Dare un senso alla tecnologia non universale dell'USB

Qualsiasi ingegnere che abbia visto - o progettato - progettazione negli anni '90 conosce il "trauma" di un mondo privo di connessioni standard per dati e alimentazione. Questa era "pre-" bus seriale universale (USB) è il motivo per cui avete ancora un cassetto pieno di cavi di varie forme e dimensioni.

Connettore femmina USB-C. (Immagine per gentile concessione di DigiKey, Amphenol ICC)

Il termine universale in ambito USB potrebbe sembrare improprio, considerate tutte le opzioni disponibili. Prima della sua comparsa, però, ogni azienda e modello aveva collegamenti di alimentazione e dati proprietari. C'è voluto del tempo, ma USB ha migliorato notevolmente la situazione. Ora gli ingegneri sono impegnati a semplificarla ulteriormente, dato che USB-C potrebbe diventare una porta veramente universale.

E quali sono le diverse opzioni USB?

Quando progettano componenti elettronici compatibili con USB, gli ingegneri devono prendere ancora diverse decisioni. Ecco un breve riepilogo di ciò che dovete sapere. Innanzitutto, USB è suddiviso in quattro categorie:

1. Spina (anche detta connettore): qualsiasi parte fisica di un cavo/dispositivo USB che si inserisce in un altro dispositivo.
2. Porta: la parte di un dispositivo in cui viene inserita la spina.
3. Tipo: definisce la forma fisica di una spina e/o di una porta USB.
4. Versione: il particolare protocollo USB con cui è compatibile un dispositivo

Una volta, erano disponibili solo spine Type-A e Type-B.

Connettore femmina USB-A. (Immagine per gentile concessione di DigiKey, Amphenol ICC)

Il Type-A sembrava resistere alla prova del tempo e le nuove versioni erano compatibili con quelle precedenti. Tuttavia, ogni versione cambiava il colore della porta e aggiungeva dei pin (per migliorare la velocità dei dati e di carica). Ora questa iconica presa USB è stata sostituita dalla Type-C.

Connettori femmina USB-B per le versioni USB da 1.0 a 2.0 (a sinistra) e da 3.0 a 3.2 (a destra). (Immagine per gentile concessione di DigiKey, On Shore Technology Inc. [a sinistra], Amphenol ICC [a destra])

Type B è poco comune e riservato a dispositivi elettronici di grandi dimensioni come le stampanti. Per le diverse versioni USB, la forma delle porte e delle spine Type-B più grandi cambierà.

Alla fine, le spine USB più grandi hanno ottenuto il titolo di dimensioni Standard con la nascita di USB mini-A, micro-A, mini-B e micro-B. Salvo nei casi di dispositivi host di piccole dimensioni, la maggior parte dei dispositivi elettronici ha optato per spine e porte Standard Type-A, rendendo rari i connettori con mini-A e micro-A. La maggior parte delle periferiche ha optato per mini-B e micro-B in base alla disponibilità del momento. In effetti, le forme USB mini-B e micro-B sono quelle a cui si pensa quando si parla colloquialmente di "mini-USB" e "micro-USB".

Connettore femmina USB mini-B (a sinistra) e connettore femmina USB micro-B (a destra). (Immagine per gentile concessione di DigiKey, Hirose Electric Co Ltd [a sinistra], Amphenol ICC [a destra])

Analogamente al suo predecessore, il micro-B cambierà forma quando si lavora con USB versione 3.2, ma anche questi sono rari.

Connettore femmina micro-B USB versione 3.2 (Immagine per gentile concessione di DigiKey, Amphenol ICC)

I vecchi cavi USB passavano quasi sempre da un connettore Type-A a un connettore Type-B (standard, mini o micro). Questo perché la trasmissione dei dati USB è sempre stata bidirezionale, ma l'alimentazione si spostava solo dal dispositivo host (con porte Type-A) alla periferica (con porte Type-B). Con le ultime versioni di USB4 e USB4 2.0, l'alimentazione è bidirezionale e richiede l'uso di USB-C sia per l'host che per la periferica.

Quali opzioni USB devono scegliere gli ingegneri quando sviluppano prodotti elettronici?

La risposta dipende dall'applicazione.

USB-A standard è ancora ampiamente utilizzato. Pertanto, se la retrocompatibilità è motivo di preoccupazione, è meglio avere a disposizione questa opzione.

Per alte velocità di ricarica e di trasmissione dei dati, USB-C è l'opzione migliore, in quanto è in grado di caricare in entrambe le direzioni mantenendo 40 Gbps e 240 W a 48 V e 5 A. USB-C può anche essere descritto come la vera opzione USB universale. Può essere utilizzato con un dispositivo host e dispositivi periferici. I suoi cavi sono bidirezionali. E le sue porte sono completamente reversibili, non esiste un verso giusto per l'inserimento. Essendo l'unica porta compatibile con le attuali versioni USB, rappresenta anche il futuro della tecnologia. Infatti, la sua popolarità è cresciuta al punto che i caricabatterie e i dispositivi host USB stanno optando per il Type-A.

Ma l'ingegneria non guarda sempre al futuro e alla retrocompatibilità. Le decisioni dipendono dai costi, dalla disponibilità dei componenti e dai sistemi preesistenti. La seguente tabella dovrebbe pertanto essere utile per prendere le decisioni finali.

In conclusione, la "U" di USB non significa, ancora, che il connettore sia universale. Di conseguenza, ogni decisione di progettazione deve essere accompagnata da una serie di considerazioni. La velocità di trasferimento dei dati, le specifiche di trasferimento dell'energia e le dimensioni dei connettori sono tutti fattori che incidono sulla specifica USB adatta al vostro progetto.