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concentrador USB


Hora de publicación: 01-sep-2021

Un concentrador USB es un dispositivo que expande un solo puerto Universal Serial Bus (USB) en varios para que haya más puertos disponibles para conectar dispositivos a un sistema host, similar a una regleta de enchufes.Todos los dispositivos conectados a través de un concentrador USB comparten el ancho de banda disponible para ese concentrador.

Los concentradores USB a menudo se integran en equipos como gabinetes de computadora, teclados, monitores o impresoras.Cuando un dispositivo de este tipo tiene muchos puertos USB, todos suelen provenir de uno o dos concentradores USB internos en lugar de que cada puerto tenga un circuito USB independiente.

Los concentradores USB separados físicamente vienen en una amplia variedad de factores de forma: desde cajas externas (que lucen similares a un concentrador de red o Ethernet), hasta diseños pequeños que se pueden conectar directamente a un puerto USB (vea la imagen de "diseño compacto").Los concentradores de "cable corto" generalmente usan un cable integral de 6 pulgadas (15 cm) para distanciar ligeramente un concentrador pequeño de la congestión del puerto físico y aumentar la cantidad de puertos disponibles.

Casi todas las computadoras portátiles/portátiles modernas están equipadas con puertos USB, pero un concentrador USB externo puede consolidar varios dispositivos cotidianos (como un mouse, teclado o impresora) en un solo concentrador para permitir la conexión y extracción de todos los dispositivos en un solo paso.

Algunos concentradores USB pueden admitir suministro de energía (PD) para cargar la batería de la computadora portátil, si son autoalimentados y están certificados para hacerlo, pero pueden denominarse estación de acoplamiento simple debido a la naturaleza similar de que solo se necesita una conexión para cargar la batería. y conectar periféricos.

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Disposición física

Una red USB se crea a partir de concentradores USB conectados aguas abajo a puertos USB, que a su vez pueden provenir de concentradores USB.Los concentradores USB pueden extender una red USB a un máximo de 127 puertos.La especificación USB requiere que los concentradores alimentados por bus (pasivos) no estén conectados en serie a otros concentradores alimentados por bus.

Según el proveedor y el diseño, los puertos USB suelen estar muy próximos entre sí.En consecuencia, enchufar un dispositivo en un puerto puede bloquear físicamente un puerto adyacente, particularmente cuando el enchufe no es parte de un cable sino parte integral de un dispositivo como una unidad flash USB.Una matriz horizontal de enchufes horizontales puede ser fácil de fabricar, pero puede hacer que solo dos de los cuatro puertos sean utilizables (dependiendo del ancho del enchufe).

Los arreglos de puertos en los que la orientación del puerto es perpendicular a la orientación del arreglo generalmente tienen menos problemas de bloqueo.Concentradores externos "Octopus" o "Squid" (con cada enchufe al final de un cable muy corto, a menudo de alrededor de 2 pulgadas (5 cm) de largo), o concentradores "estrella" (con cada puerto orientado en una dirección diferente, como se muestra en la imagen ) evita este problema por completo.

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Limitaciones de longitud

Los cables USB están limitados a 3 metros (10 pies) para dispositivos USB 1.1 de baja velocidad.Un concentrador se puede utilizar como un repetidor USB activo para extender la longitud del cable hasta 5 metros (16 pies) de longitud a la vez.Los cables activos (concentradores de un puerto integrados con conectores especializados) realizan la misma función, pero dado que son estrictamente alimentados por bus, es probable que se requieran concentradores USB con alimentación externa para algunos de los segmentos.

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Energía

Ahub alimentado por bus (hub pasivo)es un concentrador que extrae toda su energía de la interfaz USB de la computadora host.No necesita una conexión de alimentación separada.Sin embargo, muchos dispositivos requieren más energía de la que puede proporcionar este método y no funcionarán en este tipo de concentrador.Puede ser deseable usar un concentrador alimentado por bus con discos duros externos autoalimentados, ya que es posible que el disco duro no se detenga cuando la computadora se apaga o entra en modo de suspensión mientras usa un concentrador autoalimentado ya que el controlador del disco duro seguiría viendo una fuente de alimentación en los puertos USB.

La corriente eléctrica de un USB se asigna en unidades de 100 mA hasta un total máximo de 500 mA por puerto.Por lo tanto, un concentrador alimentado por bus compatible no puede tener más de cuatro puertos de bajada y no puede ofrecer más de cuatro unidades de corriente de 100 mA en total a los dispositivos de bajada (ya que el concentrador necesita una unidad para sí mismo).Si un dispositivo requiere más unidades de corriente de las que el puerto al que está conectado puede suministrar, el sistema operativo generalmente informa esto al usuario.
Por el contrario, unhub autoalimentado (hub activo)toma su energía de una fuente de alimentación externa y, por lo tanto, puede proporcionar energía completa (hasta 500 mA) a cada puerto.Muchos concentradores pueden funcionar como concentradores alimentados por bus o autoalimentados.
Sin embargo, hay muchos concentradores no compatibles en el mercado que se anuncian al host como autoalimentados a pesar de que en realidad son alimentados por bus.Del mismo modo, hay muchos dispositivos no conformes que usan más de 100 mA sin anunciar este hecho.Estos concentradores y dispositivos permiten una mayor flexibilidad en el uso de la energía (en particular, muchos dispositivos usan mucho menos de 100 mA y muchos puertos USB pueden suministrar más de 500 mA antes de apagarse por sobrecarga), pero es probable que hagan problemas de energía más difíciles de diagnosticar.

