Hardware USB

Los conectores que especifica el comité USB respaldan varios de los objetivos fundamentales de USB y reflejan las lecciones aprendidas de los numerosos conectores que ha utilizado la industria informática. El conector montado en el host o dispositivo se denomina receptáculo , y el conector unido al cable se denomina enchufe . ^{[ 9 ]} Los documentos de especificación USB también definen periódicamente el término macho para representar el enchufe y hembra para representar el receptáculo. ^{[ 10 ]}

Por diseño, es difícil insertar un conector USB en su receptáculo de forma incorrecta. La especificación USB exige que el conector y el receptáculo del cable estén marcados para que el usuario pueda reconocer la orientación correcta. ^{[ 9 ]} Sin embargo, el conector USB-C es reversible. Los cables USB y los dispositivos USB pequeños se mantienen en su lugar mediante la fuerza de sujeción del receptáculo, sin tornillos, clips ni mecanismos de giro como en otros conectores.

Los distintos conectores A y B impiden la conexión accidental de dos fuentes de alimentación. Sin embargo, esta topología se pierde en parte con la llegada de las conexiones USB multipropósito (como USB On-The-Go en smartphones y routers Wi-Fi alimentados por USB), que requieren cables A-A, B-B y, en ocasiones, divisores en Y. Consulte la sección de conectores USB On-The-Go a continuación para obtener una descripción más detallada.

Existen cables denominados con conectores A en ambos extremos, que pueden ser válidos si el "cable" incluye, por ejemplo, un dispositivo de transferencia USB host-to-host con dos puertos. ^{[ 11 ]} Por definición, se trata de un dispositivo con dos puertos B lógicos, cada uno con un cable fijo, no de un cable con dos extremos A.

Asignación de pines

USB  1.0, 1.1 y 2.0 usan dos cables para alimentación (V _BUS y GND) y dos cables para una señal diferencial de datos en serie. ^{[ 14 ]} Los conectores Mini y Micro tienen cinco contactos cada uno, en lugar de los cuatro de los conectores estándar, con el contacto adicional, designado ID , que diferencia eléctricamente los enchufes A y B cuando se conectan a los receptáculos AB de los dispositivos On-The-Go. ^{[ 15 ]} El enchufe Tipo-C de un cable o adaptador Tipo-C a heredado está marcado electrónicamente de manera similar como A o B : en un cable, está marcado como el complemento del conector en el extremo opuesto porque cada cable heredado por definición tiene un extremo A y un extremo B , y en un adaptador el enchufe Tipo-C está marcado para que coincida con el enchufe que acepta el adaptador.

USB 3.0 añadió un carril  (bidireccional) (dos pares diferenciales adicionales con un total de cuatro cables, SSTx+, SSTx−, SSRx+ y SSRx−), lo que proporciona transferencias de datos dúplex completo a SuperSpeed , haciéndolo similar a Serial ATA o PCI Express de un solo carril .

1. 1 2 En algunas fuentes, D+ y D− se intercambian erróneamente.

Bandera

Los puertos y conectores USB suelen estar codificados por colores para distinguir sus diferentes capacidades y modos. La codificación por colores solo es necesaria para los aislantes visibles dentro de los conectores Micro y Mini: los conectores A son blancos, los B negros y los receptáculos AB , que aceptan tanto conectores A como B , grises. Se recomienda el Pantone 300 C para los conectores USB 3.0 Standard-A, incluidos aquellos con una velocidad de señalización de 5  Gbit/s y 10  Gbit/s, aunque algunos fabricantes utilizan un color verde azulado no estándar para los receptáculos con una velocidad de señalización de 10  Gbit/s. ^{[ 8 ] : §5.3.1.4 [ 9 ] : §5.3.1.3}

Conector USB-A en la parte superior y conector USB-C en la parte inferior.

Conector USB-A

Los tipos de conectores USB se multiplicaron a medida que avanzaba la especificación. La especificación USB original detallaba los conectores y receptáculos Standard-A y Standard-B, entonces denominados simplemente Tipo-A y Tipo-B . Posteriormente, a medida que se añadieron otros conectores Tipo-A y Tipo-B (primero Mini, luego Micro), los términos Standard-A y Standard-B se aplicaron a los conectores originales. La distinción A - B sirve para reforzar la arquitectura direccional de USB, donde solo el host y los concentradores tienen receptáculos Tipo-A y cada dispositivo periférico tiene un Tipo-B. Los pines de datos en los conectores estándar están empotrados en comparación con los pines de alimentación, de modo que la alimentación y la conexión a tierra se establecen antes de que se conecten los conductores de datos, y viceversa al desconectar. Algunos dispositivos funcionan en diferentes modos dependiendo de si se establece o no la conexión de datos. Las bases de carga suministran energía y no incluyen un dispositivo host ni pines de datos, lo que permite que cualquier dispositivo USB compatible se cargue o funcione con un cable USB estándar. Los cables de carga proporcionan conexiones de alimentación, pero no de datos. En un cable de carga únicamente, los cables de datos se cortocircuitan en el extremo del dispositivo; de lo contrario, el dispositivo podría rechazar el cargador por considerarlo inadecuado.

