USB: Universal Serial Bus

El USB es algo que todos usamos a diario, en nuestra PC, celulares, tablets y otros periféricos, pero no todos lo conocen o saben que es o como funciona un USB ni mencionar que pocos conocen los tipos de USB disponibles.

En este articulo pretendo hacer una introducción a estos conectores y dar detalles técnicos de su funcionamiento.

Comencemos con una pregunta básica:

¿Que es un conector USB y que significa esa abreviatura?

USB es la sigla de Universal Serial Bus o Bus Universal en Serie) conocido mejor como Conductor Universal en Serie (CUS).

Básicamente, es un puerto que permite conectar periféricos a una computadora u ordenador.

Para aclarar al que no lo sepa, un puerto es un acceso de Entrada y/o Salida a una computadora o periférico (Interno o externo) que nos permite conectar cosas. Por ejemplo, El Teclado y el Mouse se conectan a puertos, en este caso, puertos para teclado y mouse o puertos USB sin son de este tipo los conectores.

El USB fue desarrollado en 1996 por siete empresas, las que en la actualidad forman el consejo directivo que regula este estándar de conexión.

Estas empresas son, IBM, Intel, Northern Telecom, Compaq, Microsoft, Digital Equipment Corporation y NEC.

La idea era eliminar la necesidad de adquirir tarjetas independientes para agregar puertos ISA o PCI y mejorar la capacidad plug-and-play (Conectar y usar) dándonos la posibilidad de conectar y desconectar dispositivos sin tener la necesidad de apagar el equipo.

En un mismo conector USB podemos utilizar varios tipos de dispositivos, como mouse, teclados, scaners, cámaras digitales, teléfonos móviles, reproductores multimedia, impresoras, discos duros externos, tarjetas de sonido, sistemas de adquisición de datos, componentes de red y un largo etc.

Como los dispositivos actuales requieren una cantidad reducida de potencia, se pueden alimentar por USB sin requerir una fuente externa, dándonos además, la posibilidad de conectar varios dispositivos en un mismo puerto USB.

¿Cual es la velocidad de transmisión de un USB?

Desde la versión USB 1.0 su velocidad de transmisión se ha ido incrementando considerablemente.

Hasta el momento estas son las tasas de transmisión de un dispositivo USB.

• Baja velocidad (V1.0): Su tasa de trasferencia es de hasta 1.5Mbps (Mega bits por segundo), es utilizado principalmente para dispositivos de interfaz humana, como teclados, mouse, cámaras web, etc.
• Velocidad normal o completa (V1.1): Tiene una tasa de transferencia de hasta 12Mbps. Esta fue la mas veloz hasta que se estandarizo la versión 2.0, muchos de los dispositivos actuales trabajan a esta velocidad. Estos dispositivos dividen el ancho de banda de su conexión USB utilizando un algoritmo de impedancia LIFO (Last In, First Out o Ultimo en entrar, Primero en salir)
• Alta velocidad (V2.0): Posee una tasa de transferencia de hasta 480 Mbps, esta es la velocidad que esta presente en la mayoría de los PC actuales. El cable USB 2.0 tiene cuatros líneas, un par para los datos, una para la corriente y el cuarto es el negativo o el retorno.
• Súper alta velocidad (V3.0): Tiene una transferencia de hasta 4.8 Gbps, la velocidad del bus es diez veces mas alta que la del USB 2.0, esto se debe a la inclusión de cinco conectores extra, descartando la idea original de utilizar un conector de fibra óptica. Esta nueva versión será compatible con las versiones anteriores que utilizan cables de nueve hilos. Se espera que para el 2012 sea el nuevo estándar por defecto.

¿Como transmite la señal un dispositivo USB?

El USB transmite su señal por medio de un cable de par trenzado con impedancia de 90 Ω ± 15%, sus hilos se denominan D+ y D-.

D+ y D- suelen trabajar en conjunto y estas no son conexiones simples.

