USB

Cada conexión USB se realiza mediante dos conectores: un receptáculo y un enchufe . Las imágenes muestran solo los receptáculos:

El bus serie universal se desarrolló para simplificar y mejorar la interfaz entre las computadoras personales y los dispositivos periféricos, como teléfonos celulares, accesorios de computadora y monitores, en comparación con las interfaces propietarias estándar o ad hoc existentes anteriormente. ^{[ 19 ]}

Desde la perspectiva del usuario de la computadora, la interfaz USB mejora la facilidad de uso de varias maneras:

• La interfaz USB es autoconfigurable, lo que elimina la necesidad de que el usuario ajuste la configuración del dispositivo para la velocidad o el formato de datos, o configure interrupciones , direcciones de entrada/salida o canales de acceso directo a la memoria. ^{[ 20 ]}
• Los conectores USB están estandarizados en el dispositivo anfitrión, por lo que cualquier periférico puede utilizar la mayoría de los receptáculos disponibles.
• USB aprovecha al máximo la potencia de procesamiento adicional que se puede incorporar de forma económica a los dispositivos periféricos para que se autogestionen. Por ello, los dispositivos USB a menudo no disponen de ajustes de interfaz configurables por el usuario.
• La interfaz USB permite la conexión en caliente (los dispositivos se pueden intercambiar sin apagar el ordenador principal).
• Los dispositivos pequeños pueden alimentarse directamente desde la interfaz USB, eliminando la necesidad de cables de alimentación adicionales.
• Dado que el uso del logotipo USB solo está permitido después de realizar pruebas de conformidad , el usuario puede tener la seguridad de que un dispositivo USB funcionará como se espera sin necesidad de interactuar extensamente con los ajustes y la configuración.
• La interfaz USB define protocolos para la recuperación de errores comunes, mejorando la fiabilidad con respecto a las interfaces anteriores. ^{[ 19 ]}
• La instalación de un dispositivo compatible con el estándar USB requiere una mínima intervención del usuario. Cuando un usuario conecta un dispositivo a un puerto de un ordenador en funcionamiento, este se configura automáticamente mediante los controladores existentes o bien el sistema le solicita al usuario que busque un controlador, el cual instala y configura automáticamente.

El estándar USB también ofrece múltiples ventajas para los fabricantes de hardware y los desarrolladores de software, concretamente en lo que respecta a la relativa facilidad de implementación:

• El estándar USB elimina la necesidad de desarrollar interfaces propietarias para nuevos periféricos.
• La amplia gama de velocidades de transferencia que ofrece una interfaz USB se adapta a dispositivos que van desde teclados y ratones hasta interfaces de transmisión de vídeo.
• Una interfaz USB puede diseñarse para proporcionar la menor latencia posible para funciones críticas en cuanto al tiempo, o puede configurarse para realizar transferencias de grandes cantidades de datos en segundo plano con un impacto mínimo en los recursos del sistema.
• La interfaz USB es generalizada y no tiene líneas de señal dedicadas a una sola función de un solo dispositivo. ^{[ 19 ]}

Al igual que todos los estándares, USB presenta múltiples limitaciones en su diseño:

• Los cables USB tienen una longitud limitada, ya que el estándar se diseñó para periféricos ubicados en la misma mesa, no para conectarse entre habitaciones o edificios. Sin embargo, un puerto USB puede conectarse a una puerta de enlace que permite el acceso a dispositivos remotos.
• Las velocidades de transferencia de datos USB son más lentas que las de otras interconexiones (por ejemplo, Ethernet) lanzadas en el mismo período de tiempo.
• USB tiene una topología de red de árbol estricta y un protocolo maestro/esclavo para direccionar dispositivos periféricos; los dispositivos esclavos no pueden interactuar entre sí excepto a través del host, y dos hosts no pueden comunicarse directamente a través de sus puertos USB. Es posible extender esta limitación mediante USB On-The-Go , Dual-Role-Devices ^{[ 21 ]} y el protocolo bridge .
• Un host no puede transmitir señales a todos los periféricos a la vez; cada uno debe ser direccionado individualmente.
• Si bien existen convertidores entre ciertas interfaces antiguas y USB, es posible que no ofrezcan una implementación completa del hardware antiguo. Por ejemplo, un convertidor de USB a puerto paralelo podría funcionar bien con una impresora, pero no con un escáner que requiere el uso bidireccional de los pines de datos.