Conectores estándar

• Conectores estándar A: Este conector tiene una sección transversal rectangular alargada, se inserta en un receptáculo estándar A en un puerto orientado hacia abajo (DFP) en un host o concentrador USB, y transporta tanto energía como datos. ^{[ 18 ] [ 19 ]} El conector en sí tiene 12 mm de ancho y 4,5 mm de grosor.
• Conectores Standard-B: Este conector tiene una sección transversal casi cuadrada con las esquinas exteriores superiores biseladas. Como parte de un cable extraíble, se inserta en un único puerto de entrada (UFP) de un dispositivo, como una impresora. En algunos dispositivos, el receptáculo Standard-B no tiene conexiones de datos, sino que se utiliza únicamente para recibir alimentación del dispositivo de entrada. Este esquema de dos conectores (A-B) evita que el usuario cree accidentalmente un bucle. ^{[ 20 ] [ 21 ]}

La sección transversal máxima permitida de la funda sobremoldeada (que forma parte del conector utilizado para su manipulación) es de 16 x 8 mm (0,63 x 0,31 pulg.) para el tipo de enchufe Standard-A, mientras que para el Standard-B es de 11,5 x 10,5 mm (0,45 x 0,41 pulg.) . ^{[ 10 ]}    

Mini conectores

Los conectores Mini-USB se introdujeron junto con USB 2.0 en abril de 2000, y se utilizan principalmente con dispositivos más pequeños como cámaras digitales , teléfonos inteligentes y tabletas . Tanto los conectores Mini-A como los Mini-B miden aproximadamente 3 x 7 mm (0,12 x 0,28 pulgadas) .  

Los conectores Mini-A y el receptáculo Mini-AB fueron descontinuados en mayo de 2007, lo que significa que su uso en nuevos productos ha sido prohibido desde entonces. ^{[ 5 ]} Los conectores Mini-B más comunes todavía están permitidos, pero no son compatibles con On-The-Go y no pueden ser certificados; ^{[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]} el conector Mini-B era común para transferir datos hacia y desde los primeros teléfonos inteligentes y PDA , y aparece en dispositivos como la PlayStation Portable y el Motorola Razr V3 , donde también funciona como cargador en este último.

El conector Mini-AB acepta el enchufe Mini-A o el Mini-B, lo que hace que el dispositivo On-The-Go se comporte como un host (A) o un periférico (B) según corresponda.

Microconectores

Enchufe micro-A

Enchufe Micro-B

Los conectores Micro-USB, anunciados por la USB-IF el 4 de enero de 2007, ^{[ 25 ] [ 26 ]} tienen un ancho similar al Mini-USB pero aproximadamente la mitad de grosor, lo que permite su integración en dispositivos portátiles más delgados. El conector Micro-A mide 6,85 x 1,80 mm (0,270 x 0,071 pulg) con un tamaño máximo del cuerpo del conector de 11,7 x 8,5 mm (0,46 x 0,33 pulg) , mientras que el conector Micro-B tiene la misma altura y ancho con un tamaño máximo del cuerpo del conector ligeramente menor de 10,6 x 8,5 mm (0,42 x 0,33 pulg) . ^{[ 4 ]}      

Los conectores Micro-USB más delgados estaban destinados a reemplazar los conectores Mini en dispositivos fabricados desde mayo de 2007 hasta finales de 2014, incluidos teléfonos inteligentes , asistentes digitales personales y cámaras. ^{[ 27 ]}

El diseño del conector Micro está clasificado para al menos 10 000 ciclos de conexión y desconexión, que es más que el diseño del conector Mini. ^{[ 25 ] [ 28 ]} El conector Micro también está diseñado para reducir el desgaste mecánico en el dispositivo; en cambio, el cable más fácil de reemplazar está diseñado para soportar más desgaste mecánico de la conexión y desconexión. La especificación de cables y conectores Micro-USB del bus serie universal detalla las características mecánicas de los conectores Micro-A , los receptáculos Micro-AB (que aceptan conectores Micro-A y Micro-B) y los conectores y receptáculos Micro-B, ^{[ 28 ]} junto con un adaptador permitido con un receptáculo Standard-A y un conector Micro-A, como se usaría, por ejemplo, para conectar una cámara a un cable Standard-A-B existente conectado a una impresora de escritorio.

A pesar de la introducción del conector USB-C (ver más abajo), el conector Micro-B se sigue utilizando en ciertos dispositivos, a menudo de bajo costo. ^{[ 29 ]}

Estándar OMTP

El micro-USB fue aprobado como conector estándar para datos y alimentación en dispositivos móviles por el grupo de operadores de telefonía celular Open Mobile Terminal Platform (OMTP) en 2007. ^{[ 30 ]}

El micro-USB fue adoptado como la "solución de carga universal" por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) en octubre de 2009. ^{[ 31 ]}

En Europa, el Micro-USB se convirtió en la fuente de alimentación externa (EPS) común definida para su uso con teléfonos inteligentes vendidos en la UE, ^{[ 32 ]} y 14 de los mayores fabricantes de teléfonos móviles del mundo firmaron el Memorando de Entendimiento (MdE) común de la UE sobre EPS. ^{[ 33 ] [ 34 ]} Apple , uno de los firmantes originales del MdE, ofrece adaptadores Micro-USB —según lo permitido en el MdE común sobre EPS— para sus iPhones equipados con el conector dock de 30 pines propietario de Apple y, posteriormente, con el conector Lightning . ^{[ 35 ] [ 36 ]}

Conectores USB 3.x y compatibilidad con versiones anteriores.

USB 3.0 introdujo conectores y receptáculos SuperSpeed, tanto estándar como micro USB. Todos los receptáculos SuperSpeed ​​3.0 (estándar A, estándar B, micro B y micro AB) son compatibles con versiones anteriores a la 3.0; además, el conector SuperSpeed ​​estándar A encaja en el receptáculo estándar A anterior a la SuperSpeed. (Los demás conectores SuperSpeed ​​no se pueden conectar a receptáculos anteriores a la SuperSpeed).

Para que cualquier dispositivo tenga una conexión SuperSpeed, todos los conectores entre ellos deben ser de tipo C o SuperSpeed.

