Universal Serial Bus: USB (Bus Universal Serie)

En este artículo veremos conocimientos básicos sobre el bus de comunicaciones USB, en inglés Universal Serial Bus (Bus Universal en Serie). Veremos las versiones existentes, características, tipos de conectores y como identificarlos, algunas especificaciones de los conectores y sus velocidades de transferencia de datos. Además, hablaremos del conector USB Tipo C (USB-C), conector especial utilizado por algunos dispositivos con características especiales, que los diferencian de los clásicos cables USB y le dan más versatilidad, y la extensión de la norma USB 2.0 denominada USB On-The-Go (USB OTG), que permite a los dispositivos USB tener una mayor flexibilidad en la gestión de la interconexión.

Índice General

Introducción
Especificaciones técnicas
Versiones y sus velocidades de transferencia de datos
USB On-The-Go (USB OTG)

Introducción (Volver al índice General)
El Bus Universal en Serie, en inglés: Universal Serial Bus, y más conocido por las siglas USB, es un bus de comunicaciones en cuyo estándar se definen los cables, conectores y protocolos que se usarán para conectar y comunicar ordenadores, periféricos y otros dispositivos electrónicos. En algunos casos, además proveen de alimentación eléctrica a los dispositivos.

El Universal Serial Bus: USB es utilizado como estándar de conexión de periféricos como: teclados, ratones, memoria USB, joystick (palancas de mando), escáneres, cámaras digitales, teléfonos móviles, reproductores multimedia, impresoras de todo tipo, módem, interfaces de red (ethernet, WiFi, Bluetooth), tarjetas de sonido, tarjetas sintonizadoras de televisión, lectores/grabadores de CD/DVD externos, discos duros externos, disqueteras externas, GPS y muchos más.

Especificaciones técnicas (Volver al índice General)
Entre los principales estándares de Universal Serial Bus: USB están los siguientes:

Principales características de las conexiones USB (Volver al índice General)
- Permite la conexión de los dispositivos en caliente (Hot plug). Mejora las capacidades Plug and Play (PnP) permitiendo conectar y desconectar dispositivos sin necesidad de reiniciar el ordenador o dispositivo al que se conecten.
- Para conectar más dispositivos USB de los que puertos USB tiene el equipo, es indispensable usar un concentrador (HUB USB).
- Un solo ordenador combinando cables de no más de 5 metros de longitud (o menos metros, según la versión USB) y concentradores (HUB USB), puede tener asociados hasta 127 dispositivos USB incluyendo los concentradores (HUB USB).

