Le prese USB, acronimo di Universal Serial Bus, sono standard ampiamente utilizzati per connettere computer a una vasta gamma di periferiche. Questa guida esplora le diverse tipologie di porte e cavi USB, le loro caratteristiche tecniche, gli standard di alimentazione e le informazioni utili per prolungare e smaltire correttamente i cavi USB.
Standard USB: Un'Evoluzione Continua
Nel corso degli anni, la tecnologia USB ha subito notevoli evoluzioni, migliorando la velocità di trasferimento dati e le capacità di alimentazione. Ecco una panoramica degli standard USB più comuni:
| 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 |
USB 2.0
Quattro anni dopo il lancio sul mercato della USB (versione 1.0) si giunge alla creazione di una nuova versione, arrivano così, nei primi mesi del 2000 le USB 2.0, chiamate USB high speed. La USB 2.0 nel tempo ha ricevuto molti aggiornamenti che ne hanno migliorato la funzionalità tramite l’ECN (Engeenering Change Notice, documenti che autorizzano e registrano i cambiamenti fatti a un prodotto o a un progetto in fase di sviluppo). Sono stati così introdotti nuovi connettori, l’USB OTG (On-the-go), il supporto alla ricarica di dispositivi e molto altro ancora.
USB 3.0
Dopo questi e molti altri aggiornamenti alla fine, nel 2007, arriva USB 3.0, novità introdotta da Intel che ne fece una prima dimostrazione all’interno dell’Intel Developer Forum. I primi prodotti commerciali basati su USB 3.0 sono arrivati sul mercato soltanto a partire dal 2009 - 2010.
La versione 3.0 ha mantenuto la compatibilità con le vecchie periferiche. Infatti, nonostante i nuovi connettori siano dotati di più piedini, buona parte degli stessi combacia con i connettori USB 2.0. La nuova tipologia di USB viene da subito definita come SuperSpeed, ovvero un bus che fornisce una quarta modalità di trasferimento a 4,8 Gbit al secondo che corrispondono a circa 600 MB/s, quindi fino a 10 volte superiore rispetto alle USB 2.0.
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Per aggiungere i piedini supplementari dovuti alla modalità SuperSpeed, tutti i supporti di forma fisica per USB 3.0, le spine e i connettori sono stati modificati. L’USB 3.0 estende il tipo di trasferimento di massa in SuperSpeed, simile estensione ha permesso ad un host e a un dispositivo di creare e trasferire più flussi di dati su un singolo supporto.
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.
Una USB 3.0 è facilmente riconoscibile in quanto ha il supporto interno dei contatti (detto interfaccia) di colore blu. I piedini in più del tipo A sono nascosti, ma pur sempre visibili ad un professionista. A volte può essere assente la colorazione blu e al suo posto può essere presente la sigla SS (SuperSpeed) vicino al simbolo universale dell’USB. USB 3.0 prevede 3 tipi di connettori: A - B e Micro.
USB 3.1
USB 3.1 è - come suggerisce il nome - l’evoluzione del 3.0 da cui le specifiche prendono origine per arrivare a miglioramenti come la velocità di trasferimento fino a 10 Gbps, quasi il doppio della tecnologia 3.0.
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.
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La differenza si nota palesemente sulle memorie esterne, le quali ormai fanno le veci di quella che è l’archiviazione dati. Con lo standard 3.0 si ottengono ottimi risultati per trasferire dati, ad esempio, su hard disk esterni, ma risultati ancora migliori si ottengono con 3.1 con velocità di livello considerevole. Chiaro che poi la velocità di trasferimento è influenzata anche dalla qualità e velocità di un HD.
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.
USB 4.0: Uno sguardo al futuro
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.
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USB 4 (sempre di tipo C) non presenterà grandi stravolgimenti tecnici, ma innegabile sarà il miglioramento della velocità. 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.
Tipologie di Connettori dei cavi USB
L’USB è una tecnologia creata appositamente allo scopo di creare connessioni per molti tipi di dispositivi sfruttando un unico tipo di porta e un unico tipo di cavo. Se originariamente i cavi erano creati principalmente per trasportare informazioni, oggi, come abbiamo visto, sono sempre più usati anche per erogare energia.
Il cavo USB è tipicamente usato per la connessione di molte interfacce audio, laptop, smartphone e tablet. I moderni cavi oltre a trasferire dati e informazioni, sono anche in grado di funzionare da caricabatterie ed erogare a un dispositivo fino a 100W di potenza.
Andiamo ora a conoscere tutti i tipi di connettori e cavi USB oggi disponibili, vedendo per ciascuno le caratteristiche tecniche.
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.
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 .
Con lo standard USB C è stato introdotto il nuovo connettore Tipo C che, oltre ad essere reversibile (come quelli della Apple, per intendersi….) è il primo a supportare i profili a 12 V e 20 V, ma nonostante ciò rimane polarizzato, tramite due serie di pin (A e B); quindi sul lato dell’alimentazione il connettore tipo C introduce due nuovi pin VBUS a 12 V e 20 V.
