Decodificando dos padrões USB de 1.0 a 4.0

(Fonte da imagem: Same Sky)

O barramento serial universal, mais conhecido em sua forma abreviada de USB, é indiscutivelmente o padrão de interconexão mais bem reconhecido no mercado atualmente. No entanto, muitas pessoas, particularmente aquelas fora da comunidade de engenharia, talvez não pensem duas vezes sobre o que o USB implica. De forma simples, "barramento" é uma forma de transferir dados ou energia em um sistema eletrônico entre diferentes componentes, enquanto o termo "serial" indica que os dados são transmitidos um bit de cada vez sobre o mesmo fio (ou alguns fios). Juntos, o USB fornece um padrão de engenharia que estabelece especificações "universais" para os conectores e cabos usados para interligar os vários dispositivos em um sistema eletrônico.

Como uma forma simples e conveniente de interconexão e comunicação de dados entre dispositivos, o USB evoluiu para fazer muito mais desde sua estréia em 1996. Antes de sua introdução nos anos 90, o cenário de interconexão era de complexidade e taxas lentas de transferência de dados. Graças a mais de 25 anos de constantes melhorias e mudanças, o USB e a USB Implementers Forum (USB-IF) criaram capacidades de interconexão além do que se pensava originalmente ser possível com velocidades de dados cada vez maiores, transferência de energia e muito mais. Entretanto, com estas melhorias contínuas surgiram novas normas, atualizações das normas existentes e uma variedade de convenções de nomenclatura. Como resultado, tentar se manter atualizado com os últimos padrões USB pode ser uma tarefa que se depara tanto com confusão quanto com contradição. Este artigo tem como objetivo fornecer um histórico detalhado dos padrões USB enquanto esclarece as últimas convenções da nomenclatura USB.

Interconexão antes do USB

Como mencionado acima, o cenário pré-USB era aquele onde as taxas de transferência de dados eram a norma, muitas vezes variando de 100 quilobytes (kB) por segundo para paralelo a 450 quilobits (kb) por segundo para serial. Os fabricantes de computadores não só utilizavam portas seriais e paralelas, mas também havia uma variedade de plugues, conectores e cabos proprietários que frequentemente exigiam drivers e placas dedicadas. Além disso, a troca ou conexão em funcionamento era limitada, exigindo que o hardware precisasse ser desligado antes de ligar qualquer dispositivo e voltar a ligar o hardware.

A USB-IF começou a desenvolver o padrão USB em 1994 com vários pré-lançamentos (USB 0.8 e 0.9) que foram anunciados, mas nunca disponíveis comercialmente. Em 1995, o USB 0.99 encerrou a lista de padrões pré-lançados e novamente não estava disponível comercialmente.

USB 1.0 e 1.1

O USB 1.0 marcou o primeiro grande lançamento dos padrões USB em 1996, oferecendo taxas de transferência de dados de 1,5 megabits por segundo (Mbps) em baixa velocidade e 12 Mbps em velocidade máxima. Embora o USB 1.0 oferecesse a conveniência da troca em funcionamento e da auto-configuração, não foi amplamente adotado como a primeira versão comercialmente disponível do USB.

Dois anos mais tarde, em 1998, o USB 1.1 foi introduzido. Embora correspondesse às capacidades de transferência de dados do USB 1.0, ele também poderia operar a velocidades mais lentas para dispositivos com menor largura de banda. Com a marcação de velocidade máxima (Full Speed), o USB 1.1 foi adotado pela iMac G3 da Apple, que suspendeu o uso de portas seriais e paralelas. Isto abriu o caminho para uma adoção mais ampla dos padrões USB que seguiu adiante. USB 1.0 e 1.1 também especificaram o uso de padrões de conectores físicos USB, Tipo A e Tipo B.

Figura 1: Padrões de conectores USB tipo A e tipo B. (Fonte da imagem: Same Sky)

USB 2.0

O início do século²¹ trouxe consigo uma necessidade crescente de velocidades mais altas de transferência de dados devido à aceitação cada vez maior dos PCs e seus vários periféricos. Portanto, o USB 2.0 chegou ao mercado em abril de 2000. Este padrão veio com capacidades de transferência de dados de 480 Mbps, mas as limitações do barramento diminuíram isto para 280 Mbps. O USB 2.0 recebeu a marca de alta velocidade (High Speed) e era compatível com os padrões anteriores e suas velocidades de 1,5 ou 12 Mbps. Neste ponto, o uso do USB como fonte de alimentação começou a se tornar uma prática mais comum, e os padrões elétricos ofereciam até 500 mA de energia a 5 V.

O USB 2.0 também introduziu o USB On-the-Go, que ofereceu a capacidade de dois dispositivos interagirem sem a necessidade de um host USB separado. Até este ponto, as conexões USB estavam sempre entre um host (um computador) e um periférico (um mouse, teclado, dispositivo de música, etc.).

Em termos de padrões de conectores físicos, o USB 2.0 é compatível com conectores USB Tipo A, B e C, bem como Mini e Micro A e B. Entretanto, os conectores físicos de Micro A e B e Tipo C foram introduzidos muitos anos depois, em 2007 e 2014, respectivamente.

