Entender la tecnología no universal de USB

Cualquier ingeniero con la edad suficiente para ver (o diseñar) dispositivos electrónicos de consumo en los años 90 conoce el trauma de un mundo sin conexiones estándar de datos y energía. Esta era “previa” al bus serie universal (USB) es la razón por la que todavía tiene un cajón lleno de cables de diversas formas y tamaños.

Un conector de receptáculo USB-C. (Imagen: DigiKey, Amphenol ICC).

El término “universal” en “USB” puede parecer un nombre inapropiado, dadas todas las opciones disponibles. Pero antes de su creación, todas las empresas y modelos tenían conexiones de datos y energía patentadas. Ha llevado tiempo, pero el USB ha reducido significativamente el campo. Ahora, la ingeniería parece simplificarse aún más, ya que el USB-C puede convertirse en el USB verdaderamente universal.

¿Qué pasa con todas esas diferentes opciones de USB?

Al diseñar dispositivos electrónicos compatibles con USB, los ingenieros aún deben tomar varias decisiones. Aquí hay un resumen básico de lo que necesita saber. Primero, el USB se divide en cuatro categorías diferentes:

1. Clavija de conexión (también conocida como “conector”): cualquier parte física de un cable/dispositivo USB que se inserta en otro dispositivo.
2. Puerto: la parte de un dispositivo donde se inserta una clavija de conexión.
3. Tipo: define la forma física de una clavija de conexión o puerto USB.
4. Versión: el protocolo USB particular con el que un dispositivo es compatible.

Las clavijas de conexión solían venir solo en tipo A y tipo B.

Un conector de receptáculo USB-A. (Imagen: DigiKey, Amphenol ICC).

El tipo A pareció resistir la prueba del tiempo, y las versiones más nuevas eran compatibles con versiones anteriores. Sin embargo, cada versión cambiaba el color del puerto y agregaba pines (para mejorar las velocidades de datos y carga). Ahora, esta icónica clavija de conexión USB está siendo reemplazada por el tipo C.

Conectores de receptáculo USB-B para las versiones USB 1.0 a 2.0 (izquierda) y versiones 3.0 a 3.2 (derecha). (Imagen: DigiKey, On Shore Technology Inc. [izquierda], Amphenol ICC [derecha]).

El tipo B es poco común y está reservado para dispositivos electrónicos grandes, como impresoras. Para las diferentes versiones de USB, la forma de los puertos y clavijas de conexión de tipo B más grandes cambiará.

Las clavijas de conexión USB más grandes finalmente ganaron el título de tamaño estándar con la aparición de USB mini-A, micro-A, mini-B y micro-B. A menos que el dispositivo anfitrión fuera pequeño, la mayoría de los dispositivos electrónicos optaron por clavijas de conexión y puertos de tipo A estándar, lo que hizo que los mini-A y micro-A fueran poco comunes. La mayoría de los periféricos optaron por mini-B y micro-B según lo que estuviera disponible en ese momento. De hecho, USB mini-B y micro-B son las formas en las que la gente piensa cuando dice coloquialmente "mini-USB" y "micro-USB".

Un conector de receptáculo USB mini-B (izquierda) y un conector de receptáculo USB micro-B (derecha). (Imagen: DigiKey, Hirose Electric Co Ltd [izquierda], Amphenol ICC [derecha]).

De manera similar a su predecesor, el micro-B cambiará de forma al trabajar con la versión USB 3.2, pero estos también son poco comunes.

Un conector de receptáculo micro-B de la versión USB 3.2. (Imagen: DigiKey, Amphenol ICC).

Los cables USB más antiguos casi siempre pasaban de un tipo A en un lado a un tipo B (ya sea estándar, mini o micro) en el otro. Esto se debe a que la transmisión de datos USB siempre ha sido bidireccional, pero la energía suministrada solía moverse solo desde el dispositivo anfitrión (con puertos de tipo A) hasta un dispositivo periférico (con puertos de tipo B). Con las últimas versiones de USB4 y USB4 2.0, la energía es bidireccional, lo que requiere el uso de USB-C tanto en el dispositivo anfitrión como en el periférico.

¿Qué opciones de USB deberían elegir los ingenieros al desarrollar dispositivos electrónicos?

La respuesta realmente depende de la aplicación.

El USB-A estándar todavía se usa ampliamente. Entonces, si la compatibilidad con versiones anteriores es una preocupación, es mejor tener esta opción disponible.

Para velocidades altas de carga y datos, USB-C es la mejor opción, ya que puede cargar en ambas direcciones mientras mantiene 40 Gbps y 240 W a 48 V y 5 A. El USB-C también puede describirse como la verdadera opción de USB universal. Se puede utilizar con un dispositivo anfitrión y dispositivos periféricos. Sus cables son bidireccionales. Y sus puertos son completamente reversibles: nunca está boca abajo. Como es el único puerto compatible con las versiones de USB actuales, también representa el futuro de la tecnología. De hecho, su popularidad ha crecido hasta el punto de que los cargadores USB y los dispositivos anfitriones ahora están dejando de usar el tipo A.

Pero la ingeniería no siempre se trata de compatibilidad con versiones anteriores y a prueba de futuro. El costo, la disponibilidad de piezas y los sistemas heredados dictarán las decisiones. Como resultado, el siguiente cuadro debería ser útil para tomar decisiones finales.

En conclusión, la "U" en “USB” no significa que el conector sea universal, todavía. Como resultado, cualquier decisión de diseño debe ir acompañada de consideraciones. Las velocidades de transferencia de datos, las especificaciones de transferencia de energía y los tamaños de los conectores desempeñarán un papel en la especificación USB adecuada para su diseño.