Para un desarrollador de productos, el uso de USB requiere la implementación de un protocolo complejo e implica un controlador "inteligente" en el dispositivo periférico. Los desarrolladores de dispositivos USB destinados a la venta al público generalmente deben obtener una identificación USB, lo que requiere el pago de una cuota al USB Implementers Forum (USB-IF). Los desarrolladores de productos que utilizan la especificación USB deben firmar un acuerdo con el USB-IF. El uso de los logotipos USB en el producto requiere cuotas anuales y la membresía en la organización. ^{[ 19 ]}

Lanzado en enero de 1996, USB  1.0 especificaba velocidades de señalización de 1,5  Mbit/s ( bajo ancho de banda o baja velocidad ) y 12  Mbit/s ( velocidad completa ). ^{[ 33 ]} No permitía cables de extensión, debido a limitaciones de tiempo y potencia. Pocos dispositivos USB llegaron al mercado hasta que  se lanzó USB 1.1 en agosto de 1998. USB  1.1 fue la primera revisión que se adoptó ampliamente y dio lugar a lo que Microsoft denominó el " PC sin legado ". ^{[ 34 ] [ 35 ] [ 36 ]}

Ni USB 1.0 ni 1.1 especificaban un diseño para ningún conector más pequeño que el estándar tipo A o tipo B. Si bien aparecieron muchos diseños de conectores tipo B miniaturizados en numerosos periféricos, la conformidad con el estándar USB 1.x  se vio dificultada al tratar los periféricos con conectores miniatura como si tuvieran una conexión fija (es decir, sin enchufe ni receptáculo en el extremo del periférico). No se conocía ningún conector miniatura tipo A hasta que USB 2.0 (revisión 1.01) introdujo uno. 

USB  2.0 se lanzó en abril de 2000, añadiendo una velocidad de señalización máxima superior de 480  Mbit/s (rendimiento de datos teórico máximo de 53  MByte/s ^{[ 37 ]} ), denominada Alta Velocidad o Alto Ancho de Banda , además de la velocidad de señalización USB  1.x Full Speed ​​de 12 Mbit /s (rendimiento de datos teórico máximo de 1,2 MByte/s). ^{[ 38 ]}  

Entre las diversas mejoras de USB 2.0 se incluyen:

• La suspensión selectiva USB se introdujo desde USB 2.0. ^{[ 39 ]}
• Se introdujo la protección contra sobrecorriente USB . ^{[ 40 ]}

Se han realizado modificaciones a la especificación USB mediante avisos de cambio de ingeniería (ECN). Los ECN más importantes se incluyen en el  paquete de especificación USB 2.0 disponible en USB.org: ^{[ 41 ]}

• Conector Mini-A y Mini-B
• Especificación de cables y conectores micro-USB 1.01
• Suplemento USB de InterChip
• Suplemento On-The-Go 1.3 USB On-The-Go permite que dos dispositivos USB se comuniquen entre sí sin necesidad de un host USB independiente.
• Especificación de carga de batería 1.1 Se agregó compatibilidad con cargadores dedicados y comportamiento de cargadores host para dispositivos con baterías agotadas.
• Especificación de carga de batería 1.2 : ^{[ 42 ]} con una corriente aumentada de 1,5  A en los puertos de carga para dispositivos no configurados, lo que permite una comunicación de alta velocidad con una corriente de hasta 1,5  A.
• Enlace al Anexo de administración de energía ECN , que agrega un estado de energía de suspensión .

La especificación USB  3.0 se publicó el 12 de noviembre de 2008, y su gestión pasó del USB  3.0 Promoter Group al USB Implementers Forum (USB-IF), anunciándose el 17 de noviembre de 2008 en la SuperSpeed ​​USB Developers Conference. ^{[ 43 ]}

USB  3.0 incorpora una nueva arquitectura y protocolo denominado SuperSpeed , con conectores, receptáculos y cables compatibles con versiones anteriores . Los conectores y receptáculos SuperSpeed ​​se identifican con un logotipo distintivo e inserciones azules en los receptáculos de formato estándar.

La arquitectura SuperSpeed ​​proporciona un modo de operación a una velocidad de 5,0  Gbit/s, además de los tres modos de operación existentes. Su eficiencia depende de varios factores, incluyendo la codificación de símbolos físicos y la sobrecarga a nivel de enlace. A una  velocidad de señalización de 5 Gbit/s con codificación 8b/10b , cada byte necesita 10 bits para transmitirse, por lo que el rendimiento bruto es de 500  MB/s. Cuando se consideran el control de flujo, el encuadre de paquetes y la sobrecarga del protocolo, es realista que aproximadamente dos tercios del rendimiento bruto, o 330  MB/s, se transmitan a una aplicación. ^{[ 44 ] : 4–19} La arquitectura de SuperSpeed ​​es dúplex completo ; todas las implementaciones anteriores, USB 1.0-2.0, son semidúplex, arbitradas por el host. ^{[ 45 ]}

Los dispositivos de baja y alta potencia siguen funcionando con este estándar, pero los dispositivos que implementan SuperSpeed ​​pueden proporcionar una corriente aumentada de entre 150  mA y 900  mA, en pasos discretos de 150  mA. ^{[ 44 ] : 9–9}

USB 3.0 también introdujo el protocolo USB Attached SCSI (UASP) , que generalmente proporciona velocidades de transferencia más rápidas que el protocolo BOT (Bulk-Only-Transfer).