Estos utilizan señalización diferencial en half dúplex a excepción del USB 3.0 que utiliza un segundo par de hilos para realizar una comunicación full dúplex.

El motivo por el cual se utiliza una conexión en modo half dúplex es para reducir el efecto del ruido electromagnético en enlaces largos.

La señal de transmisión varia entre niveles que van del 0 a 0'3V para bajos (ceros) y de 2'8 a 3'6V para altos (unos) para las versiones 1.0 y 1.1, y en ±400 mV en alta velocidad V2.0.

En las dos primeras versiones, el cable no tenia conexiones a mas, pero en alta velocidad se conectan a velocidades de 45 Ω a masa o un diferencial de 90 Ω para acoplar la impedancia del cable.

Cabe aclarar que estos dispositivos solo permiten la conexión de dispositivos de bajo consumo, los que no deben superar en su consumo como máximo los 100 mA por puerto.

Si se necesitara conectar algún dispositivo que consuma mas, se deberá utilizar un dispositivo que permita cuatro salidas por USB (Extensión de 4 puertos máximo), entonces el USB entregaría 100mA hasta un máximo de 500mA por puerto y adaptarlos a nuestras necesidades.

He leído que se pretende aumentar la potencia de alimentación del nuevo USB 3.0 y llevarlo hasta 100W, lo que permitirá alimentar una portátil mientras se usa la conexión de datos.

¿Tipos de conectores y compatibilidades?

Las especificaciones del USB 1.0, 1.1 y 2.0 definen dos tipos de conectores. Tipo-A y Tipo-B, aunque en algunos casos, algunas compañías han cambiado estos conectores. Por ejemplo, IBM, en los monitores LCD de sus portátiles (En la parte superior) han colocado un conector del tipo UltraPort, este es un tipo de conector privado y solo para equipos producido por IBM.

Aunque el conector es diferente, las señales y el protocolo característico de un USB se mantiene.

Con la difusión de artículos pequeños como celulares, mp3, etc., han aparecido otros tipos de conectores pequeños, una gran variedad de ellos, muchos de baja calidad.

Una característica del USB o, mejor dicho, una extensión de este, se llama “USB On The Go” (USB Sobre la marcha), esto permite a un puerto actuar como servidor o como dispositivo, según del lado por donde se conecte el cable al aparato. Cambiando de un modo al otro aun estando conectado y en comunicación , podemos cambiar el papel que cada dispositivo realiza.

Como ejemplo, podemos ver un dispositivo PDA, donde el enlace USB podría conectarse a la PC como dispositivo y conectarse como servidor a un teclado o ratón.

El USB On The Go también cuenta con dos conectores pequeños, el mini-A y el mini-B, con esto se espera detener la proliferación de conectores miniaturizados.

Especificaciones y Pin-Out

• Longitud: 5 metros (Maximo)
• Ancho: 11.5 mm (A-Plug), 8.45 mm (B-Plug)
• Alto: 4.5 mm (A-Plug), 7.78 mm (B-Plug, pre-V3.0)
• Se pueden conectar sin apagar el equipo: si
• Corriente: 5 volt DC
• Voltaje máximo: 5 volts
• Corriente máxima: 500 mA (hasta 1 A, el USB 3.0: 5 watios)
• Señal de datos: paquete de datos definido por especificaciones.
• Ancho: 1 bit
• ancho de banda: 1.5 – 480 Mb/s (USB 3.0: 10 veces mayor)
• Nro. máximo de dispositivos soportado: 127 por puerto.
• Protocolo: Serie
• Cable: 4 hilos
• Pines: 4 (1 alimentación, 2 de datos y 1 a masa)

Patillaje:

Pines para el Tipo-A, Tipo-B y el Mini-A y Mini-B

Pin1: Vcc (+5 V) (Rojo)

Pin2: Dato- (Blanco)

Pin3: Dato+ (Verde)

Pin4: Masa (Negro)

Conector Hembra Tipo-A, Tipo-B y Mini

Conector Macho Tipo-A, Tipo-B y Mini-A, Mini-B