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Oct 22, 2023

Todo sobre USB

Cables y conectores USB-C: estos son temas controvertidos, y con razón.

Cables y conectores USB-C: estos son temas controvertidos, y con razón, no quiero andar con rodeos. También te mostraré que las cosas no tienen por qué ser tan malas para ti, siempre y cuando estés dispuesto a aplicar algunos trucos y ajustar tus expectativas.

Es posible que tenga un montón de cables USB-C y que todos se vean exactamente iguales, pero es probable que haya experimentado que no son iguales internamente y, a menudo, no hay una etiqueta a la vista. Sí, es bastante malo, y se podría argumentar que está empeorando.

Me gustaría aclarar que aquí solo estoy hablando de cables USB C macho - USB C macho. Si bien los cables como USB-A a USB-C son populares, son bastante simples; obtiene datos USB 2.0 o USB 3.0 y 2 A de corriente como máximo, y el enchufe USB-C generalmente está cableado como "host, suministrará cinco voltios", que se define por una resistencia pullup. Además, si bien los cables como "Tipo C a DisplayPort" pueden parecer cables a simple vista, son adaptadores con una cantidad significativa de circuitos activos en ellos.

Siguiendo puramente la especificación, solía haber seis tipos de cables USB-C a USB-C. Luego, se convirtió en ocho. Ahora, me temo, hay doce de ellos, siguiendo puramente las especificaciones, y hay muchos más cuando se cuentan todos los cables fuera de las especificaciones. La buena noticia es que, la mayor parte del tiempo, la mayoría de estos cables serán adecuados para tareas simples como la carga y la transferencia de datos, y las situaciones en las que necesite un cable muy específico serán bastante raras. Aún así, analicémoslo y verás que son más fáciles de diferenciar de lo que parece.

Para empezar, hay dos variaciones de capacidad de corriente: 3 A y 5 A, siendo 3 A el mínimo indispensable para cualquier cable, y el soporte de 5 A es opcional. Por supuesto, como es de suponer, los cables de la caja de oferta pueden ser demasiado pequeños incluso para 3 A, pero la mayoría de los cables pasarán 3 A sin problema. El año pasado, el grupo USB-C introdujo EPR, elevando el voltaje máximo de 20 V a 48 V y requiriendo cambios en los cables y conectores para aumentar el aislamiento entre los pines de alimentación y datos. Son dos categorías más, SPR (20 V máx.) y EPR (48 V máx.). Sin embargo, no hay cables EPR 3A, por lo que es un poco menos confuso de lo que parece.

Luego, hay al menos cuatro variaciones de velocidades de transferencia de datos. Solía ​​​​tener cables tipo C solo USB 2 y USB 3, así como cables con certificación Thunderbolt. Ahora, hay un nuevo estándar USB 3 que requiere velocidades más altas y necesita cables con especificaciones más altas. Además, hay cables USB-C activos que pasan la señal a través de recontroladores o fibra óptica para lograr una operación a larga distancia. Si pensaba que podría haber alguna variabilidad de cableado que introduce pequeñas permutaciones adicionales dentro y fuera de la especificación, lamentablemente tiene razón.

Esto nos da una matriz de tres por cuatro de "qué cable podría tener a mano". Tres para 3 A, 5 A o EPR 5 A y cuatro para velocidades de cable. También hay muchos cables que no cumplen con las especificaciones, como cables de solo carga sin pines 2.0, lo cual es una blasfemia según la especificación USB. Por supuesto, puede comprarlos por accidente o intencionalmente. ¿Cómo saber cuáles tienes? Simplifiquemos la situación al caso de tres por cuatro y, en su mayoría, descartemos las excepciones: con el tiempo, los cables extraños se volverán cada vez menos prominentes, ya que incluso los fabricantes de contenedores de gangas aprenderán a mantenerlos juntos.

El beneficio innegable de tener tantas variaciones de cable es que en realidad puede comprar un cable USB-C de $5 cuando solo necesita $5 en capacidades, y un cable de $40 cuando necesita $40. Los cables 2.0 también son más delgados, livianos y flexibles: realmente no desea usar un cable Thunderbolt cuando desea cargar su computadora portátil mientras viaja. ¡Además, USB-C tiene funciones para distinguir entre diferentes cables! Deja que te enseñe.

