Nel mondo digitale di oggi, l'Universal Serial Bus, comunemente noto come USB, è onnipresente. Ma c'è una certa confusione sulle connessioni e sui protocolli USB. Sveliamo questo "pasticcio" e impariamo di più sui diversi tipi USB e sui loro usi.
L'Origine e l'Evoluzione del Cavo USB
USB, o Universal Serial Bus, è qualcosa che usiamo spesso per collegare dispositivi come un mouse o una tastiera a un computer. Negli anni '90, prima di USB, c'erano molti tipi diversi di cavi e spine. Era piuttosto complicato. Così grandi aziende come Intel e Microsoft hanno deciso di collaborare e creare qualcosa di nuovo. Questo è diventato USB.
Lo scopo di USB era quello di avere un cavo standard che permettese di collegare facilmente i dispositivi e che funzionasse senza problemi. Ciò significa che se colleghi un dispositivo con un cavo USB, il dispositivo funzionerà immediatamente senza dover installare alcun software aggiuntivo.
La primissima USB uscì nel 1996, questa era USB 1.0. Con questa USB puoi inviare dati a una velocità fino a 12 megabit al secondo. All'epoca era molto veloce, ma non è abbastanza veloce per i dispositivi di oggi. Ecco perché sono state create USB più recenti che sono molto più veloci. L'ultima USB, USB 3.2, può trasferire dati a una velocità di 20 gigabit al secondo. È circa 1667 volte più veloce della prima USB! Ciò dimostra quanto la tecnologia sia migliorata dalla prima USB.
Diversi Tipi di Cavi USB
Esistono diverse tipologie di connettori USB, tra cui i più comuni sono USB-A, USB-B e USB-C. L’USB-A è il connettore più diffuso ed utilizzato, caratterizzato da una forma rettangolare. L’USB-B è un tipo di connettore USB piatto e quasi quadrato, solitamente utilizzato per collegare dispositivi periferici come stampanti, scanner e alcuni dischi rigidi esterni a computer o laptop. L’USB-C, conosciuto anche con USB Type-C è connettore a 24 pin che sostituisce i precedenti connettori USB.
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USB-A: Il Classico
USB-A è probabilmente il connettore più conosciuto e utilizzato. Questo tipo di connettore si trova all'estremità della maggior parte dei cavi USB ed è la spina che si collega al computer o al caricabatterie. Il design di USB-A è semplice: un connettore rettangolare che si collega solo in un modo.
USB-B: Il Cavallo di Battaglia Affidabile
I connettori USB-B sono un'altra forma ben nota di connettore USB, sebbene non siano così comuni come USB-A. Sono di forma quasi quadrata e vengono solitamente utilizzati in periferiche più grandi come stampanti, dischi rigidi esterni e anche in alcuni modelli Arduino, come Arduino UNO.
Mini USB: Il Predecessore Compatto
Prima che fosse inventato il connettore micro-USB, avevi il Mini USB. Questa versione compatta del connettore USB-B è stata ampiamente utilizzata per dispositivi portatili come fotocamere digitali, vecchi lettori MP3 e alcuni tipi di schede Arduino, come Arduino Nano. Sebbene sia stato ampiamente sostituito da Micro USB e ora USB-C, ti imbatterai comunque in dispositivi che utilizzano Mini USB. La caratteristica di un connettore Mini USB è la configurazione a cinque pin. Sebbene sia più piccolo di USB-B, è leggermente più grande di Micro USB.
Mini USB: A vs. B
Il connettore Mini-A è stato originariamente progettato per connettersi a una connessione del computer e il connettore Mini-B per connettersi a un dispositivo. Ciò significa che se avessi una fotocamera digitale con una porta Mini USB, ad esempio, sarebbe probabilmente una connessione Mini-B. Tuttavia, Mini-A è stato presto scartato a causa della sua utilità limitata e raramente, se non mai, lo incontrerai in questi giorni.
Micro USB: Piccolo ma Potente
Il successore del Mini USB è il Micro USB. Ancora più compatto del Mini USB, questo connettore più piccolo è diventato rapidamente lo standard per molti dispositivi portatili, tra cui la maggior parte degli smartphone Android e alcuni modelli di Raspberry Pi. Mentre alcuni produttori sono passati a USB-C, Micro USB rimane comune, in particolare nei dispositivi a basso costo.
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Micro USB: A vs. B
A differenza della generazione Mini, entrambi i tipi di connettori Micro USB, A e B, si trovano ancora comunemente in natura. Come con Mini USB, l'intenzione originale era che Micro-A fosse utilizzato per le connessioni host (come i computer), mentre Micro-B era per i dispositivi.
