripp Lite by Eaton)

El puerto USB-A del U444-06N-H4GUC2 puede suministrar 7.5 vatios (5 voltios a 1.5 A), mientras que el puerto de carga USB-C proporciona 25 vatios (5 voltios a 5 A).

Las estaciones de acoplamiento convierten las computadoras portátiles en estaciones de trabajo

Las estaciones de acoplamiento amplían la conectividad de una computadora portátil añadiendo varios puertos a través de un conector USB-C. Básicamente, convierten una computadora portátil en una estación de trabajo multifunción. Por ejemplo, el U442-DOCK2-S USB-C de Tripp Lite by Eaton añade puertos dedicados para HDMI, mini DP, VGA, Ethernet, memoria SD y microSD, suministro de energía USB-C y tres conectores USB-A (Figura 5). También incluye un conector de 3.5 mm para auriculares.

Figura 5: La estación de acoplamiento USB-C U442-DOCK2-S aumenta el número y los tipos de puertos disponibles de una computadora portátil, incluidos los de audio, video, memoria, USB y Ethernet. (Fuente de la imagen: Tripp Lite by Eaton)

Los puertos mini DP y HDMI admiten resolución 4K x 2K a 30 Hz de video, y el puerto VGA admite resolución 1080P a 60 Hz. El puerto Ethernet RJ-45 admite Ethernet de 10/200/1000 megabits por segundo (Mbps). Los tres puertos USB-A pueden utilizarse para periféricos USB, como un teclado, un mouse, unidades flash, una impresora o un teléfono inteligente. Suministran hasta 7.5 vatios de CC (5 voltios a 1.5 A). El puerto de carga bidireccional USB-C puede soportar hasta 60 Vatios (20 voltios a 3 A).

El puerto USB-C de la computadora portátil permite esta variedad de interfaces utilizando las capacidades multiprotocolo del estándar USB.

Conclusión:

Los conectores USB-C admiten tasas de producción de datos de hasta 40 Gbps, PD de hasta 120 vatios y son reversibles. Para ayudar a aprovechar al máximo sus capacidades, Tripp Lite by Eaton ofrece una amplia variedad de soluciones USB-C en forma de cables, adaptadores y estaciones de acoplamiento para soportar una potente funcionalidad y conectividad desde un único conector USB-C.