La interfaz USB ha cambiado muchísimo desde que se empezó a usar en 1996. En los últimos veintiséis años, su formato ha experimentado muchas mejoras. La velocidad máxima de transferencia se ha multiplicado por 25 000. Además de tener una gran versatilidad para la transferencia de datos, la interfaz USB se ha convertido en un método práctico para cargar una amplia gama de periféricos y dispositivos de electrónica de consumo, desde móviles hasta elementos ponibles para hacer ejercicio.

Actualmente, la interfaz USB está en todas partes y su adopción está ampliamente generalizada. Aunque la interfaz USB sea omnipresente, los ingenieros deben tener en cuenta algunas especificaciones técnicas esenciales para su funcionamiento: el estándar del conector —o factor de forma físico— del USB (tipo A, B o C, mini-B, etc.), la velocidad de transferencia de datos (USB 3.0, USB 3.2, USB 4.0, etc.) y el estándar de suministro de alimentación del USB (USB 2.0, USB PD 3.0, USB 3.1, etc.).
En este artículo, hablaremos de la interfaz USB, veremos brevemente cómo ha ido evolucionando y por qué se ha convertido en el puerto de carga estándar de referencia para dispositivos de electrónica de consumo en la Unión Europea y el Reino Unido.

Los orígenes de la conectividad en los ordenadores personales
Aunque parezca mentira, el USB lleva utilizándose unos veintiséis años, y durante ese tiempo ha influido muchísimo en el sector de la informática y la electrónica de consumo. El estándar USB 1.0 apareció en 1996 en respuesta a la necesidad de conectar periféricos externos a un ordenador. Desde entonces, la adopción de esta interfaz ha cobrado impulso rápidamente. Su uso se ha ampliado a la conexión y alimentación de muchos dispositivos, como móviles, relojes inteligentes, dispositivos de fitness o cámaras de seguridad para el hogar. Al tratarse de una interfaz sencilla y práctica, su éxito estaba asegurado, y desplazó a otros métodos de conectividad antiguos y lentos que se empleaban en los noventa, como el puerto en serie RS-232 y los puertos en paralelo de Centronics. Actualmente, la interfaz USB ofrece mucho más que su capacidad de transferencia inicial. Por ejemplo, prácticamente cualquier persona que tenga un móvil utiliza diariamente sus funciones de carga y suministro de alimentación. Además, la velocidad de transferencia de datos ha aumentado considerablemente.

La evolución del USB
El lanzamiento del USB 1.0 en el mercado supuso la introducción de un conector con una velocidad de transferencia más rápida (1,5 Mbps) que la de otras interfaces en serie del momento, pero también introdujo la posibilidad de conectar/desconectar un periférico o memoria externa sin necesidad de apagar el ordenador, algo imposible con las otras interfaces. Además de definir el protocolo de software, el USB 1.0 también especificaba los primeros estándares para conectores USB, el tipo A y el tipo B. El conector del tipo A (el que se usa como conector en un ordenador) sigue usándose actualmente y es el diseño que todos asociamos mentalmente a la palabra USB. El tipo B, un conector cuadrado, se sigue usando, aunque es menos común que el tipo A (imagen 1).

El USB se impuso rápidamente en el mercado gracias a su sencilla interfaz de cuatro hilos y a la facilidad del montaje del conector y el cable. Dos años después, en 1998, el nuevo protocolo USB 1.1 marcó la llegada de velocidades de transferencia mucho más rápidas, hasta 12 Mbps, con el estándar Full Speed. La compatibilidad con el USB 1.0 se mantuvo y los dispositivos con ese protocolo volvieron automáticamente a 1,5 Mbps.
La adopción del mercado siguió creciendo gracias a que los fabricantes de ordenadores y periféricos empezaron a centrarse en el USB y a dejar de ofrecer soporte para otras interfaces. A su vez, esto hizo que los fabricantes de otros equipos también se sumaran a esta tendencia, lo que aumentó aún más la lista de entidades que adoptaban la interfaz.
En el año 2000, el USB Implementers Forum (USB-IF) presentó la especificación de software USB 2.0 High-Speed, que aumentaba la velocidad hasta 480 Mbps. Con este aumento, ya era posible acceder a almacenamiento externo, desde discos duros hasta memorias tipo lápiz. Esta misma especificación también permitía que el USB alimentara a los dispositivos conectados (con un máximo de 0,5 A a 5 V), lo que inició el uso del USB como medio de alimentación. Hasta ese momento, tanto el conector tipo A como el tipo B se usaban ampliamente, pero, como el hardware informático era cada vez más compacto, se empezaron a usar miniconectores para reemplazar al tipo B. Poco después del 2007, llegaron los microconectores (imagen 2). Todavía pueden verse miniconectores en algún dispositivo antiguo, pero los microconectores se convirtieron rápidamente en el estándar principal. Además, a medida que los estándares USB han ido evolucionando, el protocolo de software USB se ha ido diferenciando del estándar del conector físico.
En 2008, se publicó el protocolo de software USB 3.0 (que posteriormente se conocería como USB 3.2 Gen 1x1), con una velocidad de transferencia teórica de hasta 5 Gbps. En parte, este aumento logarítmico de la velocidad fue posible porque el número de cables pasó de cuatro a ocho, aunque se mantuvo la compatibilidad con el USB 1.0. El suministro de alimentación subió a 900 mA y se presentó el conector tipo C (imagen 2).