Tuttavia, Micro-A è relativamente raro rispetto a Micro-B. Questo perché molti dispositivi che richiedono una connessione host USB, come computer e console di gioco, utilizzano ancora l' USB-A più grande. La maggior parte degli smartphone e dei tablet, così come molti altri dispositivi portatili come altoparlanti Bluetooth, cuffie, power bank e alcuni modelli di schede Arduino e Teensy, utilizzano connettori Micro-B.
La principale differenza fisica tra Micro-A e Micro-B è la forma del connettore. Micro-A è rettangolare, mentre Micro-B è un po' asimmetrico con una piccola tacca su un lato. Questo rende facile distinguerli visivamente e impedisce di utilizzare accidentalmente il cavo sbagliato.
USB-C: Il Nuovo Standard
USB-C è il connettore USB più nuovo e avanzato fino ad oggi. Ha un design reversibile, il che significa che non devi più preoccuparti di quale lato collegare. USB-C sta rapidamente diventando lo standard per la maggior parte dei dispositivi portatili, inclusi smartphone, tablet e laptop, nonché per le ultime generazioni di schede di sviluppo Raspberry Pi e Teensy .
Uno dei considerevoli vantaggi del connettore USB-C rispetto ai connettori A e B, è che è reversibile. Ciò significa che si può inserire da entrambi i lati e quindi non serve più cercare il verso giusto per il collegamento ai diversi dispositivi. Piacevolmente compatte sono anche le dimensioni: con 8,4 x 2,4 mm non supera le misure di un'attuale connettore micro-USB.
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Insieme al connettore USB-C, è stato rilasciato lo standard USB 3.1, la versione più aggiornata della tecnologia USB. Per la prima volta è possibile all'istante trasferire dati, trasmettere segnali audio e video, alimentare e ricaricare verso e dal dispositivo host (bidirezionale).
Un ingresso universale può comunque comportare effetti indesiderati. Infatti, la presenza di un connettore USB Type-C non implica il supporto automatico di tutte le funzionalità potenzialmente disponibili, per esempio esistono cavi USB che operano con le specifiche USB 2.0 o USB 3.0.
Grazie all'interfaccia USB Type-C ciò non è più necessario: grazie alla cosidetta modalità Alternate è possibile inviare, oltre al trasferimento USB 2.0 e USB 3.1 anche segnali DisplayPort, HDMI, MHL e flussi audio/video ad alta risoluzione.
L'aspetto più innovativo del connettore USB Type-C è la capacità di trasferire dati a velocità molto rapide. I monitor EIZO muniti di ingresso USB-C supportano lo standard USB 3.1 SuperSpeed con una velocità di trasferimento fino a 5 Gbit/s.
Grazie alla sua flessibilità, il connettore USB-C è destinato a diventare lo standard di riferimento, con un utilizzo sempre più crescente anche nei monitor e nelle altre periferiche per ufficio. Il connettore USB-C si avvicina molto all'idea di un "mezzo di trasporto universale". Grazie ad un unico cavo è possibile ampliare il desktop con un monitor esterno, parallelamente ricaricare il notebook e inviare dati ad un hard disk esterno.
Alimentazione Tramite USB
Uno dei principali vantaggi della tecnologia USB è la sua capacità di alimentare e caricare i dispositivi. Ciò è reso possibile dal quinto pin nel connettore USB, noto come pin VBUS. Questo pin fornisce una tensione di 5 Volt, che di solito è sufficiente per caricare e alimentare la maggior parte dei dispositivi portatili, come smartphone, tablet e persino alcuni laptop.
Nel corso degli anni, i miglioramenti negli standard USB hanno anche aumentato la quantità di energia che può essere erogata. Con l'introduzione di USB 2.0, la corrente massima è stata aumentata a 500 milliampere (mA). Questa è una specifica introdotta con USB Type-C che consente di erogare fino a 100 Watt di potenza. Di conseguenza, anche i dispositivi con un elevato consumo energetico, come i laptop, ora possono essere ricaricati tramite USB. Ciò rende USB una soluzione versatile per l'alimentazione e la ricarica di un'ampia varietà di dispositivi elettronici.
La tecnologia di ricarica Power Delivery 2.0 rende possibile una ricarica più veloce e una maggiore potenza. Le specifiche USB 3.1 impongono differenti profili capaci di erogare potenze differenti: il profilo 1 fornisce 10 Watt con 5 Volt e 2 Ampere, la potenza ideale per dispositivi mobili di piccole dimensioni; gli altri profili comprendono rispettivamente 18 W, 36 W, 60 W e 100 W. La performance raggiunta dipende comunque da variabili come il dispositivo sfruttato, la versione USB, il cavo e l'interfaccia impiegata.
La direzione dell'erogazione è bidirezionale: sia l'host che la periferica possono fornire alimentazione. In aggiunta, le specifiche ottimizzano la gestione energetica tra più periferiche. L'alimentazione e la veicolazione dei dati avviene in due canali completamente separati all'interno del cavo.