Cuando una fuente de alimentación es capaz de proporcionar más de 3 A a través de un cable, no lo hará instantáneamente; primero, verificará que el cable pueda manejar esa corriente y que el dispositivo conectado pueda aceptarla.

¿Cómo comprueba exactamente la capacidad del cable? Al leer el "emarker" del cable. Un emarker es un chip de memoria dentro del enchufe del cable que codifica las capacidades y los parámetros del cable y se conecta al canal CC para transmitirlos. Se requiere para algo más que velocidades USB 3 o corriente 3A, y hay una gran cantidad de parámetros que se pueden codificar en un marcador electrónico, incluso, ejem, códigos de países. ¿Te gustaría aprender mas? Aquí hay una hoja de datos de emarker programable (VL151), ¡enumera un montón de información divertida que podrá obtener de un emarker promedio!

Si alguna vez le apetece, puede comprar emarkers en línea y ponerlos dentro de sus cables: aquí hay un WLCSP VL151 en existencia, y también hay versiones UDFN agotadas actualmente; puede volver a flashearlo en I2C, lamentablemente, solo tres veces. Si desea construir sus propios cables USB-C compatibles con 5A, también puede comprar conectores de cable con emarkers soldados. Uno solo puede esperar que pronto veamos Doom en los marcadores electrónicos USB-C.

Para que pueda verificar las capacidades del cable leyendo el emarker. Los usuarios de Linux pueden pensar que esta información debería haber estado disponible para usted en algún lugar de /sys/, pero aparentemente, todavía no hay mucho soporte para ella: /sys/class/typec/ está vacío en mi computadora portátil Framework con 6.0.3 kernel, incluso con un monitor tipo C conectado. Mientras tanto, hay probadores USB-C que pueden leer información de emarker. Además, a medida que sigue esta serie de artículos, ¡podría mostrarle cómo crear un lector de emarker usted mismo!

Si un emarker no está presente, puede asumir velocidades USB 2.0 y soporte actual de 3 A, pero no necesariamente mucho más que eso. Además de la capacidad de transporte de corriente del cable, el emarker puede decirle si el cable contiene pares de alta velocidad y de qué tipo.

Se supone que un cable USB-C no contiene pares de alta velocidad, o cuatro de ellos, además del par USB 2.0 requerido, por supuesto. Existen excepciones legales: si tiene un cable USB-A a USB-C, compatible con USB 3, contendrá solo dos pares. Y es probable que un adaptador USB-C a HDMI con un cable fijo (cautivo) solo tenga dos pares. Además, en la práctica, tengo un cable que viene con mi carcasa USB a M.2 NVMe que solo contiene dos pares. Funcionará para USB 3.0, pero no funcionará para DisplayPort o similar; de todos modos, no es lo suficientemente largo para eso.

¿Quieres comprobarlo por ti mismo? No es necesario cortar el cable, afortunadamente. Hemos cubierto muchos probadores de USB-C, aquí hay uno reciente. Es de código abierto y puedes ensamblarlo fácilmente por ti mismo; de lo contrario, Tindie y Aliexpress tienen un montón de productos listos para usar. Esto no mostrará ninguna diferencia entre un cable de 20 Gbps y 40 Gbps, pero le permitirá distinguir entre cables con capacidad 2.0 y 3.0.

También puede probar cables in vivo. Si usa un cargador de 100 W y una computadora portátil de 100 W, puede verificar fácilmente si su cable es compatible con 100 W, simplemente conectándolos a través de un medidor de potencia USB-C económico y viendo si el consumo de energía supera los 3A. Lo mismo se aplica si tiene un montón de cables y desea saber si son compatibles con USB3 o más, y también tiene, digamos, un gabinete M.2 NVMe con un puerto hembra Tipo-C compatible con USB3.

