D+ y D−: la señalización diferencial y la regla de las dos hermanas

Para que empiece la carga hay que hablar

Además del pin VBUS, el conector trae dos pines de datos: D+ y D−. La primera comunicación puede ser muy simple: con unos resistores, el adaptador coloca un pequeño voltaje en las líneas de datos y, cuando el teléfono lo detecta, ya sabe que se conectó un cargador y arranca la carga.

¿Por qué dos líneas y no una?

Los datos viajan a muy alta frecuencia, y ahí son muy vulnerables a la interferencia. Por eso se usan dos: una positiva y una negativa. El truco se llama señalización diferencial.

El valor del dato no es lo que lleva cada línea por separado, sino la diferencia entre las dos. Si un dato vale 2, D+ lleva +2 y D− lleva −2; la diferencia es 4. Son números de pizarrón: en la placa no vas a medir voltajes negativos, las dos líneas se mueven entre 0 y unos 3,3 V alrededor de un punto medio.

Las dos líneas las maneja el mismo chip: el que transmite —el del teléfono o el del computador— pone la señal en D+ y, con un circuito inversor que lleva por dentro, su copia invertida en D−. El cargador de pared no manda datos. Lo que lleva adentro, alimentado de la misma línea de VBUS con sus 5 V, es un integrado que hace de gestor de la carga: con un voltajito en D+ y D− le avisa al teléfono qué cargador es y, en los de carga rápida, escucha lo que el teléfono le pide por esas líneas y le sube el voltaje.

Te sirve para no acusar al teléfono de entrada. Si un equipo no negocia y las líneas de datos se ven muertas, el que puede estar fallando es ese gestor que va adentro del cargador. Prueba con otro adaptador que sepas bueno antes de abrir nada.

El error más repetido del taller

Se oye siempre que «datos van y datos vienen», como si D+ fuera el camino de ida y D− el de vuelta. Es falso. Las dos líneas llevan EL MISMO dato, en el mismo instante y hacia el mismo lado. Lo único que las diferencia es que una lleva la copia invertida de la otra. El par no es un camino doble: es un solo mensaje contado dos veces, al derecho y al revés.

De ese matiz sale sola la regla que vas a usar con el multímetro: si las dos líneas llevan lo mismo y salieron del mismo sitio, tienen que medir parecido. El que cree que una va y la otra viene no tiene por qué esperar que midan igual, y por eso deja pasar el par desparejo que era justamente la falla.

Los dos modos de comunicar

• Modo común: las dos líneas llevan la señal en el mismo sentido. Si llega un ruido, se suma a las dos y ensucia el mensaje.
• Modo diferencial: una línea lleva la señal y la otra su espejo invertido. El receptor no lee cada una: RESTA una de la otra. Como el ruido cayó igual en ambas, al restar se borra solo.

Si una interferencia de +1 V cae por igual sobre las dos, D+ pasa a 3 y D− pasa a −1. Pero la diferencia sigue siendo 4: el dato llega intacto. Y como el receptor no entrega esa resta tal cual —el amplificador que la hace viene con un divisor que parte el resultado entre dos—, aparece otra vez el 2 que salió de la casa.

El inversor que fabrica D−, el que resta las dos líneas al llegar y el que parte el resultado entre dos son todos amplificadores operacionales: el mismo bloque montado de tres maneras distintas. Un opamp, él solito, no hace más que amplificar; lo que decide su oficio son los componentes que le pongan alrededor.

El VBUS no necesita esa protección: es un DC fijo de 5 V, no tiene frecuencia, así que la interferencia no lo altera. Por eso solo las líneas de datos van en par.

El ruido también tiene dos modos, y uno no se puede limpiar

• Si la interferencia cae sobre las dos líneas por igual, es ruido de modo común. Ese sí lo cancelan el inductor de choque —en los planos, choke— y el amplificador diferencial del otro extremo.
• Si cae solo sobre una de las dos, es ruido de modo diferencial. Ahí no lo puede limpiar nadie: para el inductor y para el amplificador ese desbalance se parece a un dato.

Las dos pistas de un par se dibujan iguales y pegaditas justamente para que cualquier interferencia les caiga igual y se convierta en ruido de modo común. Un puente casero rompe esa igualdad, y el ruido que antes se cancelaba pasa a ser ruido que ya nadie puede limpiar. Por eso los filtros y las bobinas de esas líneas se cambian; no se puentean.

Y para que la interferencia caiga por igual, D+ y D− deben ir siempre juntas: por eso en versiones más nuevas los cables llevan los dos hilos trenzados y a veces una malla de aluminio alrededor. Dos cables pueden verse iguales por fuera y ser de versiones distintas justamente por esto.

Por qué el tipo C tiene Tx y Rx además de D+ y D−

Con D+ y D− la conversación es por turnos: A manda «hola» y, para que B conteste, A tiene que callarse. Por eso se mejoró el diseño: una línea dedicada solo a TRANSMITIR y otra solo a RECIBIR, para que los dos hablen al mismo tiempo. Y como esos datos viajan a frecuencias muy altas, cada camino necesita su pareja: transmisión positivo, transmisión negativo, recepción positivo y recepción negativo. No son cuatro líneas sueltas: son dos parejas.

• Al medir, compara cada línea con su gemela del mismo par. No compares las cuatro entre sí.
• Igual que con el CC, solo trabaja la fila de arriba o la de abajo según cómo hayas metido el conector: la mitad de esos pines puede medir distinto nada más por la orientación.

Cómo avisa el cargador que es un cargador

Dentro del adaptador se jala una línea desde VBUS y se le pone un componente que le baja el voltaje. En vez de los 5 V completos, en D+ y D− aparece un voltajito más pequeño, por ejemplo 2 V. Ese voltajito es la seña, y cada tipo de puerto deja una distinta: por eso el celular sabe si le pueden dar 500 mA o 1,5 A.