Comprendre la technologie non universelle de l'USB

N'importe quel ingénieur suffisamment âgé pour avoir vu — ou conçu — des dispositifs électroniques grand public dans les années 1990 connaît le traumatisme d'un monde dépourvu de connexions de données et d'alimentation standard. Cette époque « pré-USB » (bus série universel) est la raison pour laquelle vous avez encore un tiroir rempli de câbles de différentes formes et tailles.

Connecteur femelle USB-C. (Image : DigiKey, Amphenol ICC.)

Le terme « universel » dans « bus série universel » peut paraître inapproprié, étant donné toutes les options disponibles. Mais avant son lancement, chaque entreprise et chaque modèle avaient leurs propres systèmes de connexion pour les données et l'alimentation. Cela a pris du temps, mais la technologie USB a considérablement rationalisé le secteur. Aujourd'hui, l'ingénierie semble se simplifier davantage et l'USB-C pourrait bien devenir la technologie USB véritablement universelle.

Qu'en est-il de toutes les options USB différentes ?

Lors de la conception de composants électroniques compatibles USB, les ingénieurs doivent toujours prendre diverses décisions. Voici un aperçu de ce qu'il faut savoir. Tout d'abord, la technologie USB se divise en quatre catégories :

1. Fiche (ou connecteur) : la partie physique d'un câble/dispositif USB qui s'insère dans un autre dispositif
2. Port : la partie d'un dispositif où la fiche est insérée
3. Type : la forme physique d'une fiche et/ou d'un port USB
4. Version : le protocole USB spécifique avec lequel un dispositif est compatible

Auparavant, les fiches existaient uniquement en Type-A et Type-B.

Connecteur femelle USB-A. (Image : DigiKey, Amphenol ICC.)

Le Type-A semblait résister à l'épreuve du temps et les versions plus récentes étaient rétrocompatibles. Toutefois, chaque version présentait une couleur de port différente et des broches supplémentaires (pour améliorer les vitesses de charge et de transfert des données). Aujourd'hui, cette fiche USB emblématique est remplacée par le Type-C.

Connecteurs femelles USB-B pour versions USB 1.0 à 2.0 (à gauche) et versions 3.0 à 3.2 (à droite). (Image : DigiKey, On Shore Technology Inc. [à gauche], Amphenol ICC [à droite].)

Le Type-B n'est pas très répandu et est réservé aux appareils électroniques imposants comme les imprimantes. Pour les différentes versions USB, la forme des ports et des fiches Type-B plus grands varie.

Les fiches USB plus grandes ont fini par gagner le titre de « taille standard » avec l'émergence des technologies USB mini-A, micro-A, mini-B et micro-B. Sauf quand le dispositif hôte était petit, la plupart des appareils électroniques ont opté pour des fiches et des ports Type-A standard, ce qui a entraîné une raréfaction des technologies mini-A et micro-A. La plupart des périphériques ont opté pour le mini-B et le micro-B selon la disponibilité à l'époque. En fait, les technologies USB mini-B et micro-B correspondent aux formes auxquelles les gens pensent lorsqu'ils disent communément « mini-USB » et « micro-USB ».

Connecteur femelle USB mini-B (à gauche) et connecteur femelle USB micro-B (à droite). (Image : DigiKey, Hirose Electric Co Ltd [à gauche], Amphenol ICC [à droite].)

Comme son prédécesseur, le type micro-B change de forme avec la version USB 3.2, mais ce cas se présente tout aussi rarement.

Connecteur femelle USB 3.2 micro-B. (Image : DigiKey, Amphenol ICC.)

Les anciens câbles USB présentaient presque toujours un connecteur Type-A d'un côté et un connecteur Type-B — standard, mini ou micro — de l'autre. En effet, la transmission des données USB a toujours été bidirectionnelle, mais l'alimentation ne passait que du dispositif hôte (avec des ports Type-A) à un périphérique (avec des ports Type-B). Avec les dernières versions USB4 et USB4 2.0, l'alimentation est bidirectionnelle, exigeant l'utilisation du type USB-C aussi bien au niveau de l'hôte que du périphérique.

Quelles options USB les ingénieurs doivent-ils choisir lors du développement de dispositifs électroniques ?

La réponse dépend vraiment de l'application.

L'USB-A standard est toujours largement utilisé. Si la rétrocompatibilité est importante, il vaut donc mieux proposer cette option.

Pour les débits de données et de charge élevés, le type USB-C est la meilleure option, car il offre une capacité de charge dans les deux sens tout en maintenant 40 Gbps et 240 W à 48 V et 5 A. L'USB-C peut également être considéré comme la véritable option USB universelle. Il peut être utilisé avec un dispositif hôte et des périphériques. Ses câbles sont bidirectionnels. Et ses ports sont entièrement réversibles —il n'y a pas de mauvais sens. Étant donné qu'il s'agit du seul port compatible avec les versions USB actuelles, il représente également l'avenir de la technologie. En fait, il est devenu si populaire que les chargeurs USB et les dispositifs hôtes abandonnent désormais l'USB-A.

Mais l'ingénierie n'est pas toujours une question de durabilité et de rétrocompatibilité. Le coût, la disponibilité des composants et les systèmes existants dictent les décisions. Le tableau suivant devrait donc être utile lors de la prise de décision finale.

En conclusion, le « U » de « USB » ne signifie pas que le connecteur est universel, du moins pour l'instant. Par conséquent, chaque décision de conception doit être soigneusement réfléchie. Les débits de transfert de données, les spécifications de transfert d'alimentation et la taille des connecteurs sont autant de facteurs qui influencent le choix de la spécification USB la mieux adaptée à votre projet.