Es difícil escapar al entusiasmo que rodea al nuevo estándar USB tipo C y sus hermanos: USB 3.1 y la especificación USB Power Delivery. Pero, ¿qué es y por qué debería importarme? Esto es lo que pensamos.
El camino hacia el USB 3.1 y USB-C
La especificación Universal Serial Bus (USB) se remonta a más de 20 años atrás, en 1994, cuando un grupo de compañías que incluía a Intel y Microsoft inició su desarrollo. La junta directiva actual incluye también a HP, Renesas y STMicroelectronics, conocidos colectivamente como USB Implementers Forum (USB-IF).
El USB 1.1, que fue presentado en 1998, fue la primera versión adoptada ampliamente. La velocidad de transferencia de datos ha ido en aumento progresivamente con cada versión sucesiva, como se puede observar en la Tabla 1.
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Versión |
Fecha de lanzamiento |
Velocidad |
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1.1 |
Agosto de 1998 |
Baja velocidad (1,5 Mbps), alta velocidad (12 Mbps) |
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2.0 |
Abril de 2000 |
Alta velocidad (480 Mbps) |
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3.0 |
Noviembre de 2008 |
SuperSpeed (5 Gbps) |
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3.1 |
Julio de 2013 |
SuperSpeed+ (10 Gbps) |
Tabla 1: Lanzamientos de USB (fuente: Wikipedia)
Antes del USB-C, había tres tipos o tamaños básicos relacionados con los conectores USB y tipos de conexión establecida: el tamaño “estándar” antiguo, en sus variantes USB 1.1/2.0 y USB 3.0 (por ejemplo, en las unidades flash USB), el tamaño “mini” (principalmente para el extremo de conector B, como en mucha cámaras) y el tamaño “micro”, en sus variantes USB 1.1/2.0 y USB 3.0 (por ejemplo, en la mayoría de los teléfonos celulares actuales).
Los estándares USB anteriores especifican un tipo diferente de conector (tipo A o tipo B) para evitar las sobrecargas eléctricas y los daños a los equipos. Solo el enchufe tipo A suministra alimentación. Cada uno de los diferentes “tamaños” requiere cuatro conectores diferentes. Los cables USB tienen los enchufes tipo A y tipo B, y los receptáculos correspondientes se encuentran en la computadora o el dispositivo electrónico. En la práctica, el conector tipo A suele ser el de tamaño completo y el tipo B puede variar según sea necesario.
Especificación USB-C
Figura 1: Comparación entre USB tipo A y USB tipo C. (Fuente: AliExpress)
La especificación de cable y conector USB más reciente es USB-C, que acarrea varios avances importantes en la interconexión USB. Aunque es mucho más angosto que el Tipo A (2,4 mm frente a 4,5 mm), como se puede observar en la Figura 1, contiene 24 pines frente a los 5 de las versiones anteriores. El conector también es reversible y se puede enchufar en un receptáculo en ambas direcciones sin problemas.
Se pretende que el USB-C sea un estándar común para los hosts y los receptáculos, y que reemplace a la variedad de conectores tipo A y tipo B. También se pretende que sea “a prueba del futuro” y cuenta con capacidad de ampliación futura. Además, acepta otros estándares gracias a su Modo Alternativo, que se analiza más abajo.
Dada la omnipresencia de las versiones previas de USB y las perspectivas hacia el futuro, se lo ha llamado “un estándar para gobernarlos a todos”, y con razón.
Qué es y qué no es el USB-C
El USB-C es una especificación de cable y conector, y se debe distinguir de otras dos especificaciones relacionadas: USB 3.1 y la especificación USB Power Delivery.
Si un producto cuenta con USB-C, eso no significa necesariamente que sea compatible con USB 3.1 o USB Power Delivery. Por ejemplo, un cable y conector USB-C se puede utilizar en un sistema USB 2.0 estándar que no es compatible con USB 3.1 ni con USB PD.
Esto tiene sentido: una unidad Flash, por ejemplo, puede tener un conector tipo A y solo ser compatible con USB 2.0, pero igualmente necesita enchufarse en el receptáculo USB-C de un ordenador portátil. No es necesario preocuparse, hay disponible una amplia variedad de cables adaptadores.
Disposición de pines del USB-C
Figura 2: Disposición de pines del USB-C. (Fuente: Arstechnica)
La Figura 2 muestra la disposición de pines del USB-C. Tiene cinco secciones separadas:
1) 4 pares de alimentación y tierra VBUS/GND
2) High-Speed Data Path: 4 pares diferenciales para el modo USB 3.1 SuperSpeed, si se implementa. SuperSpeed usa comunicación de dúplex completo.
3) 2 pares USB 2.0 D+/D-: requeridos para implementar la funcionalidad USB 2.0 (solo se usa 1 par)
4) 2 pines de banda lateral: disponibles para el uso del Modo Alternativo
5) 2 pines de configuración del enchufe CC: se utilizan para detectar la orientación del cable e implementar la especificación USB Power Delivery
¿Cómo logra el USB-C la reversibilidad del conector? Los pines son simétricos rotacionalmente. Los pines de alimentación VBUS y GND siempre coinciden. Si se da vuelta el conector, se conecta el par TX1 en TX2, el par RX1 en RX2 y así sucesivamente. Los dos pines CC se utilizan para determinar la orientación del conector al insertarlo en el receptáculo. El dispositivo host cambia la disposición de los pines del receptáculo en consecuencia.