Versiones de USB (Volver al índice General)
A continuación, hablaremos brevemente sobre las distintas versiones o estándares USB, existentes en el momento que se escribe este artículo:
- Versiones 1.0, 2.0 y anteriores (Volver al índice General)
  Hemos pensado que después del tiempo transcurrido desde el nacimiento de las versiones 1.0, 2.0 y versiones anteriores a estas, empieza a ser difícil encontrar, a día de hoy, dispositivos que utilicen dichas versiones. Los pocos que quedan están en período de desaparición. Por lo tanto, en este artículo nos centraremos en las versiones USB 3.0 en adelante. No obstante a lo largo del artículo veréis algunos datos sobre versiones anteriores a la USB 3.0.
- Versiones 3.0, 3.1 y 3.2 (Volver al índice General)
  Veamos las características principales de las versiones USB 3.0 en adelante:
  - USB 3.0
    USB 3.0 tiene una velocidad teórica de transmisión de hasta 4,8 Gbit/s o 600MB/s (SuperSpeed USB SS), es diez veces más rápido que USB 2.0 (480 Mbit/s o 60 MB/s). USB 3.0 reduce significativamente el tiempo requerido para la transmisión de datos, reduce el consumo de energía y es compatible con USB 2.0. También cuenta con soporte para dispositivos discos duros externos, lo que aumenta su rendimiento. Otra de las características de este puerto es que los dispositivos que se enchufan, transcurrido un período de inactividad, pasan a un estado de bajo consumo.
    El primer sistema operativo que soportó esta interfaz de conexión fue GNU/Linux, a partir de la versión del kernel 2.6.31. Más tarde fueron implementándolo los sistemas operativos Windows 7, Windows 8, Windows 10 y MacOS.
  - USB 3.1
    Con esta nueva especificación, el estándar USB 3.0 pasó a llamarse USB 3.1 Gen1, que alcanzaba velocidades de transferencia de hasta 5 Gbit/s o 625 MB/s, también conocido como SuperSpeed. Más tarde se desarrolla el nuevo estándar USB 3.1 Gen2, con el doble de velocidad de transferencia, hasta 10 Gbit/s o 1,25 MB/s, también conocido como SuperSpeed USB 10 Gbps o SuperSpeed+. Con esta especificación se comienza a utilizar los cables USB Tipo C (USB-C).
  - USB 3.2
    Con esta especificación se vuelve a duplicar la velocidad de transferencia hasta los 20Gbit/s, aprovechando el cableado USB Tipo C (USB-C) para aumentar el ancho de banda. A partir de aquí, el estándar USB 3.0 pasó a llamarse USB 3.2 Gen 1×1 que alcanzaba velocidades de transferencia de hasta 5 Gbit/s o 625 MB/s, también conocido como SuperSpeed USB 5Gbps. A continuación se desarrolla el nuevo estándar USB 3.2 Gen 2×1 que alcanzaba velocidades de transferencia de hasta 10 Gbit/s o 1,25 GB/s, también conocido como SuperSpeed USB 10Gbps. Continúan los avances y aparece el nuevo estándar USB 3.2 Gen 1×2 que alcanzaba velocidades de transferencia de hasta 10 Gbit/s o 1,25 GB/s, también conocido como SuperSpeed USB 10Gbps y el estándar USB 3.2 Gen 2×2 que alcanzaba velocidades de transferencia de hasta 20 Gbit/s o 2,5 GB/s, también conocido como SuperSpeed USB 20Gbps. Estas dos últimas utilizando cables USB Tipo C (USB-C).
  A continuación, os mostramos estos enlaces que apuntan a tablas y apartados dentro de este mismo artículo que os servirán para conocer mejor los distintos estándares USB 3.x:
  - En la tabla Puerto de 9 pines USB 3.0 Tipos A y B y en la tabla Puerto digital de 11 pines USB 3.0 Powered-B, podemos ver el número de pines que utilizan, las señales que envían, el color de los cables y una pequeña descripción de los mismos.
  - En el apartado Características de los cables USB, conoceremos la longitud máxima para los cables empleados.
  - En la tabla Versiones y sus velocidades de transferencia de datos, conoceremos las velocidades que alcanzan cada uno de los estándares, logos y los conectores que admiten.
- Versiones 4.0 (Volver al índice General)
  Las principales características del estándar USB4 con respecto a los estándares anteriores son las siguientes:
  - Requiere conectores USB Tipo C (USB-C).
  - Para el suministro de energía a los dispositivos, requiere el soporte de USB Power Delivery (USB PD), que es un protocolo de carga que permite que los cables y conectores USB Tipo C (USB-C) entreguen mayores niveles de potencia a los dispositivos conectados, proporcionando una carga más rápida (menos tiempo de carga), más potencia para dispositivos más grandes y carga simultánea entre dispositivos, entre otras cosas.
  - Permite el tunelado de DisplayPort y PCI Express, es decir, que a través de una misma conexión podemos trabajar con los protocolos empleados por DisplayPort y PCI Express, dependiendo del dispositivo que utilicemos.
  - De forma dinámica, utiliza el método más eficaz para la transferencia de datos, según el tipo de dispositivo conectado y la aplicación utilizada.
  - Los dispositivos USB4 deben soportar el caudal de transferencia de 20 Gbit/s y pueden soportar hasta un caudal de transferencia de 40 Gbit/s, pero gracias al tunelado, incluso los 20 Gbit/s nominales pueden dar lugar a mayores velocidades de transferencias de datos efectivas, en comparación con el estándar USB 3.2 cuando se envían datos mezclados.
  - Su especificación se basa en la especificación del protocolo Thunderbolt 3. La interoperatibilidad con productos Thunderbolt 3 es opcional para los hosts USB4 y los periféricos USB4.

Tipos de conectores USB (Volver al índice General)
Veamos a continuación los distintos tipos de conectores USB que existen, a día de la publicación de este artículo.