Especificación USB 3.1 , ^{[ 5 ]} publicada en julio de 2013. En primer lugar, conserva la arquitectura y el protocolo SuperSpeed  ​​de USB 3.0 y su modo de operación se denomina ahora USB 3.1 Gen 1 (anteriormente llamado USB 3.0 , y con la especificación USB 3.2 finalmente denominado USB 3.2 Gen 1x1 , y más tarde comercializado como USB 5Gbps en 2023) ^{[ 46 ] [ 47 ] [ 48 ]} En segundo lugar, introduce una arquitectura y un protocolo SuperSpeedPlus distintivamente nuevos con un segundo modo de operación denominado USB 3.1 Gen 2 . Esto duplica la velocidad máxima de señalización a 10 Gbit/s (posteriormente denominada USB 3.2 Gen 2x1 , comercializada desde 2023 como USB 10 Gbps ), al tiempo que reduce la sobrecarga de codificación de línea a solo un 3 % al cambiar el esquema a 128b/132b, mientras que el control de flujo, el encuadre de paquetes y la sobrecarga del protocolo siguen teniendo un impacto significativo en las velocidades de datos del mundo real. ^{[ 46 ] [ 49 ]}        

La especificación USB 3.2 , publicada en septiembre de 2017, ^{[ 17 ]} conserva las arquitecturas y protocolos SuperSpeed ​​y SuperSpeedPlus existentes y sus respectivos modos de operación, pero introduce dos modos de operación SuperSpeedPlus adicionales ( USB  3.2 Gen  1×2 y USB  3.2 Gen  2×2 ) con velocidades de señalización totales de 10 y 20  Gbit/s (velocidades de datos sin procesar de 1212 y 2424  MB/s), respectivamente. El mayor ancho de banda es el resultado de la operación de dos carriles a través de los cables adicionales incluidos en todos los tejidos USB-C con todas las funciones (todos los dispositivos, concentradores, cables y host involucrados). ^{[ 50 ]}

La especificación USB4 (versión 1.0) se publicó el 29 de agosto de 2019. Se basa en el protocolo Thunderbolt 3 , define velocidades de señalización de 20 y 40 Gbit/s a través de USB-C y permite la tunelización de los protocolos USB 3.2 , USB 2.0 , PCIe y DisplayPort ; la compatibilidad con Thunderbolt 3 es opcional para hosts/dispositivos USB4. ^{[ 55 ]}

USB4 versión 2.0 (anunciada el 1 de septiembre de 2022) incorpora una nueva capa física y velocidades de señalización superiores: hasta 80 Gbit/s bidireccionales y un modo asimétrico compatible con 120/40 Gbit/s (host→dispositivo / dispositivo→host) para aplicaciones con uso intensivo de vídeo. Esto se logra mediante la señalización PAM3 y, en muchos casos, con cables USB-C pasivos de 40 Gbit/s ya existentes; además, se define una nueva categoría de cable activo de 80 Gbit/s. La versión 2.0 actualiza el túnel para alinearse con DisplayPort 2.1 y PCIe 4.0 , y mantiene la compatibilidad con versiones anteriores de USB4 1.0, USB 3.2/2.0 y Thunderbolt 3. ^{[ 56 ] [ 57 ]} Desde 2023, la USB-IF recomienda nombres de productos para el consumidor que reflejen velocidades de señalización (por ejemplo, USB 40 Gbps , USB 80 Gbps ), reemplazando “USB4 v1/v2” en las listas de marketing y certificación. ^{[ 58 ]}

Plan de denominación de marketing de septiembre de 2022

Debido a la confusión generada por los esquemas de nomenclatura anteriores, USB-IF decidió cambiarlos nuevamente. A partir del 2 de septiembre de 2022, los nombres comerciales siguen la sintaxis "USB x Gbps", donde x es la velocidad de señalización en Gbit/s. ^{[ 59 ]} En la tabla adjunta se puede consultar un resumen de los nombres y logotipos actualizados.

Los modos de funcionamiento USB  3.2  Gen  2×2 y USB4  Gen  2×2, o bien USB  3.2  Gen  2×1 y USB4 Gen 2×1, no son intercambiables ni compatibles; todos los controladores participantes deben funcionar con el mismo modo.