Modo Alternativo del USB-C
El Modo Alternativo dedica algunos de los conductores físicos del cable USB tipo C para la transmisión directa de dispositivo a host de protocolos de datos alternativos. Se pueden usar para transmisión en Modo Alternativo las cuatro vías de alta velocidad, los dos pines de banda lateral (SBU) y, solo para las aplicaciones de anclaje, dispositivos extraíbles y cables permanentes, dos pines USB 2.0 y un pin de configuración. Los modos se configuran con mensajes definidos por el vendedor (VDM) a través de los pines CC.
Por ejemplo, DisplayPort es un estándar de interfaz popular para la conexión de una fuente de video a un dispositivo de visualización como un monitor de computadora. VESA, su autoridad de control, y USB-IF han emitido el “Estándar de Modo Alt. de DisplayPort para el USB tipo C”, que regula su uso con el USB-C. El estándar de Modo Alt. para DP permitirá que conectores y cables USB tipo C estándar transmitan señales DisplayPort nativas mediante la reutilización de cuatro pines SuperSpeed (dos pares TX/RX). Los pines de bus secundarios del tipo C también se pueden utilizar para el canal AUX de DisplayPort, que los dispositivos DisplayPort suelen utilizar para transmitir datos adicionales que no sean de video, como audio o información de pantalla táctil.
La especificación del cable USB-C
El conector USB-C se puede utilizar con un cable directo tradicional. También existe una especificación para un cable USB tipo C con funcionalidad completa: un cable activo, marcado electrónicamente, que contiene un chip con una función de identificación basada en el canal de datos de configuración y los VDM de la especificación USB Power Delivery 2.0.
Los dispositivos USB tipo C también son compatibles con 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 de base. Los dispositivos pueden negociar el aumento de corriente por USB a través de la línea de configuración o pueden ser compatibles con la especificación Power Delivery completa.
Diseño del sistema USB
Se necesitan muchos componentes diferentes para lograr un diseño USB tipo C eficiente, resistente y totalmente compatible, como se ilustra en la Figura 3. Algunos de los bloques son:
Conmutadores de carga: aísle automáticamente el sistema de una fuente de carga con fallas. Busque características adicionales como protección contra la sobretensión y la baja tensión, protección contra la inversión de corriente, protección contra la sobretemperatura y límites de corriente programables.
USB PD PHY: si el sistema también cumple con la especificación USB Power Delivery, se requiere una combinación de controlador y contestador de protocolo para establecer el funcionamiento de enlace y suministrar la alimentación.
Microcontrolador US PD: la funcionalidad tipo C requiere de toma de decisiones complejas, por lo que son necesarios un microcontrolador y firmware especializado.
Conmutadores de alto rendimiento: proporcione una función de multiplexado o demultiplexado de señal que redirija las señales transmitidas a los mismos puertos de conexión o a otros diferentes. Estas funciones se pueden combinar en un conmutador cruzado para brindar compatibilidad para las funciones del Modo Alternativo.
Acondicionadores de señal: regenere la señal USB, extraiga las vibraciones, extienda la transmisión de canal y reduzca la tasa de error de bit (BER).
Protección de interfaz: brinda protección ESD, junto con los filtros del Modo Común que ayudan a eliminar la interferencia de las tecnologías inalámbricas como GSM, LTE y WiFi.
Figura 3: Solución de sistema para el conector USB tipo C. (Fuente: NXP)
La sociedad de Arrow con NXP
Arrow Electronics es un gigante en el espacio de la distribución con ventas en 2014 de $22 800 millones. Somos una compañía Fortune 150 con 17 000 empleados y una red global de más de 460 oficinas en 58 países, ofrecemos soluciones tecnológicas a nuestros clientes a nivel mundial y brindamos servicios especializados y experiencia en todo el ciclo del producto.
Somos expertos en llevar la tecnología al mercado, con eventos especiales, foros de tecnología, agrupaciones personalizadas y otras actividades para ayudar a los clientes a familiarizarse con las tecnologías transformadoras como USB-C. Pero vamos mucho más lejos: combinamos tecnologías de diferentes proveedores para armar soluciones integrales para que pueda llegar al mercado más rápidamente.
NXP, como líder desde hace mucho tiempo en los sistemas USB, ha sido un miembro fundamental del equipo de definición de USB-C y cuenta con la gama más completa de productos y soluciones para sistemas de este emocionante mercado nuevo. Los productos NXP para USB-C cubren toda la gama e incluyen MCU basados en ARM con firmware USB-PD, acondicionadores de señal para mejorar las distancias de transmisión y reducir la BER, interruptores de potencia de canal N que aíslan automáticamente un sistema de una carga o fuente con fallas, y el nuevo PUSB3TB6, un muy pequeño dispositivo de protección contra descargas electromagnéticas (ESD), diseñado para proteger seis líneas de datos de alta velocidad.
Dada esta profundidad y amplitud de experiencia, es natural que Arrow y NXP se asocien para que su transición a USB-C sea lo más fácil y rápida posible. Aún estamos puliendo los últimos detalles, pero no olvide buscar soluciones exclusivas para USB-C de NXP-Arrow en el futuro cercano.
Conclusión
USB-C, USB 3.1 y USB PD forman juntos el camino hacia adelante para el USB. Los aspectos innovadores del sistema completo (el conector reversible, el aumento de velocidad y el nuevo formato PD) presentan desafíos de diseño específicos, como también nuevos requisitos de protección de señales y de garantía del rendimiento en todo tipo de condiciones.
Al contrario de otros estándares que prometían mucho y se desvanecieron en el mercado, la pregunta no es si el USB-C se adoptará, sino qué tan rápido. Ya hay productos nuevos en las tiendas. En realidad, la única pregunta es cuánto falta para que se convierta en el único estándar que necesite.