Todos los cables USB anteriores a USB-C tenían un conector A en un extremo y un conector B en el otro (con la rara excepción de una configuración especial A - A con ciertos conductores omitidos, para la depuración del sistema operativo y otras aplicaciones de conexión de host a host). ^{[ 8 ] : §5.5.2} En un cable USB-C a heredado, el conector Tipo-C está marcado eléctricamente para tomar el rol complementario al conector en el extremo opuesto, A para B y B para A . Cuando se utiliza un cable C-C moderno, los dos dispositivos conectados se comunican para determinar cuál toma qué rol.

USB-C

El conector USB-C reemplaza a todos los conectores USB anteriores, al conector Mini DisplayPort y al conector Lightning desde 2025. ^{[ 37 ]} Se utiliza para todos los protocolos USB y para Thunderbolt (3 y posteriores), DisplayPort (1.2 y posteriores) y otros. Desarrollada aproximadamente al mismo tiempo que la  especificación USB 3.1, pero distinta de ella, la especificación USB-C 1.0 se finalizó en agosto de 2014 ^{[ 38 ]} y definió un nuevo conector pequeño reversible para todos los dispositivos USB y algunos otros. ^{[ 39 ]} El conector USB-C se conecta tanto a hosts como a dispositivos periféricos, así como a cargadores y fuentes de alimentación, reemplazando todos los conectores USB anteriores con un estándar diseñado para ser a prueba de futuro . ^{[ 38 ] [ 40 ]}

El conector de doble cara de 24 pines proporciona cuatro pares de alimentación-tierra, dos pares diferenciales para  datos USB 2.0 (aunque solo se implementa un par en un cable USB-C), cuatro pares para el bus de datos SuperSpeed ​​(solo se utilizan dos pares en el modo USB 3.1), dos pines de "uso de banda lateral", alimentación V _CONN de +5  V para cables activos y un pin de configuración para la detección de la orientación del cable y un canal de datos de configuración (CC) de código de marca bifásico (BMC) dedicado. ^{[ 41 ] [ 42 ]} Se requieren adaptadores y cables de tipo A y tipo B para conectar hosts y dispositivos antiguos a hosts y dispositivos USB-C. No se permiten adaptadores ni cables con un receptáculo USB-C. ^{[ 43 ]}

Un cable USB con todas las funciones es un cable de tipo C a tipo C que admite el funcionamiento de datos USB 2.0, USB 3.2 y USB 4, y un receptáculo de tipo C con todas las funciones también admite el mismo conjunto completo de protocolos. ^{[ 44 ]} Contiene un conjunto completo de cables y está marcado electrónicamente ( marcado con E ): Contiene un chip de marcaje electrónico que responde al comando USB Power Delivery Discover Identity , un tipo de mensaje definido por el proveedor (VDM) enviado a través del canal de datos de configuración (CC). Mediante este comando, el cable informa su capacidad actual, velocidad máxima y otros parámetros. ^{[ 45 ] : § 4.9} Los dispositivos USB tipo C con todas las funciones son un requisito mecánico previo para el funcionamiento de múltiples carriles (USB 3.2 Gen 1×2, USB 3.2 Gen 2×2, USB4 2×2, USB4 3×2, USB Gen 4 asimétrico). ^{[ 45 ]}

Los dispositivos USB-C admiten corrientes de alimentación de 1,5  A y 3,0  A a través del bus de alimentación de 5  V, además de la corriente base de 900  mA. Estas corrientes más altas se pueden negociar mediante la línea de configuración. Los dispositivos también pueden utilizar la especificación completa de Power Delivery mediante la línea de configuración codificada en BMC y la línea V _{BUS codificada en} BFSK heredada . ^{[ 45 ] : § 4.6.2.1}

Antes de la especificación del conector Tipo-C, prácticamente todos los cables USB tenían un conector Tipo-A en un extremo y un conector Tipo-B en el otro. El conector Tipo-A se conecta solo en sentido ascendente , ya sea directamente a un DFP del host o indirectamente, conectándose a un DFP de un concentrador que, a su vez, se conecta, directa o indirectamente, al host. El conector Tipo-B se conecta solo en sentido descendente , ya sea directamente al único UFP de un dispositivo periférico o al UFP de un concentrador al que se pueden conectar otros concentradores y dispositivos periféricos. Un dispositivo On-The-Go tiene un único puerto Tipo-AB (Micro-AB o Mini-AB) y desempeña cualquiera de las dos funciones según el conector conectado. En un cable Type-C-heredado, el conector Type-C está marcado electrónicamente para complementar el conector del extremo opuesto: cuando el conector heredado es Type-A, el conector Type-C está marcado como B , y cuando el conector heredado es Type-B, el Type-C está marcado como A. Un dispositivo con un receptáculo Type-C puede ser capaz de asumir cualquiera de las dos funciones o solo funcionar como una u otra. Si un conector Type-C marcado como A o B se conecta a un dispositivo que no puede asumir la función necesaria, no se produce comunicación. Cuando dos dispositivos, cada uno capaz de asumir cualquiera de las dos funciones, se conectan a través de un cable Type-C-Type-C, se produce una negociación para determinar cuál es el dispositivo A y cuál es el B.

Por lo general, los conectores admiten protocolos compatibles con los tipos de conectores anteriores.

