Como simplificar a conectividade usando USB-C

Os computadores pessoais, laptops e tablets continuam a encolher, deixando pouco espaço para conectores de interface e de energia. Ao mesmo tempo, as taxas de dados estão aumentando, e há um número crescente de padrões de interface de dados, áudio e vídeo, cada um com seu conector de interface distinto. No entanto, os usuários continuam a exigir simplicidade e flexibilidade. A solução para esses problemas é um conector físico USB Type-C™ (USB-C).

Este artigo discute brevemente os requisitos modernos de conectividade e como eles podem ser atendidos usando o USB-C. Ele inclui exemplos de acoplamento/ancoragem, conectores e cabos USB-C da Tripp Lite by Eaton e mostra como eles podem ser usados para simplificar a conectividade de dispositivos.

Padrões USB

O padrão de interface USB começou como um barramento periférico para itens de interface de computador, como teclados, mouses e memória removível. Ao longo dos anos, amadureceu em uma série de padrões para se tornar a principal interface para computadores, periféricos e telefones. Ele também adicionou o fornecimento de energia (PD) e permitiu o tunelamento de vários protocolos, como DisplayPort (DP), Ethernet e interface multimídia de alta definição (HDMI). A versão mais recente, USB4, suporta taxas de dados de 40 gigabits por segundo (Gbps) e PD de até 240 watts (Rev. 3.1). Ele ainda mantém a compatibilidade com versões anteriores do padrão, como USB 3.2 e USB 2.0.

Os conectores usados com USB evoluíram dos conectores USB-A e USB-B originais e suas variantes para o atual conector USB-C. O USB 3.2 ger. 2, que suporta transferências de dados de até 10 Gbps, foi o último padrão USB que permitiu o uso de conectores USB-A e USB-B mais antigos. O USB 3.2 ger. 2x2 suporta taxas de dados de 20 Gbps e requer um conector USB-C, assim como o USB4.

O conector USB-C

Os conectores físicos USB, como o USB-C, são diferentes dos padrões de interface USB, como o USB4. Os conectores USB que consistem em plugues e receptáculos são especificados separadamente pelo USB-IF (USB Implementers Forum). Apesar de toda sua capacidade da taxa de transferência e potência, os conectores USB-C são pequenos, apenas um pouco maiores que os microconectores USB-A, o que os torna adequados para dispositivos pequenos.

Um conector USB-C usa 24 pinos dispostos para encaixar contatos correspondentes em qualquer orientação, tornando o conector reversível. As atribuições da pinagem de sinal de um conector USB-C fornecem informações sobre as funções de alimentação, dados e controle do padrão USB (Figura 1).

Figura 1: São mostradas as atribuições dos pinos de sinal do conector USB-C; os contatos correspondentes podem ser acoplados em qualquer orientação, tornando o conector reversível. (Fonte da imagem: Tripp Lite by Eaton)

O USB PD é uma especificação de fornecimento de energia interativa que permite que os dispositivos negociem a fonte, o sumidouro de energia (carga) e o nível de potência fornecido usando os pinos VBUS e terra. Há quatro contatos de alimentação VBUS e quatro terras. Os níveis máximos de potência são definidos pelo padrão USB usado nos dispositivos e estão em conformidade com a especificação USB PD. No USB PD, as alocações de energia entre as fontes de alimentação e os dispositivos de carga são negociadas usando as linhas de configuração do canal (CCx).

As linhas CCx são usadas para detectar a orientação da conexão e a configuração do canal. Elas também são usadas para controle de potência e sinalização com USB PD. No USB PD, o nível máximo de potência de 240 watts está disponível com base em uma tensão de alimentação de 48 volts em um nível de corrente de 5 amperes (A). Embora todos os cabos USB-C incluam as linhas CCx e sejam compatíveis com o USB PD, eles podem não ser compatíveis com a faixa completa de tensões e correntes especificadas no USB PD. Os usuários devem consultar a ficha técnica do cabo para saber o nível de potência suportado.

As linhas D+ e D- dedicadas mantêm a compatibilidade com o antigo padrão USB 2.0, que opera em uma taxa de dados mais baixa do que as versões atuais do USB.

Os pinos destacados em azul abrangem quatro pares de sinais diferenciais, formando duas vias de dados compatíveis com o USB SuperSpeed. São suportadas taxas de dados de 10 Gbps para USB 3.2 ger. 2x1, 20 Gbps para USB 3.2 ger. 2x2 e 40 Gbps para USB4 ger. 3x2.

As linhas de uso de banda lateral (SBU1 e SBU2) são sinais auxiliares usados nos modos de mídia alternativos compatíveis com a especificação USB-C para permitir o uso múltiplo do conjunto de conectores. O canal AUX lida com o gerenciamento de links e o controle do modo de teste. Depois de configurar a alocação de energia entre os dispositivos, o USB PD pode iniciar links de dados em modo alternativo (Alt Mode), como o DP. Ele negocia o handshaking do Alt Mode usando mensagens definidas pelo fornecedor (VDM) nos links SBU. Após a negociação DP do Alt Mode, o DP prosseguirá com o treinamento do link para estabelecer a conexão. O treinamento do link de DP otimiza o link entre uma fonte de DP e o sumidouro para garantir uma conexão robusta para dados de streaming. O DP Alt Mode permite que os cabos USB-C manipulem dados USB, matriz de gráficos de vídeo (VGA), interface visual digital (DVI), HDMI e sinais de vídeo DP.

Uma opção para enviar protocolos alternativos por USB é o tunelamento de protocolo. O tunelamento de protocolo cria um canal de dados em um protocolo, que envia dados de outro protocolo pelo cabo. Usando esse mecanismo, um túnel USB-C pode enviar dados DP ou PCIe entre dispositivos.

