Qué buscar en los receptáculos USB 3.2 Gen 2 y USB4 montados en la placa

Mi primer acercamiento con un conector USB tipo C (USB-C) fue una experiencia maravillosa. Después de años intentando insertar un conector USB-A en el receptáculo de acoplamiento solo para descubrir que el enchufe estaba al revés, encontré un conector USB que se conectaba sin importar la orientación del enchufe. Esa fue solo una de las maravillas que ahora relaciono con los conectores USB-C. Este tipo de conector también puede compartir alimentación y múltiples protocolos de datos y visualización a velocidades de datos de hasta 40 gigabits por segundo (Gbps), a la vez que cumple los requisitos de integridad de la señal e interferencias electromagnéticas (EMI).

Al implementar las conexiones USB-C en las placas de circuitos impresos (placas de CI), los diseñadores se ven constantemente presionados para ahorrar espacio y, al mismo tiempo, garantizar conexiones fiables. Los receptáculos USB-C de Stewart Connector están diseñados para satisfacer estos requisitos, que a menudo son contradictorios. En la figura 1, se muestran los receptáculos que cumplen con las especificaciones USB 3.2 Gen 2 (antes USB 3.1) (izquierda) o USB4 (derecha).

Figura 1: Se muestran los receptáculos de la placa de CI USB-C para USB 3.2 Gen 2 (izquierda) y USB4 (derecha). (Fuente de la imagen: Stewart Connector)

Los receptáculos en ángulo recto están blindados y son compatibles con versiones USB anteriores que funcionen a velocidades inferiores. Los SS-52400-002 y SS-52400-003 son compatibles con USB 3.2 Gen 2 y se adaptan a grosores de placa de 0.039 pulgadas (pulg.) (1 milímetro [mm]) y 0.063 pulgadas (1.60 mm), respectivamente. El SS-52400-005 es compatible con USB4 y se adapta a placas de 0.047 pulgadas (1.20 mm) de grosor.

Como ya se ha mencionado, los enchufes y receptáculos USB-C son reversibles. Los contactos están dispuestos para acoplarse en orientaciones macho y hembra. Los conectores proporcionan suministro eléctrico, transferencia de datos y salida de audio/de potencia según el estándar USB Power Delivery (USB PD) en un único conjunto. La asignación de señales de los receptáculos USB-C se muestra en la figura 2.

Figura 2: Se muestran las asignaciones de señal del receptáculo USB-C. (Fuente de la imagen: Stewart Connector)

Hay muchas señales disponibles en un conector USB-C para la transferencia de datos y energía, como se muestra en la Tabla 1.

Tabla 1: Los conectores USB-C son compatibles con la distribución de energía, los modos de datos alternativos y los modos de compatibilidad USB. (Fuente de la tabla: Art Pini)

USB PD es una especificación inteligente de suministro de potencia. Utiliza las líneas de configuración de canal (CC) para negociar los contratos de potencia entre la fuente y el disipador (carga). Los niveles de tensión pueden ser superiores a 5 voltios y se permiten fuentes de alimentación programables.

Los receptáculos Stewart Connector SS-52400-002 y SS-52400-003 USB 3.2 Gen 2 admiten un nivel de potencia máximo de 100 vatios a 20 voltios y 5 amperios (A). El receptáculo SS-52400-005 USB4 tiene una potencia de 140 vatios a 20 voltios y 7 A. Todos los receptáculos USB-C tienen un rango de temperatura de funcionamiento de -40 a 105 °C.

Después de que USB PD establezca el contrato de potencia entre dispositivos, iniciará enlaces de datos en modo alternativo como Display Port (DP) utilizando mensajes definidos por el proveedor (VDM). Luego, DP procederá con el entrenamiento de enlace para establecer la relación entre una fuente y un disipador DP para asegurar una conexión sólida para la transmisión de datos como video o audio. Las señales auxiliares DP (AUX) utilizan los pines de señal SBU (SBU1 y SBU2). El canal AUX se encarga de la gestión del enlace y del control del modo de prueba. Las líneas SuperSpeed SSTx1, SSTx2, SSRx1 y SSRx2 forman rutas de datos diferenciales para brindar enlaces de datos de alta velocidad. Las líneas especializadas Dp y Dn mantienen la compatibilidad con estándares USB más antiguos (USB 2 e inferiores).

USB PD no solo sirve para suministrar potencia, sino que también sincroniza los distintos protocolos utilizados en el modo alternativo. Los protocolos de datos en serie compatibles incluyen Thunderbolt, DisplayPort, Interfaz multimedia de alta definición (HDMI) y Enlace de alta definición móvil (MHL). Se pueden añadir fácilmente interfaces adicionales mediante VDM.

El diseño delgado de los receptáculos Stewart Connector USB-C brinda un valor adicional al maximizar el uso del espacio disponible en la placa de CI. Los receptáculos tienen un diseño de pines híbrido que utiliza pines de orificio pasante y de montaje en superficie para conectarse a las capas superior e inferior de la placa de CI. En cuanto a la fabricación, los receptáculos USB-C se empaquetan en cintas y carretes para operaciones de seleccionar y colocar automáticas.

Conclusión

Por muy emocionante que pueda resultar disponer de conectores reversibles, no tarda en hacerse evidente que el USB-C es mucho más que eso. Ofrece un conector estándar para diferentes protocolos de audio, video, almacenamiento de datos y comunicaciones. También ofrece estándares nuevos y emergentes a medida que se van desarrollando. Las soluciones de Stewart Connector ayudan a satisfacer las necesidades de los diseñadores garantizando conexiones USB-C fiables y compactas para placas de CI.