Dado eso, aquí hay una prueba rápida y sucia: conecte el gabinete a una computadora portátil equipada con USB-C con un cable, luego ejecute lsusb -t, que mostrará la velocidad de conexión (480 para cables USB2 y 5000/10000 para cables con capacidad USB3 ). Como beneficio adicional, puede verificar si alguno de sus cables USB3 también falla la prueba de reversibilidad, ya que, aparentemente, eso sigue siendo un problema.

Por supuesto, el fabricante conoce las capacidades del cable y la estructura interna exacta cuando lo construye. Se supone que hay etiquetas, pero casi nunca hay etiquetas en los cables. A veces hay etiquetas en el empaque, por lo que, si aún no lo ha tirado, es posible que desee tomar nota de lo que está escrito allí o volver a visitar la lista de la tienda. Digamos que tiene un cable sin marcas y acaba de determinar qué tipo de cable es. ¿A qué te dedicas?

Bueno, saca las botellas de esmalte de uñas y sigue la propuesta de [@_saljam]. Es un esquema de colores para marcar los cables USB-C después de que hayas aprendido de lo que son capaces. Una franja significa 3A, dos franjas significan 5A. El naranja es USB 2.0, el azul es USB 3 de 20 Gbps (Gen 1), el verde es USB3 de 40 Gbps (Gen 2), el amarillo es Thunderbolt. Me gusta especialmente cómo, con este esquema, los cables compatibles con Thunderbolt 5A parecen abejas. Además, [_saljam] dice que este esquema es razonablemente amigable para los daltónicos.

Dicho esto, USB-C comenzó a arreglar las cosas. Introdujeron un nuevo esquema de etiquetado del que mucha gente se rió. Sin embargo, este nuevo esquema de logotipo es bastante simple y tiene sentido. Si un cable admite 40 Gbps, tendrá el logotipo de 40 Gbps. Si el cable admite 240 W, tendrá el logotipo de 240 W. Si es compatible con ambos, tendrá ambos logotipos. Es posible que no quieras pintar sobre estos logotipos con esmalte de uñas, pero confío en que descubras algo.

Es posible que haya visto dispositivos, como bases, con cables USB-C cortos conectados de forma permanente, en lugar de tener un puerto hembra en la base y usar un cable macho-macho. Esto se llama un "cable cautivo". Los cables cautivos en realidad no se rigen por las mismas reglas, y el circuito requerido para ellos es mucho más simple, razón por la cual se usan con tanta frecuencia en cosas baratas.

En resumen, si desea usar carriles de alta velocidad en su dispositivo y construye un cable cautivo en él, no necesita agregar un chip multiplexor de alta velocidad para admitir dos rotaciones de cable diferentes, ya que entonces, es la responsabilidad del host para adaptarse a la orientación del cable cautivo. Además, dado que la única línea CC posible está cableada, solo necesita una resistencia de 5,1 KΩ en lugar de dos, y tampoco necesita un marcador electrónico. Si está agregando un puerto hembra con carriles de alta velocidad a su puerto, por otro lado, necesita un multiplexor.

En un arreglo tacaño de vender un puerto USB-C con muchas funciones en Aliexpress por $ 15, eso simplemente no funcionará. Como resultado, muchos dispositivos económicos vendrán con cables cautivos, lo que facilita y dificulta las cosas. Por el lado positivo, ya no tiene que preocuparse por elegir el cable correcto para conectar dicho dispositivo, y es más probable que cumpla con los estándares de una manera útil, solo por lo simple que es implementar un cable cautivo. En el lado negativo, está limitado al cable que está soldado al dispositivo, y se rompe, se rompe todo el dispositivo. Además, no puedes extenderlo del todo. ¿O puedes?

Hablemos de las extensiones la próxima vez, así como de otros tipos de cables USB-C que pueden o no cumplir con las especificaciones. Por ahora, aquí hay algo para recordar: los cables están diseñados para ser fáciles de reemplazar. Si un cable ya no es su amigo, o está siendo raro, déle una marca de vergüenza, colóquelo en un lugar donde no se sienta tentado a usarlo y solicite un reemplazo; mejor aún, algunos reemplazos. Al igual que con los cables MicroUSB, reemplazarlos es la forma principal de hacer que desaparezcan la mayoría de los problemas con los cables.