USB (Universal Serial Bus)

USB é uma especificação de comunicação entre dispositivos e um controlador de host (normalmente computadores pessoais), desenvolvido e inventado por Ajay Bhatt funcionário na Intel. O USB começou a ser desenvolvido em 1994 por um grupo de sete empresas: Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC e Nortel.


Na sua concepção original, o padrão de ligação, destina-se a facilitar a ligação entre dispositivos externos para computadores pessoais PC, substituindo uma infinidade de conectores na parte traseira dos computadores simplificando a configuração de software de todos os dispositivos conectados no USB, bem como permitir uma maior largura de banda para dispositivos externos.



simbolo USB Antes desta norma, para configurar um dispositivo ligado a um computador, era necessário configurar os IRQs e ou jumpers, é introduzido com esta norma o padrão "Plug and Play"(Ligar e Usar) que permite ao utilizador menos experiente ligar qualquer dispositivo sem necessidade de configuração adicional a nível de hardware.


Cabos e Fichas(Conectores) USB

Cabos USB 1.x/2.0
Pino Nome Cor Cabo Descrição
1 VCC Encarnado +5V
2 D- Branco Data -
3 D+ Verde Data +
4 Massa Preto Massa

O comprimento máximo de um cabo USB padrão (para USB 2.0 ou anterior) é de 5,0 metros. A principal razão para esse limite é o atraso máximo permitido de 1.500 ns. Se os comandos host USB não são respondidas pelo dispositivo USB no prazo fixado, o sistema considera o comando perdido. O atraso máximo aceitável para os cabos é de 26 ns. A especificação USB 2.0 requer que o atraso no cabo seja inferior a 5,2ns por metro (192.000Km/s), que fica perto da largura de banda máxima para cabo de cobre padrão). Isso permite a utilização de um cabo de 5 metros. O padrão USB 3.0 diretamente não especifica um comprimento máximo de cabo, exigindo apenas que todos os cabos tenham especificações elétricas que permitam. Para cabos de fio de cobre, alguns cálculos sugerem um comprimento máximo de 3m. No cabo de fibra óptica, é provável que venham a ter um comprimento maior e um desenvolvimento e construção mais complexo. e construção mais complexa.

Conectores Fichas USB Standard A/B USB TIPO A - TIPO B
conectores USB Ficha USB USB tipo A, USB tipo B

Falhas Porta USB

Com algum frequência aparecem portas USB que não funcionam, na maior parte dos casos, o cabo de ligação da ficha do painel exterior não está ligada ao interior do computador (main board). Noutros casos (menos frequentes felizmente) a ficha USB foi ligada incorretamente ao interior do computador, esta falha de ligação pode produzir danos nos dispositivos USB que se vão ligar ao computador.

fichas de ligação usb à motherboard

O que acontece é que o técnico ao instalar o cabo externo de USB pode fazer a ligação de forma errada uma vez que algumas motherboards não têm informação de ligação sem consultar o manual

ficha de ligação frontal USB motherboard

Testar Porta USB

testador para USB
Circuito Teste USB

A ligação de um dispositivo externo USB a uma porta com ligação deficiente pode queimar definitavente o dispositivo que pretendemos ligar. Para evitar avarias acidentais e testar as portas na saída da montagem existe um dispositivo simples de construir que evita danos maiores.

testador led verde ligadotestador led amarelo ligado Ao ligar o LED verde fica aceso e o amarelo pisca 3 vezes: A polarização está certa, o computador tenta comunicar com o dispositivo de teste.
Se existe uma troca entre o D- e o D+ o testador indica bom funcionamento, no entanto, os dispositivos ligados não funcionam. A troca do D+ com o D- não causa danos aos dispositivos.

testador led amarelo ligado LED amarelo aceso: Erro nas ligações internas à motherboard, verifique as ligações.

testador led vermelho ligado LED vermelho aceso: Erro na polaridade, possivel troca entre o Power e o GND, neste caso não ligue nada à porta, pode danificar o equipamento ligado.

Todos os leds apagados: A porta está sem alimentação ou os cabos estão mal ligados internamente, não ligue nenhum equipamento à porta até verificar as ligações internas.

ATENÇÃO: Ao construir este circuito não troque as polaridades.