Observaciones:

Además de los conjuntos de cables mencionados anteriormente que constan de dos enchufes , se permiten receptáculos en tres conjuntos de adaptadores :

• Dos conjuntos de adaptadores heredados para compatibilidad con equipos anteriores a USB-C:
  • Adaptador USB 3.1 de conector estándar A a conector tipo C, para conectar un conector estándar A antiguo a un conector tipo C moderno ^{[ 49 ].}
  • Adaptador USB 2.0 de conector Micro-B a conector Tipo-C, para conectar un conector Micro-B antiguo a un conector Tipo-C moderno ^{[ 49 ].}
• Un adaptador antiguo, también denominado heredado , anterior al USB-C: un conector Standard-A a un conector Micro-A, que proporciona a un dispositivo compacto On-The-Go, como una cámara o un teléfono inteligente, un puerto Standard-A para conectar periféricos, como impresoras y dispositivos de almacenamiento masivo . Es decir, para conectar un conector Standard-A a un conector Micro-AB. ^{[ 17 ] [ 4 ]} (Todos los conectores USB, excepto el Tipo-C, fueron designados como heredados en 2014. ^{[ 49 ]} )

La placa base de un ordenador incluye conectores de pines para conectar la placa base a los puertos USB de la carcasa del ordenador . Los siguientes tipos están estandarizados: ^{[ 50 ]}

• Conector de 9 pines para dos puertos USB 1.1/2.0 Tipo A. También existe una variante de 5 pines para un solo puerto. Las placas base fabricadas antes del año 2000 pueden tener otras configuraciones. ^{[ 51 ]}
• Conector de 19 pines para dos puertos USB 3.0 (también conocidos como 3.1/3.2 Gen 1) Tipo A. No es compatible con versiones anteriores del conector de 9 pines; ^{[ 52 ]} no existe un estándar para transmitir una señal más reciente (por ejemplo, Gen 2) a través de este conector, pero la integridad de la señal es suficiente para hacerlo en la práctica.
• Los puertos "Tipo E" no son conectores con una matriz de pines, sino un puerto para enchufar:
  • Conector Key-A de 20 pines para un único Type-C con todas las funciones, que proporciona hasta 80  Gbps en el caso de USB4 2.0. (Como la definición original es para USB 3.1 Gen 2 [también conocido como USB 3.2 Gen 2, ×2 para dos carriles en USB-C], la conexión eléctrica entre el puerto de la carcasa y el cabezal puede no ser de la calidad suficiente para 80  Gbps. USB4 40  Gbps debería ser alcanzable ya que requiere la misma calidad de cable que USB 3.1 Gen 2.) ^{[ 53 ] [ 54 ]} También se puede utilizar para proporcionar un puerto Type-A hasta USB 3.1/3.2 Gen 2. Oficialmente no hay ninguna disposición para proporcionar dos puertos Type-A desde este cabezal ya que solo proporciona un par de pines de datos heredados (USB 1.1/2.0). ^{[ 53 ]} Los conectores de 20 pines no son compatibles con versiones anteriores de 9 o 19 pines.
  • Conector Key-B de 20 pines para dos puertos tipo A hasta USB 3.1/3.2 Gen 2. Este conector se diferencia del Key-A en que los pines CC y SBU se reasignan a datos (D+, D−) y alimentación (VBUS, GND) heredados de 1.1/2.0. El bloqueo físico impide la mezcla de puertos (conectores) y enchufes Key-A y Key-B. ^{[ 53 ]}
  • Conector de 40 pines, que es funcionalmente equivalente a dos conectores Key-A de 20 pines colocados uno al lado del otro. Admite dos puertos Tipo-C, un puerto Tipo-C más un puerto Tipo-A, o dos puertos Tipo-A. Un puerto de 40 pines puede aceptar un conector Key-A de 20 pines. ^{[ 53 ]}

Todos estos sistemas son eléctricamente compatibles entre sí, al igual que los conectores externos USB, por lo que se pueden usar adaptadores pasivos para mitigar las incompatibilidades físicas, por ejemplo, convirtiendo conectores de 19 pines a conectores de 9 pines. Incluso es posible convertir un conector de 19 pines a uno de 20 pines para su uso con USB-C, aunque sin las funciones CC y SBU.

La forma y la posición de los contactos, es decir, las huellas, de los conectores USB soldados a las placas de circuitos ( dispositivos de montaje superficial ) están parcialmente estandarizadas.

Además, existe una especificación USB integrada (eUSB2) que describe el uso de USB 2.0 para la comunicación entre dos chips en la misma placa de circuito . Utiliza un voltaje de señalización más bajo en comparación con el USB 2.0 estándar. ^{[ 55 ]}

Los fabricantes de dispositivos electrónicos personales podrían no incluir un conector USB estándar en sus productos por razones técnicas o de marketing. ^{[ 56 ]} Por ejemplo, Olympus ha estado utilizando un cable especial llamado CB-USB8, uno de cuyos extremos tiene un contacto especial. Algunos fabricantes proporcionan cables propietarios, como Apple con el cable Lightning , que permiten que sus dispositivos se conecten físicamente a un puerto USB estándar. No se garantiza la funcionalidad completa de los puertos y cables propietarios con puertos USB estándar; por ejemplo, algunos dispositivos solo utilizan la conexión USB para cargar la batería y no implementan ninguna función de transferencia de datos. ^{[ 57 ]}

La tolerancia en V_BUS en un conector ascendente (o host) era originalmente de ±5% (es decir, podía estar en cualquier punto del rango de 4,75  V a 5,25  V). Con el lanzamiento de la especificación USB Tipo-C en 2014 y su  capacidad de alimentación de 3 A, la USB-IF optó por aumentar el límite de voltaje superior a 5,5  V para combatir la caída de voltaje a corrientes más altas. ^{[ 63 ]} La especificación USB 2.0 (y, por lo tanto, implícitamente también las especificaciones USB 3.x ) también se actualizó para reflejar este cambio en ese momento. ^{[ 64 ]} Varias extensiones de las especificaciones USB han aumentado progresivamente el voltaje V_BUS máximo permitido: comenzando con 6,0  V con USB BC 1.2, ^{[ 65 ]} a 21,5  V con USB PD 2.0 ^{[ 66 ]} y 50,9  V con USB PD 3.1, ^{[ 66 ]} manteniendo la compatibilidad con versiones anteriores de USB 2.0 al requerir varias formas de protocolo de enlace antes de aumentar el voltaje nominal por encima de 5  V.

