Approfondire USB 3.1 type-C: il connettore tuttofare L’Universal Serial Bus (USB) è uno standard industriale sviluppato a metà degli anni ‘90 da Intel, Compaq, Digital Equipment Corporation, IBM, Microsoft, NEC e Nortel. Definisce i cavi, i connettori e i protocolli di comunicazione utilizzati in un bus seriale per il collegamento, la comunicazione e l’alimentazione tra computer e dispositivi elettronici. L’USB è stato progettato originariamente per standardizzare il collegamento di periferiche (tastiere, dispositivi di puntamento, fotocamere digitali, stampanti, lettori multimediali portatili, unità disco e schede di rete) con i personal computer, sia per il trasporto di informazioni che per la fornitura di alimentazione elettrica. L’architettura di un sistema USB è asimmetrica: è presente un singolo gestore (nel PC) e molte periferiche collegate ad albero, attraverso i dispositivi chiamati hub (che possono trovarsi nel PC e/o essere esterni). Ogni gestore supporta fino a un massimo di 127 periferiche, ma nel computo vanno inclusi anche gli hub e il gestore stesso; quindi, in realtà, il numero totale di dispositivi collegabili è sensibilmente inferiore. Di fatto, la presenza di una o più porte USB rappresenta oggi la normalità su PC, smartphone, TV e console per videogiochi perché ha sostituito, a livello informatico, una varietà di interfacce precedenti come le porte seriali, parallele e PS/2, oltre agli alimentatori esterni per i dispositivi portatili. Dall’USB 1.0 all’USB 2.0 La porta USB 1.0 iniziò ad essere presente su uno sparuto numero di dispositivi nei primi mesi del 1997. La velocità di trasferimento dati era di soli 1,5 Mbit/s (versione Low Bandwidth o Low Speed) e, all’atto pratico, consentiva soltanto di collegare un mouse o una tastiera ad un PC, ad una distanza non superiore di 1,5 metri. Nell’agosto del 1998, per risolvere i molti problemi individuati 12 STANDARD & CONNETTORI In 15 anni anni lo standard USB si è trasformato da una semplice porta di comunicazione per collegare il mouse al PC ad uno standard capace di sostituire, da sola, tutte le altre, alimentazione compresa. Sistemi Integrati - Audio/Video Volume 2 - 2015 nella versione 1.0, fu introdotto lo standard USB 1.1: questa è stata la prima versione ad essere ampiamente adottata. Fu finalmente sfruttata la velocità di 12 Mbit/s (versione Full Bandwidth o Full Speed) che, sebbene già prevista nella versione 1.0, non era stata ancora impiegata: la conseguenza più evidente fu che, attraverso questa interfaccia, poterono essere collegati ai PC gli hard disk esterni. La Figura 1 riporta i connettori USB (Type A e Type B) con la relativa piedinatura, gli unici presenti agli esordi di questo fortunato standard. L’USB 2.0 (HighSpeed USB) vide la luce nell’aprile del 2000, vantando un eccezionale aumento prestazionale rispetto al suo predecessore. Infatti, il data transfer di 480 Mbit/s (limitato nella pratica a circa 280 Mbit/s) rese questa interfaccia oltre 20 volte più veloce dell’USB 1.1, di gran lunga il sistema di collegamento più popolare tra le apparecchiature. Consentì, addirittura, i primi trasferimenti di flussi video digitali su USB (cosa possibile fino ad allora con l’IEEE1394 Firewire, la cui velocità si aggirava sui 400 Mbit/s). L’interfaccia USB 2.0, a tutt’oggi, è il TABELLA 1- PIEDINATURA CONNETTORI USB 1.2 E 2.0 - TYPE A E TYPE B Pin Segnale Colore conduttore Funzione 1 VBUS Rosso (o arancio) +5 V 2 D- Bianco (o giallo) Data- 3 D+ Verde Data+ 4 GND Nero (o blu) Massa Come si può notare dalla presenza di 2 soli conduttori dedicati al transito dei dati, la trasmissione è di tipo seriale differenziale, half duplex, su una singola coppia twistata (D- e D+). I livelli trasmessi sono compresi tra 0 e 0,3 V (segnale logico ‘low’) e 2,8 e 3,3 V (segnale logico ‘high’). La corrente massima assorbita da un dispositivo collegato a una porta USB 1.1 (5 Vc.c. tra Pin1 e Pin 4), che non sia espressamente dedicata alla ricarica, non può eccedere i 500 mA. 4 3 2 1 1 2 4 3 1 2 3 4 2 1 3 4 Figura 1A. La piedinatura dei connettori maschio USB Type A (a sinistra) e Type B (a destra). Figura 1B. La piedinatura dei connettori femmina USB Type A (a sinistra) e Type B (a destra).
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