La clase de dispositivo de almacenamiento masivo USB (MSC o UMS) estandariza las conexiones a dispositivos de almacenamiento. Inicialmente concebida para unidades magnéticas y ópticas, se ha extendido para admitir unidades flash y lectores de tarjetas SD . La capacidad de arrancar desde una tarjeta SD protegida contra escritura mediante un adaptador USB resulta especialmente ventajosa para mantener la integridad y el estado impecable del medio de arranque.

Aunque la mayoría de los ordenadores personales desde principios de 2005 pueden arrancar desde dispositivos de almacenamiento masivo USB, este no está diseñado como bus principal para el almacenamiento interno de un ordenador. Sin embargo, USB tiene la ventaja de permitir la conexión en caliente , lo que lo hace útil para periféricos portátiles, incluyendo unidades de almacenamiento de diversos tipos.

Varios fabricantes ofrecen discos duros externos portátiles USB o carcasas vacías para discos duros. Estos ofrecen un rendimiento comparable al de los discos internos, limitado por la cantidad y el tipo de dispositivos USB conectados, así como por el límite superior de la interfaz USB. Otros estándares de conectividad para discos externos incluyen eSATA , ExpressCard , FireWire (IEEE 1394) y, más recientemente, Thunderbolt .

Otro uso de los dispositivos de almacenamiento masivo USB es la ejecución portátil de aplicaciones de software (como navegadores web y clientes VoIP) sin necesidad de instalarlas en el ordenador anfitrión. ^{[ 67 ] [ 68 ]}

El Protocolo de Transferencia de Medios (MTP) fue diseñado por Microsoft para brindar un acceso de nivel superior al del almacenamiento masivo USB, a nivel de archivos en lugar de bloques de disco. También cuenta con funciones DRM opcionales . MTP fue diseñado para su uso con reproductores multimedia portátiles , pero desde entonces ha sido adoptado como el protocolo principal de acceso al almacenamiento del sistema operativo Android a partir de la versión 4.1 Jelly Bean, así como de Windows Phone 8 (los dispositivos Windows Phone 7 habían utilizado el protocolo Zune, una evolución de MTP). La razón principal es que MTP no requiere acceso exclusivo al dispositivo de almacenamiento como lo hace UMS, lo que evita posibles problemas si un programa de Android solicita el almacenamiento mientras está conectado a una computadora. La principal desventaja es que MTP no cuenta con un soporte tan amplio fuera de los sistemas operativos Windows.

Un ratón o teclado USB generalmente se puede usar con ordenadores antiguos que tienen puertos PS/2 con la ayuda de un pequeño adaptador USB a PS/2. Para ratones y teclados con soporte de doble protocolo, se puede usar un adaptador pasivo que no contiene circuitos lógicos : el hardware USB del teclado o ratón está diseñado para detectar si está conectado a un puerto USB o PS/2 y comunicarse usando el protocolo apropiado. ^{[ 69 ]} También existen convertidores activos que conectan teclados y ratones USB (generalmente uno de cada) a puertos PS/2. ^{[ 70 ]}

La actualización del firmware del dispositivo (DFU) es un mecanismo genérico para actualizar el firmware de los dispositivos USB con versiones mejoradas proporcionadas por sus fabricantes, ofreciendo (por ejemplo) una forma de implementar correcciones de errores de firmware. Durante la actualización del firmware, los dispositivos USB cambian su modo de funcionamiento, convirtiéndose efectivamente en un programador de PROM . Cualquier clase de dispositivo USB puede implementar esta capacidad siguiendo las especificaciones oficiales de DFU. Esto permite utilizar herramientas de host compatibles con DFU para actualizar el dispositivo. ^{[ 66 ] [ 71 ] [ 72 ]}

DFU se utiliza a veces como protocolo de programación de memoria flash en microcontroladores con funcionalidad de cargador de arranque USB integrada. ^{[ 73 ]}

Ejemplos de dispositivos que pueden usar DFU incluyen iPod y iPhone . ^{[ 74 ]}

El Grupo de Trabajo de Dispositivos USB ha establecido especificaciones para la transmisión de audio, y se han desarrollado e implementado estándares específicos para usos de clase de audio, como micrófonos, altavoces, auriculares, teléfonos, instrumentos musicales, etc. El grupo de trabajo ha publicado cuatro versiones de especificaciones de dispositivos de audio: ^{[ 75 ] [ 76 ] [ 77 ]} USB Audio  1.0, 2.0, 3.0 y 4.0, denominadas "Clase de Audio USB" (UAC) ^{[ 78 ]} o "Clase de Dispositivo de Audio" (ADC). ^{[ 79 ]}

UAC 3.0 introduce principalmente mejoras para dispositivos portátiles, como la reducción del consumo de energía mediante la ráfaga de datos y el mantenimiento más frecuente del modo de bajo consumo, y dominios de energía para diferentes componentes del dispositivo, lo que permite apagarlos cuando no se utilizan. ^{[ 80 ]}