USB PD continúa utilizando la tolerancia bilateral del 5 %, con voltajes permitidos de PDO ±5 % (por ejemplo, para un PDO de 9,0  V, los límites mínimo y máximo son 8,55  V y 9,45  V, respectivamente). Se permite un sobreimpulso (o subimpulso) que no exceda ±0,5  V durante un máximo de 275  ms al cambiar a un voltaje mayor (o menor). ^{[ 66 ]}

Existen varios voltajes mínimos permitidos definidos en diferentes ubicaciones dentro de una cadena de conectores, concentradores y cables entre un host ascendente (que proporciona la energía) y un dispositivo descendente (que consume la energía). Para permitir caídas de voltaje, el voltaje en el puerto del host, el puerto del concentrador y el dispositivo se especifican como al menos 4,75  V, 4,4  V y 4,35  V respectivamente por USB  2.0 para dispositivos de baja potencia, ^{[ a ]} ​​pero debe ser al menos 4,75  V en todas las ubicaciones para dispositivos de alta potencia ^{[ b ]} ( sin embargo, los dispositivos de alta potencia deben operar como un dispositivo de baja potencia para que puedan ser detectados y enumerados si se conectan a un puerto ascendente de baja potencia). Las especificaciones USB  3.x requieren que todos los dispositivos deben operar hasta 4,00 V en el puerto del dispositivo. 

A diferencia de USB 2.0 y USB 3.2, USB4 no define su propio modelo de alimentación basado en VBUS. La alimentación para el funcionamiento de USB4 se establece y gestiona según lo definido en la especificación USB Type-C y la especificación USB PD.

El límite de consumo de energía del dispositivo se establece en términos de una carga unitaria , que es de 100  mA para dispositivos USB 2.0 o de 150  mA para dispositivos SuperSpeed ​​(es decir, USB 3.x ) . Los dispositivos de baja potencia pueden consumir como máximo 1 carga unitaria, y todos los dispositivos deben funcionar como dispositivos de baja potencia antes de su configuración. Un dispositivo de alta potencia debe configurarse, tras lo cual puede consumir hasta 5 cargas unitarias (500  mA) o 6 cargas unitarias (900  mA) para dispositivos SuperSpeed, según se especifique en su configuración, ya que la potencia máxima no siempre está disponible desde el puerto ascendente. ^{[ 67 ] [ 68 ] [ 69 ] [ 70 ]}

Un concentrador alimentado por bus es un dispositivo de alta potencia que proporciona puertos de baja potencia. Consume una unidad de carga para sí mismo y una unidad de carga para cada uno de sus cuatro puertos como máximo. El concentrador también puede tener dispositivos no extraíbles en lugar de puertos; un ejemplo común es un teclado con dos puertos A de baja potencia, suficientes para dispositivos señaladores como ratones. (En términos USB, dicho teclado es un concentrador y un dispositivo periférico). Un concentrador autoalimentado es un dispositivo que proporciona puertos de alta potencia complementando la alimentación del host con su propia fuente de alimentación externa. Opcionalmente, el controlador del concentrador puede consumir energía para su funcionamiento como un dispositivo de baja potencia, pero todos los puertos de alta potencia deben alimentarse de la propia fuente de alimentación del concentrador.

Cuando los dispositivos (por ejemplo, unidades de disco de alta velocidad) requieren más energía de la que puede suministrar un dispositivo de alta potencia, ^{[ 71 ]} funcionan de forma errática, o directamente no funcionan, con la alimentación del bus de un solo puerto. USB prevé que estos dispositivos se autoalimenten. Sin embargo, dichos dispositivos pueden venir con un cable en forma de Y que tiene dos conectores USB (uno para alimentación y datos, y el otro solo para alimentación), de modo que se alimentan como si fueran dos dispositivos. ^{[ 72 ]} Este tipo de cable no es estándar, y la especificación establece que "el uso de un cable en 'Y' (un cable con dos conectores A) está prohibido en cualquier periférico USB", lo que significa que "si un periférico USB requiere más energía de la permitida por la especificación USB para la que está diseñado, entonces debe autoalimentarse". ^{[ 73 ]}

Desde USB 2.0 , USB estandarizó los mecanismos de protección contra sobrecorriente para hosts USB y dispositivos USB. ^{[ 74 ]}

La carga de baterías USB ( BC ) define un puerto de carga , que puede ser un puerto de carga descendente (CDP), con datos, o un puerto de carga dedicado (DCP), sin datos. Los puertos de carga dedicados se encuentran en adaptadores de corriente USB para alimentar y cargar dispositivos conectados y baterías externas. Los puertos de carga en un host que tenga ambos tipos estarán etiquetados. ^{[ 75 ]}

El dispositivo de carga identifica un puerto de carga mediante señalización sin datos en los terminales D+ y D−. Un puerto de carga dedicado presenta una resistencia que no supera los 200  Ω entre los terminales D+ y D−. ^{[ 75 ] : §1.4.7; tabla 5-3}

Según la especificación básica, cualquier dispositivo conectado a un puerto descendente estándar (SDP) debe ser inicialmente un dispositivo de baja potencia, y el modo de alta potencia dependerá de la configuración USB posterior del host. Sin embargo, los puertos de carga pueden suministrar inmediatamente entre 0,5 y 1,5  A de corriente. El puerto de carga no debe aplicar limitación de corriente por debajo de 0,5  A, ni debe apagarse por debajo de 1,5  A o antes de que el voltaje caiga a 2  V. ^{[ 75 ]}

Dado que estas corrientes son mayores que en el estándar original, la caída de voltaje adicional en el cable reduce los márgenes de ruido, lo que causa problemas con la señalización de alta velocidad. La especificación de carga de batería 1.1 especifica que los dispositivos de carga deben limitar dinámicamente el consumo de corriente de potencia del bus durante la señalización de alta velocidad; ^{[ 76 ]} 1.2 especifica que los dispositivos de carga y los puertos deben diseñarse para tolerar la mayor diferencia de voltaje de tierra en la señalización de alta velocidad.

