USB-C y SuperSpeed: una introducción práctica
USB-C no es una velocidad. Es un conector de 24 pines con dos roles, un protocolo de negociación de energía y —opcionalmente— dos pares adicionales de alta velocidad. Confundir esas cosas es el error inicial habitual.
Respuesta rápida
- Conector: 24 pines en dos filas simétricas; el cable funciona en cualquiera de las dos orientaciones.
- Roles: Los pines CC y una resistencia pull-down de 5.1 kΩ (sink) o una pull-up (source) deciden quién alimenta a quién.
- Potencia: 5 V por defecto; USB PD lo eleva a 20 V / 5 A (100 W), y EPR a 48 V / 5 A (240 W).
- Velocidad: Los pares SuperSpeed están separados de D+/D−; 85 Ω diferencial, acoplamiento AC de 100 nF en TX.
1. El conector
Los 24 pines se dividen en cuatro grupos: alimentación (VBUS/GND), USB 2.0 (D+/D−), configuración (CC1/CC2) y SuperSpeed (pares TX/RX, además de SBU para modos alternativos). El espejado implica que el host debe gestionar cualquiera de las dos orientaciones —normalmente con un mux basado en CC, o conectando ambas filas juntas cuando el estándar lo permite.
Dos consecuencias prácticas del espejado. Primero, D+/D− de USB 2.0 normalmente se pueden unir entre las dos filas, porque solo un par está activo a la vez y el protocolo tolera el stub. Segundo, SuperSpeed no se puede unir: los pares TX y RX se intercambian cuando se invierte el enchufe, por lo que se requiere un mux (o un controlador con detección de orientación integrada) para el funcionamiento a plena velocidad.
Si el producto solo utiliza USB 2.0 a través de un conector USB-C, ese mux no es necesario — uno de los pocos casos en los que un diseño más simple también es correcto.
| Pines | Función | Notas |
|---|---|---|
| A4, A9, B4, B9 | VBUS | Four pins, up to 5 A with an e-marked cable |
| A1, A12, B1, B12 | GND | Return and shield reference |
| A5, B5 | CC1, CC2 | Role detection and PD communication |
| A6, A7, B6, B7 | D+, D− | USB 2.0, 90 Ω pair |
| A2/A3, A10/A11, B2/B3, B10/B11 | SSTX / SSRX | SuperSpeed, 85 Ω pairs |
| A8, B8 | SBU1, SBU2 | Alternate modes (DisplayPort, audio) |
2. Los pines CC deciden los roles
Sink (dispositivo): CCx -- 5.1 kOhm -- GND Source (cargador): CCx -- Rp -- VBUS Rp 56 kOhm: corriente predeterminada Rp 22 kOhm: 1.5 A Rp 10 kOhm: 3 A
Si tu placa tiene un receptáculo USB-C para alimentación y los pines CC quedan flotando, un cable C a C no entregará alimentación en absoluto. El dispositivo parece muerto y el cargador no ve nada. Este es el error de diseño USB-C más común, y corregirlo cuesta dos resistencias.
Para un dispositivo que tanto se carga como actúa como host, la red CC es más compleja: el puerto tiene que alternar entre Rd y Rp, y un controlador PD gestiona la negociación. En ese punto, lee la hoja de datos del controlador en lugar de copiar un esquema de referencia.
La negociación de PD se ejecuta sobre la línea CC como una señal modulada, no como una resistencia estática. La fuente anuncia sus capacidades, el receptor solicita un perfil y ambos lados confirman antes de que cambie el voltaje. Si estás diagnosticando "carga lento", fijate en el contrato negociado, no solo en las resistencias.
3. Negociación de potencia
| Modo | Voltaje / corriente | Potencia |
|---|---|---|
| Default USB | 5 V / up to 3 A | 15 W |
| USB PD | 5–20 V / up to 5 A | up to 100 W |
| PD EPR | 28–48 V / up to 5 A | up to 240 W |
Por encima de 3 A, el cable debe estar marcado electrónicamente, y el receptor no debe asumir que la corriente completa está disponible hasta que finalice la negociación. Un diseño que cablee de forma fija una carga de 5 A a VBUS sufrirá una caída de tensión o disparará la protección.
4. Señalización SuperSpeed
SuperSpeed añade un par de transmisión y un par de recepción en cada dirección. Están acoplados en AC: 100 nF en serie en cada línea, colocados cerca del transmisor. También son más rápidos y menos tolerantes que USB 2.0: Gen 1 es 5 Gb/s, Gen 2 es 10 Gb/s y USB4 llega más alto.
Reglas prácticas de enrutamiento: mantenga los pares cortos, iguale la longitud dentro del par, evite las vías y no los enrute debajo del conector donde se interrumpe el camino de retorno. Si el diseño solo necesita USB 2.0 sobre USB-C, los pines de SuperSpeed pueden dejarse sin conectar, pero aún necesitan protección ESD si están expuestos en el receptáculo.
Como el conector es reversible, el mux debe intercambiar los carriles SS cuando se invierte el enchufe. Eso significa que la PCB ve dos asignaciones posibles, y el mux añade su propia capacitancia y pérdida en la ruta. En Gen 2, eso forma parte del presupuesto de enlace, no es una ocurrencia tardía.