Cabos USB-C

Os cabos USB-C oferecem uma variedade de comprimentos, manuseio de potência e velocidades de transferência de dados para corresponder ao padrão USB que está sendo usado. A Tripp Lite by Eaton oferece quase uma centena de tipos de cabos USB-C para fornecer uma ampla gama de funções e opções de expansão para dispositivos que usam conectores USB-C.

Um bom exemplo é o U520-31N, um cabo USB4 com plugues em cada extremidade. Ele é compatível com o DP Alt Mode, oferecendo resolução de vídeo 4K ou 8K a uma taxa de atualização de 60 Hertz (Hz). O U520-31N também é compatível com USB PD e é dimensionado para suportar 5 A a 20 volts para fornecer 100 watts de potência. O cabo tem cerca de 79 centímetros (cm) (ou precisamente 0,7925 metros (m)) de comprimento e tem uma taxa de transferência máxima nominal de 40 Gbps. Observe que a taxa de transferência máxima dos cabos USB-C varia inversamente com o comprimento.

Para fins de comparação, o MTB3-01M5-5A-B (Figura 2) é um cabo compatível com USB 3.2 ger. 2x2 dimensionado para lidar com dados a taxas de transferência de 20 Gbps, que suporta resolução de vídeo 4K a 60 Hz. Assim como o cabo USB4, ele é compatível com USB PD com o mesmo dimensionamento de 100 watts. Esse cabo tem um comprimento de 1,5 m (5 pés), por isso a taxa de dados máxima mais baixa.

Figura 2: O MTB3-01M5-5A-B é um cabo USB 3.2 ger. 2x2 compatível com taxas de dados de até 20 Gbps. (Fonte da imagem: Tripp Lite by Eaton)

Adaptadores USB-C

Os adaptadores são conectados a uma porta de entrada/saída (E/S) em um computador e convertem seu protocolo em outro padrão. Por exemplo, o Tripp Lite by Eaton U436-06N-GB-C é um adaptador de rede USB-C para Gigabit que funciona com dispositivos que usam USB 3.0, USB 3.1 ger. 1 ou USB 3.2 ger. 1 com taxas de dados de até 5 Gbps (Figura 3).

Figura 3: O U436-06N-GB-C é um adaptador USB-C para Gigabit Ethernet com uma porta de carregamento USB-C. (Fonte da imagem: Tripp Lite by Eaton)

O conector de entrada é um plugue USB-C e a saída é um jack Ethernet RJ-45. O adaptador também inclui um jack USB-C que pode fornecer até 60 watts (20 volts a 3 A). Esse adaptador permite que os laptops com apenas USB-C usem uma conexão Ethernet cabeada se a conexão sem fio não estiver disponível ou for muito lenta.

Como o padrão USB pode lidar com muitos protocolos diferentes, é natural que surjam adaptadores multiportas. Esses adaptadores geralmente oferecem portas de comunicação de dados que não estão mais disponíveis em laptops menores.

Um bom exemplo é o U444-06N-H4GUC2. Esse adaptador é compatível com áudio digital, vídeo 4K a 60 Hz, USB PD e Gigabit Ethernet a partir da porta USB-C de um computador (Figura 4).

Figura 4: O adaptador multiportas U444-06N-H4GUC2 adiciona HDMI, Ethernet, uma porta de carregamento USB-C e uma porta USB-A a um computador. (Fonte da imagem: Tripp Lite by Eaton)

A porta USB-A no U444-06N-H4GUC2 pode fornecer 7,5 watts (5 volts a 1,5 A), enquanto a porta de carregamento USB-C fornece 25 watts (5 volts a 5 A).

As estações de acoplamento convertem laptops em estações de trabalho

As estações de acoplamento expandem a conectividade de um laptop adicionando várias portas por meio de um conector USB-C. Basicamente, eles convertem um laptop em uma estação de trabalho multifuncional. Por exemplo, o Tripp Lite by Eaton U442-DOCK2-S USB-C adiciona portas dedicadas para HDMI, mini DP, VGA, Ethernet, memória SD e microSD, fornecimento de energia USB-C e três conectores USB-A (Figura 5). Um jack de fone de ouvido de 3,5 mm também está incluído.

Figura 5: A estação de acoplamento USB-C U442-DOCK2-S aumenta o número e os tipos de portas disponíveis em um laptop, incluindo áudio, vídeo, memória, USB e Ethernet. (Fonte da imagem: Tripp Lite by Eaton)

As portas mini DP e HDMI suportam resolução 4K x 2K a 30 Hz de vídeo, e a porta VGA suporta resolução 1080P a 60 Hz. A porta Ethernet RJ-45 suporta Ethernet de 10/200/1000 megabits por segundo (Mbps). As três portas USB-A podem ser usadas para periféricos USB, como um teclado, um mouse, unidades flash, uma impressora ou um smartphone. Elas fornecem até 7,5 watts de alimentação CC (5 volts a 1,5 A). A porta de carregamento USB-C bidirecional pode suportar até 60 watts (20 volts a 3 A).

A porta USB-C do laptop permite essa variedade de interfaces usando os recursos multiprotocolo do padrão USB.

Conclusão

Os conectores USB-C suportam taxas de transferência de dados de até 40 Gbps, PD de até 120 watts e são reversíveis. Para ajudar a tirar o máximo proveito de seus recursos, a Tripp Lite by Eaton oferece uma ampla variedade de soluções USB-C na forma de cabos, adaptadores e estações de acoplamento para oferecer suporte a funcionalidades e conectividade poderosas a partir de um único conector USB-C.