Conectores USB tipo 2.0 y 3.0

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Milos.bmx, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

Conector USB 3.0 tipo B Powered
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WLinsmayer, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

Conectores USB tipo C
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Andreas Pietzowski, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

Colores de los conectores USB (Volver al índice General)
Para ayudar a diferenciar los diferentes tipos de conectores en función del estándar utilizado, los fabricantes comenzaron a asignar distintos colores a los distintos tipos de puertos según su estándar. A continuación mostramos una tabla con el estándar del tipo de puerto y el color que lo identifica. Veremos que algunos fabricantes optan por no seguir los estándares establecidos, ya sea por aplicar sus colores corporativos, por estética o por otros motivos:

Tipo	color	Observaciones
USB 1.x	Blanco
USB 2.x	Negro
USB 3.0	Azul
USB 3.1	Azul o verde turquesa	Algunos fabricantes cambian el color azul por el verde turquesa.
USB Sleep & Charge	Rojo, pero algunos fabricantes usan el color Amarillo	Esta característica indica que el conector no suministra carga durante el modo de suspensión o hibernación.
USB Always On	Amarillo	Este puerto suministra carga incluso cuando el portátil está apagado
USB Charging capable	Naranja	Puerto USB 3.0 con capacidad de dar carga a dispositivos externos
USB Colores corporativos	Verde ácido, morado, amarillo, etc.	Algunas marcas de ordenadores y periféricos utilizan colores corporativos que no nos aportan información sobre la versión o funciones del puerto. Solo se diseñan así por estética.

Pines o hilos de los puertos digitales USB (Volver al índice General)
A continuación, mostraremos información sobre los pines de los puertos digitales de algunos de los conectores USB, valores como el color de los cables, para que sirve dicho cable o pin y una brevísima descripción:

Puerto digital de 4 pines USB 2.0 Tipos A y B (Volver al índice General)

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Pin
Nombre
Color del cable
Descripción

1
VCC
Rojo
+5 V

2
D-
Blanco
Data -

3
D+
Verde
Data +

4
GND
Negro
Tierra o negativo

Puerto digital de 5 pines USB 2.0 Tipos Mini y Micro A y B (Volver al índice General)

Universal Serial Bus: Conectores USB 2.0 y 3.0 Tipos Micro y Mini A y B — Haz clic en la imagen para aumentarla
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Pin	Nombre	Color del cable	Descripción
1	VCC	Rojo	+5 V
2	D-	Blanco	Data -
3	D+	Verde	Data +
4	ID	Ninguno	Permite la distinción de Micro-A y Micro-B - Tipo A: conectado a tierra - Tipo B: no conectado
5	GND	Negro	Tierra o negativo

Puerto digital de 9 pines USB 3.0 Tipos A y B (Volver al índice General)

Universal Serial Bus: Conectores USB 3.0 Tipos A y B — Haz clic en la imagen para aumentarla
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Pin	Señal conector Tipo A	Señal conector Tipo B	Color	Descripción
1	VBUS		Rojo	+5 V
2	D-		Blanco	Data -
3	D+		Verde	Data +
4	GND		Negro	Tierra o negativo
5	StdA_SSRX−	StdB_SSTX−	Azul	Par diferencial receptor (RX-) y emisor (TX-) SuperSpeed respectivamente.
6	StdA_SSRX+	StdB_SSTX+	Amarillo	Par diferencial receptor (RX+) y emisor (TX+) SuperSpeed respectivamente.
7	GND_DRAIN		Maya	Tierra para el retorno de señal
8	StdB_SSTX−	StdA_SSRX−	Morado	Par diferencial emisor (TX-) y receptor (RX-) SuperSpeed respectivamente.
9	StdB_SSTX+	StdA_SSRX+	Naranja	Par diferencial emisor (TX+) y receptor (RX+) SuperSpeed respectivamente.
Armazón	Armazón		Conector de metal	Capa de blindaje para evitar interferencias

Puerto digital de 11 pines USB 3.0 Powered-B (Volver al índice General)
La diferencia entre el puerto USB 3.0 Tipo B y el puerto USB 3.0 Tipo B Powered estriba en que se añaden los pines 10 y 11, físicamente sus formas son idénticas, pero añade una adición al estándar USB que permite que los dispositivos que necesitan mayor potencia, obtengan energía a través de su host USB en lugar de requerir una fuente de alimentación independiente o un adaptador de CA externo.

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Pin	Señal conector Tipo A	Descripción
1	VBUS	Power
2	D-	Data -
3	D+	Data +
4	GND	Tierra o negativo
5	StdA_SSTX−	Diferencial emisor SuperSpeed
6	StdA_SSTX+	Diferencial emisor SuperSpeed
7	GND_DRAIN	Tierra para el retorno de señal
8	StdB_SSRX−	Diferencial receptor SuperSpeed
9	StdB_SSRX+	Diferencial receptor SuperSpeed
10	DPWR	Potencia proporcionada por el dispositivo
11	DGND	Tierra para el retorno de DPWR
Armazón	Armazón	Armazón

Puerto digital de 24 pines USB-C (Volver al índice General)
USB-C, anteriormente conocido como USB Tipo C, es un sistema de conector USB de 24 pines, que se distingue por su doble reversibilidad simétrica de rotación.
Sus ventajas son esa versatilidad que le permite convertirse en un conector adecuado para ofrecer distintas interfaces (Thunderbolt, USB 3.1 o el nuevo USB 3.2, DisplayPort, SuperMHL o HDMI.