La revisión 1.2 de la especificación se publicó en 2010. Introdujo varios cambios y aumentó los límites, incluyendo la autorización de 1,5  A en los puertos de carga descendentes para dispositivos no configurados, lo que permite la comunicación de alta velocidad con una corriente de hasta 1,5  A. Además, se eliminó la compatibilidad con la detección de puertos de carga mediante mecanismos resistivos. ^{[ 77 ]}

Antes de que se definiera la Especificación de Carga de Batería, no existía una forma estandarizada para que el dispositivo portátil consultara la cantidad de corriente disponible. Por ejemplo, los cargadores de iPod y iPhone de Apple indican la corriente disponible mediante voltajes en las líneas D− y D+ (a veces también llamados "Apple Brick ID"). Cuando D+ = D− = 2,0  V, el dispositivo puede consumir hasta 900  mA. Cuando D+ = 2,0  V y D− = 2,8  V, el dispositivo puede consumir hasta 1  A de corriente. ^{[ 78 ]} Cuando D+ = 2,8  V y D− = 2,0  V, el dispositivo puede consumir hasta 2  A de corriente. ^{[ 79 ]} La potencia máxima suministrada con este método fue de 12,48  W (5,2  V, 2,4  A), ^{[ 80 ]} con D+ = D− = 2,7  V. ^{[ 81 ]}

En julio de 2012, el USB Promoters Group anunció la finalización de la especificación USB Power Delivery ( USB-PD ) (USB PD rev. 1), una extensión que especifica el uso de cables USB certificados compatibles con PD con conectores USB estándar tipo A y tipo B para suministrar mayor potencia (más de los 7,5  W máximos permitidos por la especificación anterior de carga de baterías USB ) a dispositivos con mayores demandas de energía. (Los conectores USB-PD A y B tienen una marca mecánica, mientras que los conectores Micro tienen una resistencia o un condensador conectado al pin ID que indica la capacidad del cable). Los dispositivos USB-PD pueden solicitar corrientes y voltajes de suministro más altos de hosts compatibles: hasta 2  A a 5  V (para un consumo de energía de hasta 10  W) y, opcionalmente, hasta 3  A o 5  A a 12  V (36  W o 60  W) o 20  V (60  W o 100  W). ^{[ 86 ]} En todos los casos, se admiten configuraciones tanto de host a dispositivo como de dispositivo a host. ^{[ 87 ]}

El objetivo es permitir la carga uniforme de portátiles, tabletas, discos con alimentación USB y otros dispositivos electrónicos de consumo de alta potencia, como una extensión natural de los estándares de carga de telefonía móvil europeos y chinos existentes. Esto también puede afectar la forma en que se transmite y utiliza la energía eléctrica para dispositivos pequeños tanto en edificios residenciales como públicos. ^{[ 88 ] [ 82 ]} El estándar está diseñado para coexistir con la especificación anterior de carga de baterías USB . ^{[ 89 ]}

La primera especificación de Power Delivery (Rev. 1.0) definió seis perfiles de potencia fijos para las fuentes de alimentación. Los dispositivos compatibles con PD implementan un esquema de gestión de energía flexible mediante la interfaz con la fuente de alimentación a través de un canal de datos bidireccional y la solicitud de un cierto nivel de potencia eléctrica, variable hasta 5  A y 20  V según el perfil compatible. El protocolo de configuración de energía puede utilizar codificación BMC sobre el cable del canal de configuración (CC) si está presente, o un canal de transmisión codificado BFSK de 24  MHz en la línea V _BUS . ^{[ 82 ]}

La revisión  2.0 de la especificación USB Power Delivery (USB PD Rev. 2.0) se ha publicado como parte del  conjunto USB 3.1. ^{[ 83 ] [ 90 ] [ 91 ]} Cubre el cable y el conector USB-C con un canal de configuración separado, que ahora aloja un canal de datos codificado BMC de baja frecuencia acoplado a CC que reduce las posibilidades de interferencia de RF . ^{[ 92 ]} Los protocolos Power Delivery se han actualizado para facilitar las características USB-C, como la función de identificación del cable, la negociación del modo alternativo, el aumento de las corrientes V _BUS y los accesorios alimentados por V _CONN .

A partir de la revisión de especificaciones  2.0, versión  1.2, los seis perfiles de potencia fijos para fuentes de alimentación han quedado obsoletos. ^{[ 93 ]} Las reglas de potencia USB PD reemplazan los perfiles de potencia, definiendo cuatro niveles de voltaje normativos de 5, 9, 15 y 20  V. En lugar de seis perfiles fijos, las fuentes de alimentación pueden admitir cualquier potencia de salida máxima de 0,5  W a 100  W.