El acondicionamiento de señal está integrado en muchos controladores USB 3: el de-énfasis del transmisor y la ecualización del receptor compensan la pérdida de la PCB y del cable. Por eso un enlace puede funcionar en Gen 1 y fallar en Gen 2 en la misma placa: la pérdida adicional a 5 GHz supera lo que el ecualizador puede recuperar.
| Regla | Por qué |
|---|---|
| 85 Ω differential for SS pairs | Different target from the 90 Ω D+/D− pair |
| 100 nF AC coupling on TX | Required by the specification; one per line |
| No vias if avoidable | 5–10 Gb/s is far less tolerant than USB 2.0 |
| Continuous return under the pairs | The connector area is where planes get cut |
| ESD on CC, SBU, VBUS, D+/D− | Every exposed pin can be touched |
5. Errores comunes
| Error | Síntoma | Solución |
|---|---|---|
| No CC pull-down | C-to-C cable gives no power | 5.1 kΩ on both CC pins |
| CC resistors on one pin only | Works one orientation, fails the other | One per CC pin (or a mux) |
| AC caps on RX side | Link training fails | Move to the TX side |
| 90 Ω routing for SS | Marginal eye, intermittent link | 85 Ω per stackup |
| No ESD on CC/SBU | PD controller dies on a zap | Protect every exposed pin |
5b. Ruta de alimentación y protección
A un puerto USB-C se le puede pedir que entregue 100 W o que reciba esa potencia, y el pin VBUS está expuesto al exterior. De ello se derivan tres cosas: protección en VBUS, una ruta de alimentación capaz de soportar la corriente negociada y un plan para lo que ocurre cuando la fuente es un cargador de teléfono de 5 V en lugar de una fuente de alimentación de 20 V.
- ESD: VBUS, CC, SBU y los pares de datos necesitan protección en el conector.
- Corriente de irrupción: un condensador de entrada grande se comporta como un cortocircuito cuando se enchufa el cable; utilice un arranque suave o un eFuse.
- Tensión inversa: si el puerto puede ser tanto fuente como sumidero, la ruta de alimentación tiene que bloquear en ambas direcciones.
- Corriente: 5 A a través de un conector y una placa pequeña requiere cobre ancho y una verificación térmica.
6. Lista de verificación de puesta en marcha
- Verifique la tensión de CC con un cable C-to-C: un dispositivo sink debería ver la Rp de la fuente y llevar la línea a un nivel definido.
- Verifique 5 V en VBUS en ambas orientaciones del conector.
- Si se utiliza PD, capture la forma de onda de CC y confirme la negociación BMC; verifique la tensión solicitada.
- Para SuperSpeed, ejecute una prueba de enlace y lea la velocidad negociada; enumere en Gen 1 y Gen 2 por separado.
- Sondee los pares SS solo con una sonda diferencial o un fixture de cumplimiento; una sonda single-ended en una línea destruye la medición.
- Verifique la ESD en cada pin expuesto, incluido SBU.
- Térmica: funcionar a la potencia negociada máxima durante 30 minutos y medir el conector y el controlador PD.
Para los fundamentos de par diferencial que también se aplican aquí, consulte laguía de enrutamiento de pares USB 2.0, y para la ubicación de la protección en el mismo conector, laguía de disposición de ESD.
7. FAQ
¿Es USB-C lo mismo que USB 3?
No. USB-C es un conector; USB 3 es una velocidad. Un puerto USB-C puede transportar solo USB 2.0, y un puerto USB-A puede transportar USB 3.
¿Por qué mi dispositivo no se carga con un cable C-to-C?
Casi siempre por los pines CC. Un sink necesita 5.1 kΩ desde cada pin CC a tierra; sin ello, el cargador no ve ningún dispositivo.
¿Puedo obtener 100 W de cualquier puerto USB-C?
No. La fuente, el cable (e-marked) y el sink deben admitir PD y la tensión solicitada. USB-C por defecto es 5 V.
¿Necesito un controlador PD?
Solo si necesita más de 5 V o más de 3 A, o si el puerto debe cambiar de rol. Para un dispositivo simple de 5 V, dos resistencias y un array de protección son suficientes.
¿Por qué mi placa funciona con un cable de A a C pero no con C a C?
Un cable de A a C proporciona 5 V independientemente del estado de CC. Un cable de C a C espera que el sink presente Rd. El mismo diseño que "funciona" con un cable de A a C puede estar completamente muerto con C a C.
¿Se requieren los pares SuperSpeed?
No. Si el producto solo necesita USB 2.0, los pines SS pueden dejarse sin conectar, pero aún deben protegerse si quedan expuestos.
¿Puedo probar USB-C sin un analizador de PD?
En parte. Un medidor en VBUS y CC indica el rol y la tensión predeterminada; la negociación completa de PD requiere un probador compatible con PD o un analizador de protocolo. Para la mayoría de la puesta en marcha, la comprobación más sencilla detecta los fallos habituales.
¿Qué es un e-marker?
Un pequeño chip en el cable que indica a la fuente su capacidad de corriente y de datos. Sin él, la fuente limita la corriente a 3 A.
8. Fuentes
- USB Implementers Forum,Especificaciones de USB Type-C y USB 3.2— asignación de pines, CC, PD y requisitos de SuperSpeed.
- USB-IF,USB Power Delivery— perfiles de tensión y corriente, EPR.
- Texas Instruments,Directrices de diseño de alta velocidad(SLLA414) — enrutamiento de pares y ruta de retorno.
- Hojas de datos de controladores USB-C de fabricantes — red CC y configuración de mux.
¿Está diseñando un puerto USB-C?
Indíquenos el rol (consumidor, fuente o ambos), el nivel de potencia y la velocidad de datos. Revisaremos la red CC, la protección y el enrutamiento de pares antes de que se comprometa.