Conector USB tipo C (USB-C)

Receptáculo USB tipo C (USB-C)

Puerto digital de 24 pines USB-C (pines A)

Pin	Nombre	Descripción
A1	GND	Retorno de tierra
A2	SSTXp1	SuperSpeed par diferencial #1, TX, positivo
A3	SSTXn1	SuperSpeed par diferencial #1, TX, negativo
A4	VBUS	Energía del Bus
A5	CC1	Canal de configuración
A6	Dp1	USB 2.0 par diferencial, posición 1, positivo
A7	Dn1	USB 2.0 par diferencial, posición 1, negativo
A8	SBU1	Uso de la banda lateral (SBU)
A9	VBUS	Energía del Bus
A10	SSRXn2	SuperSpeed par diferencial #4, RX, negativo
A11	SSRXp2	SuperSpeed par diferencial #4, RX, positivo
A12	GND	Retorno de tierra

Puerto digital de 24 pines USB-C (pines B)

Pin	Nombre	Descripción
B1	GND	Retorno de tierra
B2	SSRXp1	SuperSpeed par diferencial #2, RX, positivo
B3	SSRXn1	SuperSpeed par diferencial #2, RX, negativo
B4	VBUS	Energía del Bus
B5	SBU2	Uso de la banda lateral (SBU)
B6	Dn2	USB 2.0 par diferencial, posición 2, negativo
B7	Dp2	USB 2.0 par diferencial, posición 2, positivo
B8	CC2	Canal de configuración
B9	VBUS	Energía del Bus
B10	SSTXn2	SuperSpeed par diferencial #3, TX, negativo
B11	SSTXp2	SuperSpeed par diferencial #3, TX, positivo
B12	GND	Retorno de tierra

Características de los cables USB (Volver al índice General)
Algunas de las características principales de los cables USB son las siguientes:
- Longitudes de los cables USB
  - Alimentación de electricidad a otros dispositivos: En este caso no hay limitación en la longitud. Pero cuanto mayor sea la longitud mayor debería ser la sección del cable.
  - Transferencia de datos: En estos casos la longitud de los cables dependerá del estándar USB que utilicemos:
    - USB 1.0: Longitud máxima 5 metros.
    - USB 1.1: Longitud máxima 5 metros para dispositivos a velocidad completa y 3 metros para los de baja velocidad.
    - USB 2.0: Longitud de 5 metros para dispositivos de alta velocidad, pero pueden trabajar con otros dispositivos con una longitud máxima 10 metros.
    - USB 3.0: Para conseguir su supervelocidad, la longitud debe estar entre los 2 y 3 metros.
    - USB 3.1 Gen 1: Longitud de 5 metros.
    - USB 3.1 Gen 2: Su longitud no debe superar 1 metro.
    - USB 3.2: Su longitud no debe superar 1 metro.
    - USB 4.0: Su longitud no debe superar 80 cm.
- Número de hilos de los cables USB
  - En las versiones USB 1.x y USB 2.x, los cables para los conectores Tipos A y B tienen 4 hilos, mientras que para los Tipos Micro y Mini A y B tienen 5 hilos.
  - En las versiones USB 3.0, los cables para los conectores Tipos A y B tienen 9 hilos, mientras que para los denominados Powered-B, tienen 11 hilos.
  - En las versiones USB 3.1, los cables para los conectores Tipos A y B tienen 9 hilos, para los denominados Powered-B, tienen 11 hilos y para los tipos USB Tipo C (USB-C) tienen 24 hilos.
  - A partir de la versión USB 3.2 Gen 1×2, se utilizarán cables USB-C y por lo tanto tendrán un mínimo de 24 hilos.
- Potencia, datos, señales y blindaje
  - En las versiones de USB de 4 hilos, dos son de potencia y dos de datos, rodeados de una capa de blindaje para evitar interferencias.
  - Por los cables de potencia USB puede proporcionarse 5 voltios a los dispositivos que los requieran o, recibir comunicaciones de dispositivos con mayor consumo de energía.
  - Los datos y señales del USB se transmiten por cables de par trenzado. Los hilos Data- (D-) y Data+ (D+), conjuntamente utilizan señal diferencial en half dúplex, es decir, que los 2 cables se utilizan tanto para transmitir como para recibir datos, pero no simultáneamente. El USB 3.0 utiliza un segundo par de hilos, también con señal diferencial, para realizar una comunicación en full dúplex, por lo que permite la comunicación bidireccional simultánea.