USB2.03.03.1 Gen 23.24.04 2.0
Velocidade480Mb/s4,8Gb/s10Gb/s20Gb/s40Gb/s80Gb/s
Corrente500mA900mA900mA900mAVariável
com USB PD
Variável
com USB PD
Pot. Máx.2,5W
5V 0,5A
4,5W
5V 0,9A
4,5W
5V 0,9A
4,5W
5V 0,9A
100W
20V 5A
100W
20V 5A
Plug and Play(1)SimSimSimSimSimSim
Hot-swappable(2)SimSimSimSimSimSim
Compatibilidade(3)SimSimSimSimSimSim

USB 3.0 - USB SUPERSPEED

simbolo USB 3.0
Simbolo USB 3.0

Desde o aparecimento da tecnologia USB em 1994 e, desde então, várias revisões e melhorias foram implantadas. As mais populares são as versões 1.1 e 2.0, a primeira (1.1) permite alcançar, no máximo, taxas de transmissão de 12 Mb/s, enquanto que a segunda(2.0) pode oferecer até 480 Mb/s.

Em Novembro de 2008 são anunciadas as especifições para a revisão 3.0 e, tem como principal característica, a capacidade de oferecer taxas de transferência de dados de até 4,8 Gb/s (gigabits por segundo).

(1)Permite ligar e usar.
(2)Permite ligar e desligar dispositivos sem necessidade de desligar o dispositivo.
(3)Compatibilidade com versões USB anteriores.

Conetor USB 3.0 A

Os conetores e tomadas USB 3.0 são parecidos com os 2.0 mas não são iguais. Os cabos da tecnologia USB 3.0 são compostos por nove fios e os cabos USB 2.0 utilizam 4. As fichas (conetores) USB 3.0 têm contatos para os fios adicionais. Se, um dispositivo USB 2.0 for ligado a uma tomada USB 3.0, usará apenas os contatos frontais do conetor.

SuperSpeed standard A pinout

conetor USB 3.0 A
USB 3.0 A
USB 3.0 A StandardPlug
1VBUS Red pinout USB 3.0 A
2 D- White
3 D+ Green
4 GNDBlack
5 StdA_SSRX- Blue
6 StdA_SSRX+ Yellow
7 GND_DRAIN GROUND
8 StdA_SSTX- Purple
9 StdA_SSTX+ Orange
Shell Shield Connector Shell
USB 3.0 A ligação periferico

SuperSpeed standard B pinout

conetor USB 3.0 B
USB 3.0 B
USB 3.0 B StandardPlug
1VBUS Redpinout USB 3.0 B
2 D- White
3 D+ Green
4 GNDBlack
5 StdA_SSRX- Blue
6 StdA_SSRX+ Yellow
7 GND_DRAIN GROUND
8 StdA_SSTX- Purple
9 StdA_SSTX+ Orange
Shell Shield Connector Shell
USB 3.0 B ligação periferico

USB Type-C

USB type-C pinout

USB4 e USB4 2.0

USB4 e USB4 2.0 são as mais recentes evoluções na tecnologia USB, introduzem melhorias significativas em termos de velocidade, eficiência e compatibilidade.

USB4

2019

  • Velocidade:Até 40Gbps;
  • Compatibilidade: Compatível com USB2.0 e USB3.X;
  • Cabos e conectores: USB Type-C (para atingir a velocidade máxima requer cabos certificados);
  • Energia: Suporta USB Power Delivery (PD).

USB4 2.0

2022

  • Velocidade: Até 80Gbps;
  • Compatibilidade: Retrocompatível com USB2.0 e USB3.X, compatível com thunderbolt 3 e 4 e USB4;
  • Cabos e conectores: USB Type-C (para atingir a velocidade máxima requer cabos certificados);
  • Energia: Suporta USB Power Delivery (PD).

Limitações no comprimento dos cabos USB

É comum adquirir-se um cabo USB e, ao não chegar fisicamente para interligar os dois dispositivos, colocamos uma extensão que ao ser ligada faz com que deixe de trabalhar.

Comprimento máximo para USB 2.0

A especificação USB 2.0 limita o comprimento de um cabo entre dispositivos USB 2.0 (Full Speed ​​ou Hi-Speed) a 5 metros. Por outras palavras, não se pode simplesmente interligar múltiplos cabos. Assim, para que não existam falhas na utilização, sem amplificação, o cabo USB 2.0 não deve exceder os 5 metros.

Comprimento máximo para USB 3.0

A norma 3.0 e 3.1 não especifica um comprimento máximo de cabo entre dispositivos USB 3.0 / 3.1 (SuperSpeed ​​ou SuperSpeed ​​+) mas há um comprimento recomendado de 3 metros. No entanto, a maior limitação ao comprimento do cabo é a qualidade do cabo. Os resultados podem variar, porém, com um cabo de alta qualidade pode-se ir além dos 3 metros. Mas, para garantir bons resultados, use um cabo ativo que possibilita o funcionamento com comprimentos superiores aos aconselhados.