UAC 2.0 introdujo soporte para USB de alta velocidad (además de Full Speed), lo que permite un mayor ancho de banda para interfaces multicanal, mayores frecuencias de muestreo, ^{[ 81 ]} menor latencia inherente, ^{[ 82 ] [ 78 ]} y una mejora de 8× en la resolución de temporización en modos síncrono y adaptativo. ^{[ 78 ]} UAC2 también introdujo el concepto de dominios de reloj, que proporciona información al host sobre qué terminales de entrada y salida derivan sus relojes de la misma fuente, así como un soporte mejorado para codificaciones de audio como DSD , efectos de audio, agrupamiento de canales, controles de usuario y descripciones de dispositivos. ^{[ 78 ] [ 83 ]}

Los dispositivos UAC 1.0 siguen siendo comunes, debido a su compatibilidad multiplataforma sin controladores, ^{[ 81 ]} y también en parte debido a que Microsoft no implementó UAC 2.0 durante más de una década después de su publicación, habiendo finalmente agregado soporte a Windows 10 a través de Creators Update el 20 de marzo de 2017. ^{[ 84 ] [ 85 ] [ 83 ]} UAC 2.0 también es compatible con macOS , iOS y Linux , ^{[ 78 ]} sin embargo, Android solo implementa un subconjunto de la especificación UAC 1.0. ^{[ 86 ]}

USB proporciona tres tipos de sincronización isócrona (de ancho de banda fijo), ^{[ 87 ]} todos los cuales son utilizados por dispositivos de audio: ^{[ 88 ]}

• Asíncrono  : el convertidor analógico-digital (ADC) o el convertidor digital-analógico (DAC) no están sincronizados con el reloj del ordenador anfitrión, sino que funcionan con un reloj independiente local al dispositivo.
• Síncrono  : el reloj del dispositivo se sincroniza con las señales de inicio de trama (SOF) o intervalo de bus USB. Por ejemplo, esto puede requerir sincronizar un  reloj de 11,2896 MHz con una  señal SOF de 1 kHz, lo que implica una gran multiplicación de frecuencia. ^{[ 89 ] [ 90 ]}
• Adaptativo  : el reloj del dispositivo se sincroniza con la cantidad de datos enviados por trama por el host ^{[ 91 ].}

Si bien la especificación USB originalmente describía el modo asíncrono para ser usado en "altavoces de bajo costo" y el modo adaptativo en "altavoces digitales de gama alta", ^{[ 92 ]} existe la percepción opuesta en el mundo de la alta fidelidad , donde el modo asíncrono se anuncia como una característica, y los modos adaptativo/síncrono tienen mala reputación. ^{[ 93 ] [ 94 ] [ 86 ]} En realidad, todos los tipos pueden ser de alta o baja calidad, dependiendo de la calidad de su ingeniería y la aplicación. ^{[ 90 ] [ 78 ] [ 95 ]} El modo asíncrono tiene el beneficio de no estar vinculado al reloj de la computadora, pero la desventaja de requerir conversión de frecuencia de muestreo cuando se combinan múltiples fuentes.

Dos ordenadores ( hosts ) se pueden conectar fácilmente mediante un cable USB-C, pero antes de la llegada del USB-C, no era posible conectarlos entre sí con cables USB convencionales. En el mercado existen cables puente USB, o cables de transferencia de datos, que permiten la conexión directa entre ordenadores. Un cable puente es, en realidad, un dispositivo electrónico que se presenta como un periférico USB para cada uno de los hosts conectados , permitiendo la comunicación punto a punto entre ellos. Estos cables puente USB se utilizan para transferir archivos entre dos ordenadores a través de sus puertos USB.

La utilidad de Microsoft , popularizada por Windows Easy Transfer , utilizaba un cable puente USB especial para transferir archivos y configuraciones personales de un ordenador con una versión anterior de Windows a uno con una versión más reciente. En el contexto del uso del software Windows Easy Transfer , a veces se hace referencia al cable puente como cable Easy Transfer .

Muchos cables puente/de transferencia de datos USB siguen siendo USB 2.0, pero también existen varios cables de transferencia USB 3.0. A pesar de que USB 3.0 es diez veces más rápido que USB 2.0, los cables de transferencia USB 3.0 solo son dos o tres veces más rápidos debido a su diseño.

La especificación USB 3.0 introdujo un cable cruzado tipo A a tipo A sin alimentación para conectar dos PC. Estos cables no están diseñados para la transferencia de datos, sino para usos de diagnóstico.