Il nuovo connettore tipo C prevede due gruppi di 12 pin (12 sopra, 12 sotto) per permettere la reversibilità ma rimanere polarizzato. Oltre a questo prevede i pin dell’USB 2.0 e il supporto all’OTG (On The Go USB) ed MHL; la connettività MHL consente l’interfacciamento alle porte HDMI mediante i due fili MHL+ e MHL- che si attestano ai contatti 2 (D-) e 3 (D+), utilizzando il pin 4 come CBUS collegato all’omonimo della presa HDMI.
Come mostra la Fig. 6, oltre ai classici D+ (Dp) e D- (Dn) sdoppiati e disposti in modo che qualunque sia il verso d’inserzione del connettore combacino con la presa sul dispositivo, troviamo due linee ad altissima velocità (SuperSpeed Lane 1 e 2), due contatti per l’utilizzo di altri protocolli (SBU 1 e 2), due linee di alimentazione a 5 volt, che servono una per l’alimentazione di piccoli device o “cavi attivi” contenenti, cioè, dell’elettronica, e l’altra per erogare corrente a dispositivi che richiedono potenze più elevate di quanto le USB standard non consentano.
Negli “Alternate Modes” la comunicazione è negoziata utilizzando l’USB PD one-wire serial protocol ed è abilitata mediante l’handshake di protocollo tramite messaggi strutturati definiti dal fornitore (VDM). Ciò si ottiene con un protocollo seriale “Power Delivery” 1-wire (non su USB). Chiaramente il device dev’essere un USB C e deve poter essere in grado di accettare tali tensioni e convertirle internamente mediante un DC/DC; ciò viene stabilito, appunto, durante la negoziazione.
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.
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.
Consigli utili sui cavi USB
Nel corso di questa guida abbiamo analizzato molti aspetti dello standard USB scoprendo come si tratti di una tecnologia in costante evoluzione e che ha visto passi da gigante in prestazioni e velocità. Oggi difficilmente si potrebbe pensare a svolgere anche le più banali mansioni della vita quotidiana senza la tecnologia USB. Ecco quindi alcuni consigli utili che rispondono alle problematiche più comuni.
Come prolungare un cavo USB?
Il modo più semplice per estendere un cavo USB è usare una prolunga. Chiaramente prima di comprare una prolunga USB è bene saper riconoscere il tipo di USB che si necessita di prolungare.
In base alle tipologie sopra descritte bisogna riconoscere se l’attacco necessario è di tipo A - B - C e tenere conto che il limite massimo della lunghezza consigliata per una prolunga è di 5 metri, soprattutto per le connessioni a bassa velocità.
Per USB 3.0 si possono superare tranquillamente i 3 metri, ma in caso vi fosse la necessità di collegare dispositivi più distanti allora sarà necessario ricorrere a un HUB o ripetitori di segnale USB da posizionare a ogni 3 - 5 metri di collegamento, in ogni caso allungare un cavo USB oltre i 25 metri non consigliabile.
Come smaltire correttamente i cavi USB?
Allo stesso modo altra domanda frequente è dove buttare un cavo USB? Lo smaltimento dei rifiuti è sempre questione delicata. In particolare, il cavo USB può essere considerato un cavo elettrico come gli altri e quindi si tratta di un rifiuto di natura elettronica.
In Italia i rifiuti elettronici rientrano in una categoria specifica, la RAEE (rifiuti da apparecchiature elettriche ed elettroniche). La normativa che in Italia regola lo smaltimento di questo tipo di rifiuti e in particolare anche dei cavi elettrici come gli USB, è stata recepita dalla comunità europea ed è la direttiva 2011/65/CE (RoHS 2).
Detta normativa riguarda le restrizioni all’uso di sostanze pericolose nelle apparecchiature elettriche ed elettroniche al fine di contribuire alla salute umana e a uno smaltimento ecologicamente corretto. La direttiva intende per cavi: “cavi con una tensione nominale inferiore ai 250 volt che servono da collegamento o da prolunga per collegare AEE alla presa elettrica o per collegare tra di loro una o più AEE”.
In Italia ci sono 2 modi per disfarsi correttamente di questa tipologia di rifiuti:
- Recarsi nell’isola ecologica comunale (ne sono presenti 3600 in tutta Italia)
- Consegnare cavi o altri rifiuti elettrici e/o dispositivi usati presso i negozianti i quali sono obbligati a ritirarli in base al decreto ministeriale 65/2010.
Dunque, è necessario rispettare questa forma di raccolta differenziata, ma come noto non c’è una regola generale fissa che vada bene per tutti i luoghi (molte variazioni dipendono anche dalla legge regionale specifica).
Quindi, il consiglio è quello di andare a informarsi presso la propria sede comunale o sul sito della regione per sapere se vi sono norme specifiche per lo smaltimento di cavi elettrici, qualora questo non sia già stato specificato nella brochure fornita dalle autorità con le indicazioni sulla raccolta differenziata.
Ecco i comportamenti da evitare:
- Disfarsi dei RAEE nei sacchi neri dell’indifferenziata
- Ammassare RAEE in qualche luogo della casa e abbandonarli
- Mischiare i cavi con altri rifiuti
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