Comprimento máximo para USB 4.0

Para obter um desempenho total de 40 Gbps da "Geração 3", os cabos USB4 devem ter menos de 0,8 m ou 2,6 pés. Os cabos Gen 2 ou 20 Gbps podem ter até 2 m ou 6,5 pés. O cabo para além deste comprimento ainda funcionará, mas poderá sofrer uma redução de desempenho.

Como superar as limitações de comprimento do USB

Com as especificações a limitar o comprimento dos cabos, há alguma forma de estender esses limites? Sim! No entanto, para superar os limites de comprimento de cabo (ou comprimentos recomendados), é necessário usar hubs USB auto-alimentados ou cabos ativos (repetidores) que também têm os seus próprios limites. Outras opções, como USB over Ethernet ou construir sua própria ponte USB, podem estender ainda mais o alcance do USB.

Hubs USB e extensões ativas

Cabos de extensão e hubs USB auto-alimentados podem ser usados para estender o alcance dos dispositivos USB. Os cabos de extensão ativa USB contêm componentes que regeneram/amplificam o sinal USB. Cabos ativos são essencialmente hubs USB de 1 porta. Pode usar um cabo USB comum em conjunto com um cabo ativo, desde que o cabo normal não tenha mais de 5 metros de comprimento para dispositivos 2.0 e não mais que 3 metros de comprimento para dispositivos 3.0. Normalmente, os cabos ativos são cabos alimentados por barramento. Para garantir que recebem energia necessária ao seu funcionamento (500mA) de uma porta USB, deve-se considerar a aquisição de um cabo ativo que inclua um adaptador de energia sem a necessidade de alimentação através da tomada USB.

Número máximo de hubs USB

As especificações USB 2.0 / 3.0 / 3.1 permitem apenas 7 níveis de dispositivos a serem interligados. Quando se conta os dispositivos em cada extremidade (o host e o dispositivo periférico), ficamos apenas com 5 camadas disponíveis sendo que cada hub USB é considerado de 1 nível. Assim, podem ser saudos no máximo de 5 hubs USB para um comprimento máximo total de 30 metros. USB4 permite até 127 portas.

Comprimento máximo do cabo USB ativo (repetidor)

O valor máximo depende da utilização de cabos comuns com ativos ou não. Se não se usar um cabo comum, o comprimento máximo de cabo ativo para USB 2.0 é de 30 metros e o comprimento máximo recomendado para USB 3.0 / 3.1 é de 18 metros). Se usarmos um cabo comum (comprimento máximo de 5 metros para 2.0 e comprimento máximo de 3 metros para 3.0 / 3.1) com um cabo ativo, então o comprimento máximo para USB 2.0 é de 25 metros e o máximo recomendado comprimento para USB 3.0 / 3.1 é de 15 metros.

Como exceder os 30 metros com cabos USB

Existem outras formas de propagar um sinal USB para além do limite de 30 metros. Pode-se usar para atingir distâncias até 100 metros. Além disso, pode-se construir sua própria ponte USB para transmitir dados através de diferentes canais de comunicação, como métodos sem fio.

Identificar Conector USB

conetor USB A
USB A
conetor USB B
USB B
conetor USB B
USB B Micro
conetor USB B Micro
USB B
conetor USB C
USB C
conetor USB 4
USB 4

Lightning e USB são a mesma coisa?

Não, os conectores Lightning e USB não são a mesma coisa, porém, ambos são usados para interligar(conectar) e carregar dispositivos.

Lightning é um conector da Apple usado nos iPhone, da versão 5 até ao iPhone 14 e em iPads e acessórios enquanto USB é um padrão universal. Com o iphone 15 a Apple começou também a usar o USB-C comum aos dispositivos Android.

Lightning

  • Desenvolvido pela Apple: Lightning é um conector proprietário criado pela Apple, lançado em 2012.
  • Uso exclusivo: É utilizado em dispositivos da Apple, iPhones, iPads e alguns modelos de iPods.
  • Formato: O conector é pequeno e reversível, o que significa que pode ser conectado de qualquer lado.
  • Velocidade de transferência: Em geral, o Lightning tem uma velocidade de transferência menor que o USB-C, mas é suficiente para as tarefas típicas dos dispositivos Apple.

USB

  • Padrão universal: USB é uma tecnologia aberta, usada em dispositivos de várias marcas.
  • Formatos e versões: O USB-C é reversível, como o Lightning, e os cabos USB também suportam diferentes padrões de velocidade (USB 2.0, 3.0, 3.1, etc.).
  • Velocidade e potência: O USB-C pode oferecer transferências muito rápidas (até 40 Gbps com USB4) e uma potência mais elevada para carregamento rápido, ideal para laptops, tablets e outros dispositivos com necessidade de cargas mais elevadas.
O USB-C é mais rápido e mais amplamente adotado, inclusive em dispositivos Apple mais recentes, substituindo o Lightning.