Algunos concentradores autoalimentados no suministran suficiente energía para impulsar una carga de 500 mA en cada puerto.Por ejemplo, muchos concentradores de siete puertos tienen una fuente de alimentación de 1 A, cuando de hecho siete puertos podrían consumir un máximo de 7 x 0,5 = 3,5 A, más la energía para el propio concentrador.Los diseñadores asumen que lo más probable es que el usuario conecte muchos dispositivos de baja potencia y solo uno o dos que requieran 500 mA completos.Por otro lado, el paquete de algunos concentradores autoalimentados establece explícitamente cuántos de los puertos pueden manejar una carga completa de 500 mA a la vez.Por ejemplo, el paquete de un concentrador de siete puertos podría afirmar que admite un máximo de cuatro dispositivos de carga completa.
Centros de potencia dinámicason concentradores que pueden funcionar como concentradores alimentados por bus o autoalimentados.Pueden cambiar automáticamente entre modos dependiendo de si hay una fuente de alimentación separada disponible o no.Si bien el cambio del funcionamiento con alimentación por bus al funcionamiento con alimentación propia no requiere necesariamente renegociaciones inmediatas con el host, el cambio del funcionamiento con alimentación propia al funcionamiento con alimentación por bus puede hacer que las conexiones USB se restablezcan si los dispositivos conectados solicitaron previamente más energía que la disponible en el bus. modo alimentado.

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Velocidad

Para permitir que los dispositivos de alta velocidad (USB 2.0) funcionen en su modo más rápido, todos los concentradores entre los dispositivos y la computadora deben ser de alta velocidad.Los dispositivos de alta velocidad deben volver a la velocidad completa (USB 1.1) cuando se conectan a un concentrador de velocidad completa (o se conectan a un puerto de computadora de velocidad completa anterior).Si bien los concentradores de alta velocidad pueden comunicarse a todas las velocidades de los dispositivos, el tráfico de baja y alta velocidad se combina y separa del tráfico de alta velocidad a través de un traductor de transacciones.Cada traductor de transacciones segrega el tráfico de menor velocidad en su propio grupo, creando esencialmente un bus virtual de máxima velocidad.Algunos diseños usan un traductor de transacción única (STT), mientras que otros diseños tienen traductores múltiples (MTT).Tener múltiples traductores es un beneficio significativo cuando uno conecta múltiples dispositivos de alta velocidad y gran ancho de banda.

Es una consideración importante que en el lenguaje común (ya menudo en el marketing de productos), USB 2.0 se utiliza como sinónimo de alta velocidad.Sin embargo, debido a que la especificación USB 2.0, que introdujo la alta velocidad, incorpora la especificación USB 1.1 de modo que no se requiere que un dispositivo USB 2.0 funcione a alta velocidad, cualquier dispositivo compatible de alta velocidad o baja velocidad aún puede etiquetarse como Dispositivo USB 2.0.Por lo tanto, no todos los concentradores USB 2.0 funcionan a alta velocidad.

USB 3.0es la tercera versión principal del estándar Universal Serial Bus (USB) para interconectar computadoras y dispositivos electrónicos.Entre otras mejoras, USB 3.0 añade la nueva tasa de transferencia denominada SuperSpeedUSB (SS) que puede transferir datos hasta a 5 Gbit/s (625 MB/s), que es unas 10 veces más rápido que el estándar USB 2.0.Se recomienda que los fabricantes distingan los conectores USB 3.0 de sus contrapartes USB 2.0 usando azul (Pantone 300C) para los receptáculos y enchufes estándar A,[4] y por las iniciales SS.

USB 3.1, lanzado en julio de 2013, es el estándar sucesor que reemplaza al estándar USB 3.0.USB 3.1 conserva la tasa de transferencia SuperSpeed ​​existente, dándole la nueva etiqueta USB 3.1 Gen 1, al tiempo que define un nuevo modo de transferencia SuperSpeed+, llamado USB 3.1 Gen 2, que puede transferir datos hasta 10 Gbit/s sobre el tipo USB existente. Conectores A y USB-C (1250 MB/s, el doble de velocidad que USB 3.0).
USB 3.2, lanzado en septiembre de 2017, reemplaza el estándar USB 3.1.Conserva los modos de datos USB 3.1 SuperSpeed ​​y SuperSpeed+ existentes e introduce dos nuevos modos de transferencia SuperSpeed+ a través del conector USB-C con operación de dos carriles, con velocidades de datos de 10 y 20 Gbit/s (1250 y 2500 MB/s).