USB 3.0

O USB 3.0 e mais além é onde os padrões USB passaram por várias iterações e mudanças em suas convenções de nomenclatura. Para limitar a confusão, vamos nos referir aos padrões por seu nome de lançamento original antes de esclarecer as últimas convenções de nomenclatura com mais detalhes.

Lançado em 2008, o USB 3.0 suportava transferência de dados de até 5 gigabits por segundo (Gbps), mas atingiu velocidades mais próximas a 3 Gbps. Com a marca SuperSpeedUSB, o USB 3.0 dobrou as quatro linhas de conexão de hardware USB 2.0 para oito e permitiu a transferência bidirecional de dados, enquanto permaneceu compatível com USB 2.0. O padrão também aumentou a capacidade de energia para 900 mA a 5 V. Também é importante observar que o hardware específico do USB 3.0, como os conectores USB 3.0 Tipo A e B, são coloridos de azul para indicar sua compatibilidade.

Com a introdução das convenções de nomenclatura USB 3.2, o USB 3.0 é agora conhecido como USB 3.2 de geração 1.

USB 3.1

Idêntico ao USB 3.0, o USB 3.1 foi um padrão provisório lançado em 2013 que simplesmente dobrou as taxas de dados em até 10 Gbps. Foi-lhe dada a marca SuperSpeed+ e em certo momento teve uma convenção de nomenclatura de dois níveis: USB 3.1 ger.1 (USB 3.0) e USB 3.1 ger. 2. Novamente, com a introdução das convenções de nomenclatura USB 3.2, o USB 3.1 ger. 2 é agora citado como USB 3.2 ger. 2.

USB 3.2

Introduzido em setembro de 2017, o padrão USB 3.2 substituiu as convenções de nomenclatura do padrão USB 3.0 e 3.1, enquanto adicionava uma terceira camada de capacidade de dados de até 20 Gbps. Rotulado como USB 3.2 ger. 2x2, este padrão utiliza totalmente os canais de transferência de dados de via dupla do conector USB Type-C®, que pode transmitir 10 Gbps em cada sentido sobre dois pares de fios. Também é comum ver as duas camadas inferiores do padrão USB 3.2 listadas como USB 3.2 ger. 1x1 ou USB 3.2 ger. 2x1, que simplesmente fornece um contexto adicional ao número de linhas de dados utilizadas.

Para mais esclarecimentos, o USB-IF forneceu uma marca atualizada para cada camada que consiste na familiar marca SuperSpeed USB seguida do limite de transferência de dados. Como mostrado na Tabela 1 abaixo, esses nomes alternativos são os seguintes: SuperSpeed USB 5 Gbps, SuperSpeed USB 10 Gbps e SuperSpeed USB 20 Gbps.

Tabela 1: Convenções de nomenclatura definidas do USB 3.2. (Fonte da imagem: Same Sky)

USB 4.0

Baseado no protocolo Thunderbolt 3, o USB 4.0 foi lançado em agosto de 2019 com transferência de dados de até 40 Gbps e um método dedicado de transferência de vídeo. O padrão Power Delivery 3.1 também aumentou a capacidade de energia do USB até 240 W. Embora tecnicamente, os padrões Power Delivery e USB 4.0 sejam separados, eles foram desenvolvidos em paralelo e são comumente encontrados juntos. Ambos os padrões recentes só são plenamente utilizados através das capacidades de hardware do conector USB Type C físico.

A USB-IF também refinou as convenções de nomenclatura USB 4.0, mudando-o para USB4 com os duas camadas seguintes:

• USB4 20 Gbps (velocidade de dados compatível com sua nomenclatura)
• USB4 40 Gbps (velocidade de dados compatível com sua nomenclatura)

Cada um das camadas para USB4, bem como o USB 3.2 mencionado anteriormente, tem um novo logotipo associado a ele para uso em produtos, na esperança de esclarecer qualquer confusão do consumidor no mercado. Entretanto, a variedade de nomes para os padrões USB tem apresentado vários desafios, já que os dispositivos ainda são frequentemente citados sob o antigo esquema de nomes.

Tabela 2: Convenções atuais de nomenclatura USB e logotipos associados (Fonte da imagem: Same Sky)

O futuro do USB

Esperamos que este artigo tenha funcionado para esclarecer algumas das confusões em torno dos padrões USB e, ao mesmo tempo, proporcionar um vislumbre da rápida evolução da história de suas capacidades e funcionalidades em constante aperfeiçoamento. Pode ser fácil tomar por garantida esta pequena, econômica e fácil maneira de conectar periféricos encontrados em smartphones, dispositivos móveis e até mesmo aplicações industriais. Os conectores USB utilizados exclusivamente para fins de carregamento (USB Tipo C projetado para aplicações somente de energia) sem qualquer transferência de dados estão até mesmo se tornando prática comum. Parece seguro dizer que o USB continuará a encontrar novos usos e capacidades no futuro e a Same Sky tem engenheiros cobertos com uma gama de conectores USB e cabos USB em vários fatores de forma projetados para atender múltiplos padrões USB.