Versiones y sus velocidades de transferencia de datos (Volver al índice General)
Los números que aparecen después de las siglas USB indican el número de la versión y por lo general, cuanto más alto es el número de la versión, más reciente y más rápido es.

Nombre	Especificación	Logo	Versión	Velocidad (bits por segundos)	Velocidad (Bytes por segundos)	Conectores
Baja velocidad	Baja velocidad	Mobius at en.wikipedia, Public domain, via Wikimedia Commons	1.0	Hasta 1,5 Mbps	188 KBps
Velocidad completa	Velocidad completa	Mobius at en.wikipedia, Public domain, via Wikimedia Commons	1.1	Hasta 12 Mbps	1,5 MBps	Tipo A, Tipo B, Mini A, Mini B, Micro A, Micro B.
Alta velocidad	Alta velocidad	Mobius at en.wikipedia, Public domain, via Wikimedia Commons	2.0	Hasta 480 Mbps	60 MBps	Tipo A, Tipo B, Mini A, Mini B, Micro A, Micro B.
Velocidad superalta	Velocidad superalta	DmitryKo, Public domain, via Wikimedia Commons	3.0	Hasta 4,8 Gbps	600 MBps	Tipo A, Tipo B, Micro B
SuperSpeed	USB 3.1 Gen 1		3.1	Hasta 5 Gbps	640 MBps	Tipo A, Tipo B, Tipo C
SuperSpeed+	USB 3.1 Gen 2		3.1	Hasta 10 Gbps	1,25 GBps	Tipo A, Tipo B, Tipo C
SuperSpeed USB 5Gbps	USB 3.2 Gen 1x1	DmitryKo, Public domain, via Wikimedia Commons	3.2	Hasta 5 Gbps	640 MBps	Tipo A, Tipo B, Micro B, Tipo C
SuperSpeed USB 10Gbps	USB 3.2 Gen 2x1	Anthrax11, Public domain, via Wikimedia Commons	3.2	Hasta 10 Gbps	1,25 GBps	Tipo A, Tipo B, Micro B, Tipo C
SuperSpeed USB 10Gbps	USB 3.2 Gen 1x2	Anthrax11, Public domain, via Wikimedia Commons	3.2	Hasta 10 Gbps	1,25 GBps	Tipo C
SuperSpeed USB 20Gbps	USB 3.2 Gen 2x2	DmitryKo, Public domain, via Wikimedia Commons	3.2	Hasta 20 Gbps	2,5 GBps	Tipo C
USB4 10Gbps	USB4 Gen 2x1	Anthrax11, Public domain, via Wikimedia Commons	4.0	Hasta 10 Gbps	1,25 GBps	Tipo C
USB4 20Gbps	USB4 Gen 3x1		4.0	Hasta 20 Gbps	2.5 GBps	Tipo C
USB4 20Gbps	USB4 Gen 2x2	DmitryKo, Public domain, via Wikimedia Commons	4.0	Hasta 20 Gbps	2.5 GBps	Tipo C
USB4 40Gbps	USB4 Gen 3x2	DmitryKo, Public domain, via Wikimedia Commons	4.0	Hasta 40 Gbps	5 GBps	Tipo C

USB On-The-Go (USB OTG) (Volver al índice General)
USB On-The-Go (USB OTG) es una extensión de la norma USB 2.0 que da flexibilidad a los dispositivos USB en la gestión de las conexiones. USB On-The-Go permite a un puerto actuar como servidor o como dispositivo, por ejemplo, que un teléfono movil, tablet o televisor inteligente actúen como hosts y se les puedan conectar un teclado, un ratón, un disco duro, una memoria USB, etc. Además define las siguientes características:
- Nuevo estándar para conectores USB y cables (microconectores).
- Dispositivos que antes sólo podían ser periféricos ahora pueden ser hosts (dual-role device).
- La capacidad de ser host y periférico y cambiar dinámicamente de rol según convenga (el uso del Host negotiation Protocol o HNP para el cambio de rol).
- Protocolo de petición de sesión (Session Request Protocol o SRP).
- Requisitos de bajo consumo para promocionar el USB en dispositivos alimentados con baterías.

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