La revisión  3.0 de la especificación USB Power Delivery define un protocolo de fuente de alimentación programable (PPS) opcional que permite un control granular sobre la salida V _BUS , permitiendo un rango de voltaje de 3,3 a 21  V en  pasos de 20 mV y una corriente especificada en  pasos de 50 mA, para facilitar la carga de voltaje constante y corriente constante. La revisión 3.0 también agrega mensajes de configuración extendidos y un intercambio de roles rápido y desaconseja el protocolo BFSK. ^{[ 84 ] : Tabla  6.26 [ 94 ] [ 95 ]} PPS puede reducir la generación de calor tanto del cargador como del dispositivo.

El 8 de enero de 2018, USB-IF anunció el logotipo de Cargador rápido USB certificado para cargadores que utilizan el protocolo de fuente de alimentación programable (PPS) de la especificación USB Power Delivery 3.0. ^{[ 96 ]}

En mayo de 2021, el grupo promotor de USB PD lanzó la revisión 3.1 de la especificación. ^{[ 85 ]} La revisión 3.1 agrega el modo Extended Power Range (EPR) que permite voltajes más altos de 28, 36 y 48  V, proporcionando hasta 240  W de potencia (48  V a 5  A), y el protocolo "Adjustable Voltage Supply" (AVS) que permite especificar el voltaje de un rango de 15 a 48  V en  pasos de 100 mV. ^{[ 97 ] [ 98 ]} Los voltajes más altos requieren cables EPR marcados electrónicamente que admitan  el funcionamiento de 5 A e incorporen las mejoras mecánicas requeridas por la revisión 2.1 del estándar USB Type-C  ; los modos de potencia existentes se renombran retroactivamente como Standard Power Range (SPR). En octubre de 2021, Apple presentó un cargador USB PD GaN  de 140 W (28  V 5  A) con los nuevos MacBooks, ^{[ 99 ]} y en junio de 2023, Framework presentó un cargador USB PD GaN de 180 W (36 V 5 A) con Framework 16. ^{[ 100 ]} El protocolo AVS no es retrocompatible con el protocolo PPS. Un cargador que admite AVS puede no ser compatible con PPS.   

En octubre de 2023, el grupo promotor USB PD lanzó la revisión 3.2 de la especificación. El protocolo AVS ahora funciona con el antiguo rango de potencia estándar (SPR), hasta un mínimo de 9  V. ^{[ 101 ] : § 10.2.2}

Antes de la llegada de Power Delivery, los fabricantes de teléfonos móviles utilizaban protocolos personalizados para superar el  límite de 7,5 W de la especificación de carga de baterías USB (BCS). Por ejemplo, Quick Charge 2.0 de Qualcomm puede suministrar 18  W a un voltaje superior, y VOOC suministra 20  W a los 5  V habituales. ^{[ 102 ]} Algunas de estas tecnologías, como Quick Charge 4, volvieron a ser compatibles con USB PD. ^{[ 103 ]}

A partir de 2024Los controladores de carga USB PD convencionales admiten hasta 100  W a través de un solo puerto, algunos hasta 140  W ^{[ 104 ] [ 105 ]} y los fabricados a medida hasta 180  W. ^{[ 100 ]}

Sin embargo, los valores de potencia máximos apenas se utilizan en la práctica, especialmente para la carga de teléfonos móviles: el estándar utilizado o los cargadores USB-C usados ​​siguen siendo de 1,5 A a 5 V (= 7,5 W), que es lo mismo que para USB-A. Solo unos pocos cargadores (fuentes) y dispositivos cargados (teléfonos, clientes) pueden comunicarse realmente y ajustarse a las combinaciones de suministro/demanda, por lo que la carga a menudo sigue siendo lenta, en el estándar USB-A . Algunos sí cumplen para usar algunos PDO (objetos de suministro de energía) negociados, pero sus valores son estáticos. Y como puede haber como máximo solo siete PPS (fuentes de alimentación programables), solo unos pocos dispositivos pueden realmente aprovechar la efectividad de los APDO (objetos de datos de potencia aumentados, intervalos de valores, dinámicos por incrementos de 20/50 mV/mA), normalmente solo se ofrecen dos de estos dinámicos, dejando cinco opciones para algunos estáticos. Incluso si se evita el sobrecalentamiento, por ejemplo, con 4,1 V a 2,8 A (11,48 W), la carga generalmente no se acerca ni de lejos a los límites de potencia máximos de los dispositivos, que suelen ser de 27 W (9 V a 3 A). Esto se debe a que los voltajes que admiten los teléfonos suelen ser de 5 V o, afortunadamente, también de 9 V (3,3-11 V en APDO), y 3 A como máximo, a menudo solo 2,22 A, para voltajes superiores a 9 V, por lo que 20 W es incluso un límite superior inferior para la entrega de energía en la práctica, y aún así como un valor óptimo máximo.

Otra razón para las diferencias en la velocidad de carga, es decir, la potencia suministrada a los teléfonos móviles, radica en los distintos enfoques de los fabricantes: por ejemplo, Samsung prefiere la máxima velocidad de carga, aceptando potencia incluso fuera de las especificaciones USB-C/PPS, por lo que se pueden medir 5 A a 4,2 V (21 W). Por otro lado, Sony Xperia muestra el extremo opuesto, siguiendo estrictamente las especificaciones PPS, de modo que cuando el estado de carga está fuera de los límites oficiales, rápidamente pasa a la carga básica de 1,5 A (7 W), la "carga lenta clásica", protegiendo así el teléfono del sobrecalentamiento y prolongando la vida útil de su batería.

Para obtener potencias superiores a 27 W/33 W, se requiere una corriente mayor (5 A) y un voltaje mayor (20 V), lo que establece un límite superior de 100 W (o 60 W a 3 A). Sin embargo, esta alta potencia no suele ser posible en teléfonos móviles, y para corrientes superiores a 3 A generalmente se necesitan protocolos y cables especiales (con componentes electrónicos dentro de los conectores), como por ejemplo, el estándar E-marker .

