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Black Box erklärt USB 3.1 und USB Typ-C

Black Box erklärt USB 3.1
und USB Typ C

Black Box erklärt den USB 3.1 und USB Typ C Standard.

Das USB Implementers Forum (USB-IF) hat USB 3.0, die dritte umfassende Überarbeitung des Universal Serial Bus (USB), in USB 3.1 Gen 1 umbenannt. Ausserdem wurden USB 3.1 Gen 2 sowie der neue reversible USB Typ C-Anschluss vorgestellt.

Erfahren Sie in unserem kurzen Überblick die wichtigsten Daten und Anwendungsmöglichkeiten des USB 3.1 Standards. Lesen Sie auch mehr über „Alternative Modi“ (alternative Betriebsarten) vom USB Typ C und die Marktentwicklung bei der USB-Technologie im Allgemeinen.

Die USB 3.1 Technologie

1 - USB 3.1 Gen 1 (früher USB 3.0)

  • 5 Gbps Bandbreite
  • 3.4 Gbps effektiver Durchsatz
  • 900 mA Stromlieferung für nachgeschaltetes Gerät verfügbar
  • Vollduplex-Betrieb (gegenüber Halbduplex bei USB 2.0)
  • Wird von den neuesten Mac OS-, Linux- und Windows-Betriebssystemen als Standard unterstützt.
  • Besteht aus einem vollständig von USB 2.0 unabhängigen Bus.
    USB 3.1-Daten und USB 2.0-Daten sind vollkommen unabhängig und werden im Stecker und im Kabel über unterschiedliche Leiter übertragen.

2 - USB 3.1 Gen 2

  • 10 Gbps Bandbreite
  • Wird typischerweise über Treiber und Controller von Dritten (wie AsMedia) unterstützt und ist nicht standardmäßig auf Intel/AMD-Hosts (Stand Jan. 2017).
  • Andere geringfügige Protokolländerungen gegenüber USB 3.1 Gen 1, jedoch unter Erhalt der Abwärtskompatibilität

3 - USB 3.1 Anwendungen

  • Massenspeichergeräte
    • Festplattenlaufwerke, Blu-Ray-Laufwerke, Flash-Laufwerke
    • Enorme Steigerung der Leistung im Vergleich mit USB 2.0
    • Video- und Bilddateien werden immer größer, daher wächst die Nachfrage nach schnelleren Geräten bei Verbrauchern.
  • Videokonferenzen
    USB 3.1 PTZ Kameras für 1080p60 und mehr (ohne die Verwendung eines Hardware-Codecs) senken die gesamten Implementierungskosten und ermöglichen den Benutzern, ihre eigenen Geräte mitzubringen und mit Skype, WebEx usw. zu verbinden.
  • Bildverarbeitung (Machine Vision)
    USB Machine-Vision-Kameras (Bildverarbeitungskameras) liefern kostengünstige Lösungen mit einer hohen Auflösung und hohen Bildraten für die Produktanalyse bei Montagelinien.

4 - USB 3.1 Anschlussbelegung

USB 3.1-Anschlüsse enthalten zusätzliche Kontakte gegenüber USB 2.0 zur Unterstützung der neuen SuperSpeed-Leistung. Die Kontakte D+ und D- bleiben unverändert ebenso wie Stromversorgung und Erdung. Zusätzlich dazu gibt es neue ausbalancierte Twisted-Pair-Sender und -Empfänger für die SuperSpeed-Datenübertragung. Auf der Empfängerseite unter der Bezeichnung StdA_SSRX+ und StdA_SSRX-, auf der Senderseite als StdA_SSTX+ und StdA_SSTX-.