El USB 3.1 (que posteriormente se conocería como USB 3.2 Gen 2x1) duplicó la velocidad hasta 10 Gbps. Poco después se presentó el USB 3.2 (que posteriormente se conocería como USB 3.2 Gen 2x2), que nuevamente duplicó la velocidad hasta 20 Gbps.

Imagen 2: toda la gama de formatos de conector USB (las imágenes no están a escala) (fuente: CUI Devices).

La especificación USB 3.2 también se centró en el conector tipo C, el primer conector que puede conectarse hacia arriba o hacia abajo. Es un formato compacto y con las esquinas redondeadas. A medida que los estándares USB han ido avanzando, también lo han hecho los tipos de dispositivos compatibles. El conector tipo C ampliaba el número de casos de uso y establecía el concepto de usar la interfaz únicamente para cargar y alimentar dispositivos.

Hacia el USB 4 y más allá
La especificación USB 4.0 se presentó en 2019 y duplicó la velocidad hasta llegar a 40 Gbps. Se basa en el protocolo Thunderbolt 3, con dos canales de transmisión, y precisa del uso de un conector tipo C. Además, el USB 4.0 definía un método de transferencia de vídeo específico y contaba con una capacidad de alimentación considerablemente mejorada.
Los estándares del tipo C y el USB 3.2 también ampliaban la capacidad de suministro de alimentación, con una gama de tensiones de salida nominales de hasta 48 V CC y una intensidad de hasta 5 A, es decir, hasta 240 W de potencia. La imagen 3 muestra los estándares de alimentación, que han ido evolucionando de forma independiente con respecto a los protocolos de software USB, aunque en consonancia con estos.

Imagen 3: la evolución del suministro de alimentación con USB (fuente: CUI Devices).

La continua evolución de la interfaz USB ha acelerado aún más su adopción, gracias a la posibilidad de suministrar potencias más altas. Por ejemplo, actualmente ya hay conectores tipo C que solo se emplean para la alimentación.
El incremento de la popularidad del conector tipo C ha coincidido con un aumento de la frustración de los consumidores ante la enorme cantidad de cargadores que usamos para nuestros dispositivos. En junio de 2022, la Unión Europea anunció un acuerdo provisional para disponer de una solución de carga única para determinados dispositivos electrónicos. La inmensa mayoría de los eurodiputados votaron a favor de una nueva ley que exija que todos los nuevos dispositivos portátiles utilicen el mismo cable de carga. A partir de 2024, todos los móviles y tabletas nuevos deberán tener un puerto de carga USB tipo C, lo que se ampliará a los ordenadores portátiles a partir de 2026. El Gobierno del Reino Unido aún no ha considerado implantar una legislación similar, aunque es probable que siga la iniciativa de la UE.

El uso del USB tipo C
Al seleccionar un conector USB tipo C, debemos revisar los requisitos de la aplicación. ¿Se utilizará solo para alimentación o también para datos? ¿Cuánto espacio disponible habrá en la placa y cómo influirá eso en la ubicación y la orientación del conector?
Un ejemplo de conector USB 4 tipo C es la serie UJ40 de CUI Devices (imagen 4). La serie UJ40 es compatible con la velocidad de transferencia de 40 Gbps del USB 4, y tiene unos valores nominales de 5 A y 48 V CC para la alimentación. Se ha diseñado para 10 000 ciclos. Se trata de conectores montados sobre la superficie y preparados para la soldadura por reflujo, están disponibles en orientación vertical u horizontal y tienen un grado de inflamabilidad UL 94V-0. El UJ40 puede soportar tensiones de 100 V CA, tiene una resistencia al aislamiento de 100 MΩ y una resistencia al contacto de 40 mΩ.

Imagen 4: los conectores UJ40 (USB 4 tipo C) de CUI Devices (fuente: CUI Devices).

Para aplicaciones en las que solo se precisa alimentación, se pueden emplear los conectores UJC tipo C de CUI Devices. Estos modelos tienen un diseño de seis u ocho pines y están disponibles con un encapsulado de montaje superficial horizontal o vertical (imagen 5). La tensión de alimentación es de 20 V CC y la corriente nominal puede ser de 3 o 5 A.

Imagen 5: conectores UJC tipo C de CUI Devices para aplicaciones de alimentación USB (fuente: CUI Devices).

Autor: Mark Patricks, Mouser Electronics

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La omnipresencia del USB
El USB empezó siendo un medio de conexión para periféricos informáticos externos, y se ha convertido en el principal método del mundo para conectar datos por cable, así como en el estándar de alimentación para la electrónica de consumo. Esta interfaz tiene una historia asombrosa y una velocidad de transferencia que sigue aumentando, por lo que su futuro está garantizado.