Esta sección describe el modelo de distribución de energía USB que existía antes de la llegada de USB Power Delivery (USB-PD). En dispositivos que no utilizan BC ni PD, USB proporciona hasta 4,5  W a través de los conectores tipo A y tipo B, y hasta 15  W a través de USB-C. Toda la alimentación USB anterior a PD se suministra a 5  V.

Para un host que suministra energía a los dispositivos, USB utiliza el concepto de carga unitaria . Cada dispositivo puede consumir una unidad de energía, y puede solicitar más energía en pasos discretos. No es obligatorio que el host suministre la energía solicitada, y un dispositivo no puede consumir más energía de la acordada.

Los dispositivos de bajo consumo no pueden consumir más de una unidad. Todos los dispositivos deben funcionar como dispositivos de bajo consumo cuando no están configurados. Para dispositivos USB hasta USB  2.0, la carga unitaria es de 100  mA (o 500  mW), mientras que USB  3.0 define una carga unitaria de 150  mA (750  mW). USB-C con todas las funciones admite dispositivos de bajo consumo con una carga unitaria de 250  mA (o 1250  mW).

Los dispositivos de alta potencia , como los discos duros típicos de 2,5 pulgadas, pueden consumir más de una unidad. USB hasta 2.0 permite que un host o concentrador proporcione hasta 2,5  W a cada dispositivo, en cinco pasos discretos de 100  mA, y los dispositivos SuperSpeed ​​(USB 3.x) permiten que un host o concentrador proporcione hasta 4,5  W en seis pasos de 150  mA. USB-C permite el funcionamiento de doble carril de USB 3.x con una carga de unidad mayor (250  mA; hasta 7,5  W). ^{[ 103 ]} USB-C también permite la corriente de tipo C como reemplazo de USB BC, señalando la disponibilidad de energía de forma sencilla, sin necesidad de ninguna conexión de datos. ^{[ 104 ]}

Para reconocer el modo de carga de la batería, un puerto de carga dedicado aplica una resistencia que no supera los 200  Ω entre los terminales D+ y D−. Los canales de datos en cortocircuito o casi en cortocircuito con  una resistencia inferior a 200 Ω entre los terminales D+ y D− indican un puerto de carga dedicado (DCP) con velocidades de carga indefinidas. ^{[ 105 ] [ 106 ]}

Además del USB estándar, existe un sistema propietario de alta potencia conocido como PoweredUSB , desarrollado en la década de 1990 y utilizado principalmente en terminales de punto de venta, como las cajas registradoras.

El Foro de Implementadores de USB presentó el estándar de comunicación inalámbrica USB agnóstico de medios (MA-USB) v.1.0 basado en el protocolo USB el 29 de julio de 2015. USB inalámbrico es una tecnología que reemplaza los cables y utiliza tecnología inalámbrica de banda ultraancha para velocidades de datos de hasta 480 Mbit/s. ^{[ 111 ]} 

La especificación USB-IF utilizó la especificación WiGig Serial Extension v1.2 como base inicial para la especificación MA-USB y cumple con SuperSpeed ​​USB (3.0 y 3.1) y Hi-Speed ​​USB (USB 2.0). Los dispositivos que utilicen MA-USB se comercializarán con la marca "Powered by MA-USB", siempre que el producto cumpla con los requisitos de su programa de certificación. ^{[ 112 ]}

InterChip USB es una variante de chip a chip que elimina los transceptores convencionales que se encuentran en USB normal. La capa física HSIC utiliza aproximadamente un 50 % menos de energía y un 75 % menos de área de placa en comparación con USB  2.0. ^{[ 113 ]} Es un estándar alternativo a SPI e I2C .

USB-C (oficialmente USB Tipo-C ) es un estándar que define un nuevo conector y varias funciones de conexión novedosas. Entre ellas, admite el Modo Alternativo , que permite transmitir otros protocolos a través del conector y cable USB-C. Esto se utiliza comúnmente para admitir los protocolos DisplayPort o HDMI , lo que permite conectar una pantalla, como un monitor de ordenador o un televisor , mediante USB-C.

Todos los demás conectores no son capaces de operar en dos carriles (Gen 1×2 y Gen 2×2) en USB 3.2, pero pueden usarse para operar en un carril (Gen  1×1 y Gen  2×1). ^{[ 114 ]}

DisplayLink es una tecnología que permite conectar varias pantallas a un ordenador mediante USB. Se introdujo alrededor de 2006 y, antes de la llegada del Modo Alternativo a través de USB-C, era la única forma de conectar pantallas mediante USB. Se trata de una tecnología propietaria, no estandarizada por el USB Implementers Forum, y normalmente requiere un controlador de dispositivo independiente en el ordenador.