Protocolli USB: Più di una Semplice Forma
Oltre alle diverse forme di connettori, esiste anche una varietà di protocolli USB, che determinano la velocità e la capacità di trasferimento dei dati. USB 1.0 e 2.0 sono state le prime versioni, con 2.0 che supporta una velocità di trasferimento massima di 480 Mbps. USB 3.0, noto anche come USB 3.1 Gen 1, lo ha aumentato a 5 Gbps, mentre USB 3.1 Gen 2, noto anche come USB 3.2, lo ha ulteriormente aumentato a 10 Gbps. L'ultimo protocollo è USB 4, che supporta velocità fino a 40 Gbps. Questi protocolli possono essere utilizzati con qualsiasi tipo di connettore USB, a seconda delle specifiche del dispositivo.
Un altro protocollo utilizzato nel mondo di Apple è Thunderbolt 3 che utilizza l'interfaccia USB-C e che raggiunge una velocità di trasferimento massima pari a 40 Gbit/s.
Sono stati così introdotti nuovi connettori, l’USB OTG (On-the-go), il supporto alla ricarica di dispositivi e molto altro ancora.
Con la nuova tecnologia è venuto meno anche il limite relativo alla lunghezza dei cavi che ora, in teoria, possono essere di qualsiasi lunghezza, a patto di soddisfare tutti i requisiti definiti nella specifica. Alcune stime tuttavia indicano una limitazione intorno ai 3m/5m quando si usa superspeed.
Interessanti sono i campi di applicazione dell’USB 3.1 che in sostanza permette di avere periferiche ancora più veloci. Una velocità che arriva fino a 10 Gbps è in grado di dar vita a sincronizzazioni di dispositivi esterni e interfacce desktop molto, ma molto più performanti.
Con il SuperSpeed USB 3.1 a 10 Gbps è possibile sviluppare hardware di nuova generazione in grado di operare a qualità superiore e con una riduzione della latenza consistente. Subito infatti, le schede madri sono state dotate di USB 3.1 e moltissimi altri dispositivi sono stati presto aggiornati.
Guardando al futuro invece, la tecnologia USB sta per fare un ulteriore passo in avanti con l’uscita della sua versione 4. Le specifiche tecniche del nuovo standard sono già state comunicate: si prevede una velocità di trasferimento superiore a 40 Gbps, dunque ci sarà un raddoppiamento della velocità prevista per l’eventuale uscita della tecnologia 3.2 (20 Gbps) non ancora sul mercato.
USB 4 è progettato per trasferire fino a 100 Watt di potenza ai dispositivi collegati, permettendo di usare anche schede grafiche esterne, di alimentare 2 monitor 4k o un singolo 5k. Sono in fabbricazione cavi appositi, ma la tecnologia è già esistente e non dovrebbe tardare a giungere nelle mani dei consumatori.
Il vantaggio di USB 4 rispetto a tecnologie simili, come la Thunderbolt, sarà che i suoi costi risulteranno molto minori e che si potranno utilizzare su molti più tipi di dispositivi.
Da un punto di vista della versatilità, i dispositivi USB 4 saranno retrocompatibili con quelli USB fino alla versione 2.0. Inoltre l’introduzione del formato USB 4 come standard faciliterà l’arrivo di molte periferiche più economiche rispetto a quelle disponibili come ad esempio quelle con connettività Thunderbolt.
Tabella Colori Cavi USB-A
I colori all'interno dei cavi USB-A possono variare. La linguetta di plastica colorata indica la velocità di trasferimento dati:
- Bianco: USB-A 1.0 (12 Mbps) - Standard abbandonato
- Nero: USB-A 2.0 (480 Mbps)
- Azzurro: USB-A 3.0 (5 Gbps)
- Blu scuro: USB-A 3.1 (10 Gbps)
- Rosso/giallo: USB-A 3.2 (20 Gbps)
Lo schema colori dei cavi interni può variare tra americano e europeo/cinese:
- Americano: Nero (neutro -5V), Verde (positivo dati), Bianco (negativo dati), Rosso (alimentazione +5V)
- Europeo/Cinese: Blu, Rosso, Verde, Bianco
Come è fatto un cavo micro USB
Il cavo micro USB è quel cavo che ormai è caduto in disuso, soppiantato dall'USB-C. Si tratta del vecchio cavo/connettore di alimentazione dei dispositivi elettronici di qualche anno fa, come gli smartphone. Ovviamente si trova ancora in giro, ma solo perché ci sono ancora vecchi modelli che lo usano mentre, su quelli nuovi, non dovrebbe più esistere.