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Protocolo

Cada concentrador tiene exactamente un puerto ascendente y varios puertos descendentes.El puerto ascendente conecta el concentrador (directamente oa través de otros concentradores) al host.Se pueden conectar otros concentradores o dispositivos a los puertos descendentes.Durante la transmisión normal, los concentradores son esencialmente transparentes: los datos recibidos desde su puerto ascendente se transmiten a todos los dispositivos conectados a sus puertos descendentes (descrito gráficamente en la especificación USB 2.0 en la Figura 11-2, Conectividad de señalización del concentrador).Los datos recibidos de un puerto descendente generalmente se reenvían solo al puerto ascendente.De esta forma, lo que envía el host lo reciben todos los concentradores y dispositivos, y lo que envía un dispositivo lo recibe el host pero no los otros dispositivos (una excepción es la reanudación de la señalización).El enrutamiento descendente se ha cambiado en USB 3.0 con la adición del enrutamiento punto a punto: una cadena de ruta enviada en el encabezado del paquete permite que un host USB 3.0 envíe solo un paquete descendente a un solo puerto de destino, lo que reduce la congestión y el consumo de energía.

Los concentradores no son transparentes cuando se trata de cambios en el estado de los puertos descendentes, como la inserción o extracción de dispositivos.En particular, si un puerto descendente de un concentrador cambia de estado, este cambio se trata en una interacción entre el host y este concentrador;con cualquier concentrador entre el host y el "concentrador cambiado" actuando como transparente.

Con este objetivo, cada concentrador tiene un único punto final de interrupción "1 IN" (dirección de punto final 1, dirección del concentrador al host) que se utiliza para indicar cambios en el estado de los puertos de bajada.Cuando alguien conecta un dispositivo, el concentrador detecta voltaje en D+ o D- y señala la inserción al host a través de este punto final de interrupción.Cuando el host sondea este punto final de interrupción, se entera de que el nuevo dispositivo está presente.Luego le indica al concentrador (a través de la tubería de control predeterminada) que restablezca el puerto donde se conectó el nuevo dispositivo. Este restablecimiento hace que el nuevo dispositivo asuma la dirección 0, y el host puede interactuar con él directamente;esta interacción dará como resultado que el host asigne una nueva dirección (distinta de cero) al dispositivo.

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Traductor de transacciones

Cualquier concentrador USB 2.0 que admita un estándar superior al USB 1.1 (12 Mbit/s) traducirá entre el estándar inferior y el estándar superior mediante lo que se denomina un traductor de transacciones (TT).Por ejemplo, si un dispositivo USB 1.1 está conectado a un puerto en un concentrador USB 2.0, entonces el TT reconocería y traduciría automáticamente las señales USB 1.1 a USB 2.0 en el enlace ascendente.Sin embargo, el diseño predeterminado es que todos los dispositivos de nivel inferior comparten el mismo traductor de transacciones y, por lo tanto, crean un cuello de botella, una configuración conocida como traductor de transacciones único.En consecuencia, se crearon traductores de transacciones múltiples (Multi-TT), que brindan más traductores de transacciones de modo que se evitan cuellos de botella.Tenga en cuenta que los concentradores USB 3.0 actualmente no realizan la conversión de transacciones a supervelocidad para dispositivos USB 2.0.

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Diseño electrónico

La mayoría de los concentradores USB utilizan uno o más controladores integrados (IC), de los cuales hay varios diseños disponibles de varios fabricantes.La mayoría admite un sistema de concentrador de cuatro puertos, pero los concentradores que utilizan controladores de concentrador de 16 puertos también están disponibles en la industria.El bus USB permite siete niveles de puertos en cascada.El concentrador raíz es el primer nivel y los últimos dispositivos están en el séptimo nivel, lo que permite 5 niveles de concentradores entre ellos.El número máximo de dispositivos de usuario se reduce por el número de concentradores.Con 50 hubs conectados, el número máximo es 127− 50 = 77.

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Concentradores inversos o compartidos (KVM)

También están disponibles los "concentradores compartidos", que efectivamente son lo contrario de un concentrador USB, lo que permite que varias PC accedan (generalmente) a un solo periférico.Pueden ser manuales, efectivamente una simple caja de interruptores, o automáticos, incorporando un mecanismo que reconoce qué computadora desea usar el periférico y cambia en consecuencia.No pueden otorgar acceso a más de una PC a la vez.Sin embargo, algunos modelos tienen la capacidad de controlar múltiples periféricos por separado (por ejemplo, dos PC y cuatro periféricos, asignando el acceso por separado).Los interruptores más simples tienden a ser automáticos, y esta característica generalmente los coloca a un precio más alto también.Los interruptores modernos de "teclado, video y mouse" (KVM) a menudo también pueden compartir dispositivos USB entre varias computadoras.


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