Inicialmente, USB se consideró un complemento de la tecnología FireWire ( IEEE 1394 ), diseñada como un bus serie de alto ancho de banda para interconectar eficientemente periféricos como unidades de disco, interfaces de audio y equipos de vídeo. En su diseño original, USB operaba a una velocidad de datos mucho menor y utilizaba hardware menos sofisticado. Era adecuado para periféricos pequeños como teclados y dispositivos señaladores.

Las diferencias técnicas más significativas entre FireWire y USB incluyen:

• Las redes USB utilizan una topología de estrella jerárquica , mientras que  las redes IEEE 1394 utilizan una topología de árbol .
• USB  1.0, 1.1 y 2.0 utilizan un protocolo de comunicación bidireccional, lo que significa que cada periférico se comunica con el host cuando este lo solicita específicamente. USB  3.0 permite la comunicación iniciada por el dispositivo hacia el host. Un dispositivo FireWire puede comunicarse con cualquier otro nodo en cualquier momento, sujeto a las condiciones de la red.
• Una red USB depende de un único host en la raíz del árbol para controlar la red. Todas las comunicaciones se realizan entre el host y un periférico. En una red FireWire, cualquier nodo compatible puede controlar la red.
• USB funciona con una línea de alimentación de 5 V , mientras que FireWire suministra 12 V y, teóricamente, puede suministrar hasta 30 V.   
• Los puertos USB estándar pueden proporcionar una corriente típica de 500  mA/2,5 W, mientras que los puertos que no son de tipo hub solo proporcionan 100 mA. USB 3.0 y USB On-The-Go suministran 1,8 A/9,0 W (para carga de batería dedicada, 1,5 A/7,5 W de ancho de banda completo o 900 mA/4,5 W de alto ancho de banda), mientras que FireWire puede suministrar en teoría hasta 60 vatios de potencia, aunque lo más habitual son entre 10 y 20 vatios.           

Estas y otras diferencias reflejan los distintos objetivos de diseño de los dos buses: USB fue diseñado para la simplicidad y el bajo costo, mientras que FireWire fue diseñado para el alto rendimiento, particularmente en aplicaciones sensibles al tiempo como audio y video. Aunque similar en la tasa de señalización máxima teórica, FireWire  400 es más rápido que USB  2.0 de alto ancho de banda en el uso real, ^{[ 115 ]} especialmente en el uso de alto ancho de banda como discos duros externos. ^{[ 116 ] [ 117 ] [ 118 ] [ 119 ]} El nuevo  estándar FireWire 800 es el doble de rápido que FireWire  400 y más rápido que USB  2.0 de alto ancho de banda tanto teórica como prácticamente. ^{[ 120 ]} Sin embargo, las ventajas de velocidad de FireWire se basan en técnicas de bajo nivel como el acceso directo a memoria (DMA), lo que a su vez ha creado oportunidades para exploits de seguridad como el ataque DMA .

El chipset y los controladores utilizados para implementar USB y FireWire tienen un impacto crucial en la cantidad de ancho de banda prescrito por la especificación que se logra en el mundo real, junto con la compatibilidad con los periféricos. ^{[ 121 ]}

Los estándares IEEE 802.3af , 802.3at y 802.3bt Power over Ethernet (PoE) especifican esquemas de negociación de energía más elaborados que el USB con alimentación. Funcionan a 48  V CC y pueden suministrar más energía (hasta 12,95 W para 802.3af , 25,5 W para 802.3at , también conocido como PoE+ , y 71 W para 802.3bt , también conocido como 4PPoE ) a través de un cable de hasta 100 metros, en comparación con USB 2.0, que proporciona 2,5 W con una longitud máxima de cable de 5 metros. Esto ha popularizado el PoE para teléfonos VoIP , cámaras de seguridad , puntos de acceso inalámbricos y otros dispositivos en red dentro de edificios. Sin embargo, USB es más económico que PoE siempre que la distancia sea corta y la demanda de energía sea baja.        

Los estándares Ethernet requieren aislamiento eléctrico entre el dispositivo en red (computadora, teléfono, etc.) y el cable de red hasta 1500  V  CA o 2250  V  CC durante 60  segundos. ^{[ 122 ]} USB no tiene tal requisito, ya que fue diseñado para periféricos estrechamente asociados con una computadora anfitriona, y de hecho conecta las tierras del periférico y del anfitrión. Esto le da a Ethernet una ventaja de seguridad significativa sobre USB con periféricos como módems de cable y DSL conectados a cableado externo que puede asumir voltajes peligrosos bajo ciertas condiciones de falla. ^{[ 123 ] [ 124 ]}

La definición de clase de dispositivo USB para dispositivos MIDI transmite datos musicales de la interfaz digital de instrumentos musicales ( MIDI ) a través de USB. ^{[ 125 ]} La capacidad MIDI se extiende para permitir hasta dieciséis cables MIDI virtuales simultáneos , cada uno de los cuales puede transportar los dieciséis canales y relojes MIDI habituales.