Los puertos USB con función de carga en modo de suspensión permiten cargar dispositivos electrónicos incluso cuando el ordenador que los aloja está apagado. Normalmente, cuando un ordenador se apaga, los puertos USB se desactivan. Esta función también se ha implementado en algunas estaciones de acoplamiento para portátiles, permitiendo la carga de dispositivos incluso cuando no hay ningún portátil conectado. ^{[ 106 ]} En los portátiles, cargar dispositivos desde el puerto USB cuando no está conectado a la corriente consume la batería; la mayoría de los portátiles tienen una función para detener la carga si el nivel de carga de su propia batería es demasiado bajo. ^{[ 107 ]}

En los portátiles Dell, HP y Toshiba, los puertos USB de carga y suspensión están marcados con el símbolo USB estándar con un rayo o un icono de batería añadido en el lado derecho. ^{[ 108 ]} Dell llama a esta función PowerShare , ^{[ 109 ]} y debe habilitarse en la BIOS. Toshiba la llama USB Sleep-and-Charge . ^{[ 110 ]} En los portátiles Acer Inc. y Packard Bell , los puertos USB de carga y suspensión están marcados con un símbolo no estándar (las letras USB sobre un dibujo de una batería); la función se llama USB de apagado . ^{[ 111 ]} Lenovo llama a esta función USB Always On . ^{[ 112 ]}

Diversos estándares (distintos de USB) permiten cargar dispositivos a mayor velocidad que el estándar de carga de baterías USB . Cuando un dispositivo no reconoce el estándar de carga rápida, generalmente tanto el dispositivo como el cargador recurren al estándar de carga de baterías USB de 5  V a 1,5  A (7,5  W). Cuando un dispositivo detecta que está conectado a un cargador con un estándar de carga rápida compatible, consume más corriente o le indica al cargador que aumente el voltaje, o ambas cosas, para incrementar la potencia (los detalles varían según el estándar). ^{[ 128 ]}

Dichas normas incluyen: ^{[ 128 ] [ 129 ]}

• Carga de Apple "Brick ID" de 2  A y 2,4  A (descrita anteriormente, no utiliza negociación BC)
• Carga rápida de Google
• Huawei SuperCharge
• MediaTek Pump Express
• Motorola TurboPower
• La tecnología Oppo Super VOOC Flash Charge también se conoce como Dash Charge o Warp Charge en dispositivos OnePlus y Dart Charge en dispositivos Realme.
• Carga rápida Qualcomm (QC)
• Carga rápida adaptativa de Samsung

Algunos dispositivos USB requieren más energía de la que permiten las especificaciones para un solo puerto. Esto es común en discos duros externos y unidades ópticas , y generalmente en dispositivos con motores o lámparas . Dichos dispositivos pueden usar una fuente de alimentación externa , lo cual está permitido por el estándar, o un cable USB de doble entrada, una de las cuales se usa para alimentación y transferencia de datos, y la otra solo para alimentación, lo que convierte al dispositivo en un dispositivo USB no estándar. En la práctica, algunos puertos USB y concentradores externos pueden suministrar más energía a los dispositivos USB de la que requiere la especificación, pero un dispositivo que cumpla con el estándar no necesariamente depende de esto.

Además de limitar la potencia media total utilizada por el dispositivo, la especificación USB limita la corriente de irrupción (es decir, la corriente utilizada para cargar los condensadores de desacoplamiento y filtrado ) cuando el dispositivo se conecta por primera vez. De lo contrario, conectar un dispositivo podría causar problemas con la alimentación interna del host. Los dispositivos USB también deben entrar automáticamente en modo de suspensión de ultrabajo consumo cuando el host USB se suspende. Sin embargo, muchas interfaces de host USB no cortan el suministro de energía a los dispositivos USB cuando se suspenden. ^{[ 130 ]}

Algunos dispositivos no estándar utilizan la  fuente de alimentación USB de 5 V sin participar en una red USB adecuada, que negocia el consumo de energía con la interfaz del host; estos dispositivos suelen infringir los estándares al consumir más energía de la permitida sin negociación. Algunos ejemplos son las luces de teclado alimentadas por USB, los ventiladores, los enfriadores y calentadores de tazas, los cargadores de baterías, las aspiradoras en miniatura e incluso las lámparas de lava en miniatura . En la mayoría de los casos, estos elementos no contienen circuitos digitales y, por lo tanto, no son dispositivos USB que cumplan con el estándar. Esto puede causar problemas en algunos ordenadores, como un consumo excesivo de corriente y daños en los circuitos. Antes de la especificación de carga de baterías USB, la especificación USB requería que los dispositivos se conectaran en modo de baja potencia (  máximo 100 mA) y comunicaran sus requisitos de corriente al host, lo que permitía que el dispositivo cambiara al modo de alta potencia.

Algunos dispositivos anteriores a USB Power Delivery, cuando se conectan a puertos de carga, consumen incluso más energía (10  vatios) de la que permite la especificación de carga de la batería, utilizando métodos propietarios pero sin violar los estándares USB, manteniendo una compatibilidad total; el iPad es uno de esos dispositivos; ^{[ 131 ]} negocia el consumo de corriente con los voltajes de los pines de datos. ^{[ 78 ]} Los dispositivos Barnes & Noble Nook Color también requieren un cargador especial que puede proporcionar 1,9  A.

PoweredUSB es una extensión propietaria, anterior a la tecnología USB Power Delivery, que añade cuatro pines que suministran hasta 6  A a 5  V, 12  V o 24  V. Se utiliza habitualmente en sistemas de punto de venta para alimentar periféricos como lectores de códigos de barras , terminales de tarjetas de crédito e impresoras.