Lo puoi facilmente riconoscere in quanto ha una forma trapezoidale, con la parte sopra piatta e corta mentre quella sotto più lunga e con due “uncini” che servono per agganciare il cavo una volta connesso. Qui però occorre fare una precisazione, cioè che questo è solo un tipo di cavo micro USB, sebbene il più conosciuto. Ce ne sono altri usati per trasmissione dati per gli hard disk, SSD fotocamere e altro ancora.
Questa è la tipologia micro USB Micro-B con velocità di trasferimento di 480 Mbps (ma capaci di arrivare fino a 5 Gbps se supportano la tecnologia 3.0 o 3.1), ma ce ne sono altre 3. La micro USB Micro-A che è più squadrata ma mantiene all'incirca le stesse caratteristiche (compresa la velocità di trasferimento), la micro USB Micro-A SuperSpeed che è la versione ultra-veloce e appare come se fossero 2 Micro-A vicine una a fianco all'altra con una un po' più grossa dell'altra che supporta lo standard USB-A 3.0 (5 Gbps) e la micro USB Micro-B SuperSpeed simile alla precedente ma con uno dei due elementi di forma trapezoidale e che supporta lo standard USB-A 3.0.
Se aprissi un cavo/connettore micro USB cosa vedresti? Praticamente lo stesso di un USB-A, poiché i cavi all'interno sono gli stessi, altrimenti sarebbe impossibile creare cavi USB-A/micro USB, ma il connettore è diverso, quindi qualcosa dovrà pur cambiare, giusto?
Sì, ma è ben poca roba. Semplicemente il connettore micro USB ha 5 pin disposti nella parte plastica interna, ma solo 4 vengono collegati in linea di massima. Seguendo lo schema di colori americano (citato nel precedente capitolo), andresti a trovare il rosso nel primo pin, poi bianco e verde nei pin 2 e 3, infine il nero nel pin numero 5.
Ma allora perché il pin numero 4 esiste? Serve per i cavi che vengono utilizzati per trasmettere video e audio a un altro dispositivo come, per esempio, un televisore. Se volessi fare un cavo micro USB/HDMI, nel pin numero 4 andrebbe il cavo CBUS, per la trasmissione delle immagini e video per l'appunto.
Cosa vedresti se aprissi un cavo USB-C cosa vedresti?
La risposta è che dipende. Ci sono i cavi USB-C che supportano lo standard USB-A 2.0 con 4 cavi collegati all'interno, ci sono quelli per l'USB-A 3.0 o superiore con 9 cavi collegati e si potrebbe andare avanti un bel po' con gli esempi.
Come fare a sapere quale fa cosa? Semplicemente controllando la compatibilità descritta da produttore prima di acquistarlo, in modo da essere certo che supporti la velocità di trasferimento dati richiesta, la potenza di ricarica, la qualità del video o qualunque altra caratteristica di tuo interesse.
Materiali costruttivi cavi USB
In ultimo voglio aprire una piccola parentesi sui materiali dei cavi USB, in quanto non sono tutti uguali. Come avrai facilmente notato utilizzandoli o prendendone in mano qualcuno, ci sono quelli che danno una certa sensazione di robustezza e durano nel tempo, altri che sembrano baracche e che smettono ben presto di funzionare.
Per distinguerne uno buono da uno meno buono devi, in primis, verificare la guaina esterna. Ci sono quelli con una guaina in plastica/gomma che vedi fin da subito che non è di qualità, altri con guaine molto robuste in nylon intrecciato che non riusciresti a romperli neanche volendo. Ecco, se non puoi toccare prima di comprare, prediligi quelli con la guaina in nylon.
Oltre a questo, verifica che alle estremità dei cavi ci siano quelle parti in gomma che proteggono il cavo dalle pieghe a ridosso del connettore. Questo porterebbe i cavi interni a tirarsi e probabilmente le connessioni coi pin salterebbero, quindi è bene che ci siano e anche belli robusti.
Infine è bene sottolineare che, sebbene tu possa vedere come sono fatti da fuori, nessuno garantisce per gli interni. Se le connessioni sono state fatte male, se i cavetti sono sottili come capelli o se ci sono altre criticità nascoste alla vista (generalmente dove vanno a risparmiare i cavi economici ma di buona apparenza), probabilmente non durerà comunque il tempo sperato quel cavo.
Tabella standard USB
| Tipologia USB | Compatibilità | Video | Alimentazione | Velocità trasferimento dati |
|---|---|---|---|---|
| USB 1.1 (Full Speed) | No | No | 12 Mbps | |
| USB 2.0 (Hi-Speed) | USB 1.1 | No | Host alla periferica | 480 Mbps |
| USB 3.0 (SuperSpeed) | USB 1.1, USB 2.0 | Si | Host alla periferica | 5 Gbps |
| USB 3.1 (SuperSpeed) | USB 1.1, USB 2.0, USB 3.0 | Si | Bidirezionale | 10 Gbps |
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