USB es competitivo para dispositivos de bajo costo y físicamente cercanos. Sin embargo, Power over Ethernet (PoE) y el estándar de conector MIDI ofrecen ventajas en dispositivos de gama alta que pueden tener cables largos. USB puede causar problemas de bucle de tierra entre equipos, ya que conecta las referencias de tierra en ambos transceptores. Por el contrario, el estándar de conector MIDI y Ethernet cuentan con aislamiento integrado de hasta 500 V o más.

El conector eSATA es un conector SATA más robusto , diseñado para la conexión a discos duros externos y unidades SSD. La velocidad de transferencia de eSATA (hasta 6  Gbit/s) es similar a la de USB  3.0 (hasta 5  Gbit/s) y USB  3.1 (hasta 10  Gbit/s). Un dispositivo conectado mediante eSATA se comporta como un dispositivo SATA convencional, ofreciendo el mismo rendimiento y compatibilidad que las unidades internas.

eSATA no suministra energía a dispositivos externos. Esta es una desventaja cada vez mayor en comparación con USB. Si bien  los 4,5 W de USB 3.0  a veces son insuficientes para alimentar discos duros externos, la tecnología avanza y estos discos requieren cada vez menos energía, lo que disminuye la ventaja de eSATA. eSATAp (alimentación a través de eSATA, también conocido como ESATA/USB) es un conector introducido en 2009 que suministra energía a los dispositivos conectados mediante un conector nuevo y compatible con versiones anteriores. En una computadora portátil, eSATAp generalmente solo suministra 5  V para alimentar un disco duro/SSD de 2,5 pulgadas; en una estación de trabajo de escritorio, puede suministrar además 12  V para alimentar dispositivos más grandes, incluidos discos duros/SSD de 3,5 pulgadas y unidades ópticas de 5,25 pulgadas.

Se puede añadir compatibilidad con eSATAp a un ordenador de sobremesa mediante un soporte que conecta los puertos SATA, de alimentación y USB de la placa base.

eSATA, al igual que USB, admite la conexión en caliente , aunque esto puede verse limitado por los controladores del sistema operativo y el firmware del dispositivo.

Thunderbolt combina PCI Express y DisplayPort en una nueva interfaz de datos serie. Las implementaciones originales de Thunderbolt tienen dos canales, cada uno con una velocidad de transferencia de 10  Gbit/s, lo que resulta en un ancho de banda unidireccional agregado de 20  Gbit/s. ^{[ 126 ]}

Thunderbolt 2 utiliza agregación de enlaces para combinar los dos  canales de 10 Gbit/s en un  canal bidireccional de 20 Gbit/s. ^{[ 127 ]}

Thunderbolt 3 y Thunderbolt 4 utilizan USB-C . ^{[ 128 ] [ 129 ] [ 130 ]} Thunderbolt  3 tiene dos  canales físicos bidireccionales de 20 Gbit/s, agregados para aparecer como un único  canal lógico bidireccional de 40 Gbit/s. Los controladores Thunderbolt 3 pueden incorporar un controlador USB  3.1 Gen  2 para proporcionar compatibilidad con dispositivos USB. También son capaces de proporcionar el modo alternativo DisplayPort, así como DisplayPort sobre USB4 Fabric, lo que hace que la función de un puerto Thunderbolt 3 sea un superconjunto de la de un puerto  USB  3.1 Gen 2. 

Modo alternativo DisplayPort 2.0: USB4 (que requiere USB-C) requiere que los concentradores admitan DisplayPort 2.0 a través de un modo alternativo USB-C. DisplayPort 2.0 puede admitir una resolución de 8K a 60  Hz con color HDR10. ^{[ 131 ]} DisplayPort 2.0 puede usar hasta 80  Gbit/s, que es el doble de la cantidad disponible para datos USB, porque envía todos los datos en una dirección (al monitor) y, por lo tanto, puede usar los ocho cables de datos a la vez. ^{[ 131 ]}

Después de que la especificación se hiciera libre de regalías y la custodia del protocolo Thunderbolt se transfiriera de Intel al USB Implementers Forum, Thunderbolt 3 se ha implementado efectivamente en la especificación USB4, siendo la compatibilidad con Thunderbolt 3 opcional pero recomendada para los productos USB4. ^{[ 132 ]}

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  • IEC 62680-1-3:2018 – Parte 1-3: Componentes comunes – Especificación del cable y conector USB tipo C  
  • IEC 62680-1-4:2018 – Parte 1-4: Componentes comunes – Especificación de autenticación USB Tipo-C  
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