USB 3.1 Pinning (Anschlussbeleguing)
Pin Bezeichnung Draht
1 VBUS rot
2 D- weiss
3 D+ grün
4 GND schwarz
5 StdA_SSRX- blau
6 StdA_SSRX+ gelb
7 GND_DRAIN ERDE
8 StdA_SSTX- purpur
9 StdA_SSTX+ orange

USB Typ C Standard

Black Box erklärt USB Typ C

1 - Eigenschaften

  • Dieser USB-Typ enthält einen reversiblen (um 180° beidseitig einsteckbaren) Anschluss, der Datenübertragungsraten bis zu 40 Gbps unterstützen kann.
    • 10 Gbps pro Datenbahn (Lane), 4 Lanes insgesamt
  • Der USB Typ C Stecker und Port sind kleiner (vergleichbar mit Micro-USB) und langlebiger, sie sind für 10.000 Steckvorgänge ausgelegt. Durch die 24 symmetrischen Kontakte passt der Stecker beim ersten Versuch in die Buchse.
  • Stromlieferung bis zu 100 Watt
  • USB 2.0, 3.1 Gen 1 und 3.1 Gen 2 fähig
  • Unterstützung für „Alternate Modes“, sodass mehr als nur USB-Daten über die Anschluss-/Kabel-Baugruppe übertragen werden können
  • Von Computer- und Mobiltelefonherstellern geförderter Standard, die eine schnellere und bessere Schnittstelle für USB benötigten.
  • Die Kabel sind elektronisch gekennzeichnet und ermöglichen dadurch die sogenannte „Power Delivery Negotiation“.
    • Dies wurde aus Sicherheitsgründen so gemacht, um zu verhindern, dass zu viel Leistung durch ein Kabel geleitet wird, das diese nicht unterstützen kann. Leider haben wir dennoch einige negative Ausnahmen gesehen, die auf den Markt kamen und Schäden verursachten.
    • Die neuen Kabel sind „smart“!
  • USB-C-Anschlüsse können Strom liefern oder verbrauchen.
    • Derselbe Anschluss kann zum Anschliessen des Flash-Laufwerks, aber auch zum Aufladen Ihres Laptops verwendet werden.
    • Im Stromlieferungsmodus können Smartphones und Tablet-PCs viel schneller aufgeladen werden.
  • Die Möglichkeiten bei den Kabeln und Anschlüssen können variieren,
  • ein Anschluss oder Kabel kann zum Beispiel nur USB 2.0 unterstützen und keinen Strom liefern.
  • Die Identifizierung der Möglichkeiten wird dabei zu einem wichtigen Aspekt!

2 – USB-C Alternate Modi

2.1 DisplayPort Alternate Modus

  • Auflösung bis 4Kp60 4:4:4 mit DisplayPort 1.3 Spezifikationen
  • Gleichzeitige Unterstützung für USB 3.1 Gen 2 und USB 2.0
  • Stromübertragung bis zu 100 W
  • Die ersten Monitore wurden auf der CES 2016 präsentiert.

2.2 MHL (Mobil High-Definition Link) Alternate Modus

  • Auflösung bis zu 4Kp60 mit einer einzigen Datenbahn oder 8Kp60 mit 4 Datenbahnen und superMHL 1.0 Spezifikationen
  • USB 2.0, 3.1 Unterstützung abhängig von der Konfiguration
  • Stromübertragung bis zu 100 W
  • Momentan keine Geräte auf dem Markt

2.3 Thunderbolt 3 Alternate Modi

  • Unterstützung für bis zu 2 Displays, die mit 4Kp60 laufen
  • Anschliessen von PCIe 3.0, DisplayPort sowie USB 2.0 und 3.1 Protokolle, abhängig von der Konfiguration
  • Stromübertragung bis zu 100 W
  • Bei Laptops von Dell, Lenovo, Apple, HP wurde mit dem Versand mit USB-C Anschlüssen begonnen, die diesen alternate Mode unterstützen.

2.4 HDMI Alternate Modus

  • Unterstützt HDMI 1.4b Spezifikation (4Kp30, 4Kp60 4:2:0)
  • Kann nicht gleichzeitig USB 3.1-Daten in irgendeiner Konfiguration unterstützen (ist begrenzt auf USB 2.0)
  • Stromübertragung bis zu 100 W
  • Es gibt momentan keine Geräte auf dem Markt, die diesen Modus unterstützen.

3 – Marktentwicklung bei USB-C

  • Zunehmende Integration in Mobiltelefone und Laptops
  • Gängige Geräte sind u. a.:
    • Adapter für ältere Verbindungen (USB A/B, DVI usw.)
    • Flash-Laufwerke
    • Docking-Stationen
    • Monitore
  • Eine grobe Schätzung geht aus von einer Lieferung von 500 Millionen Geräten im Jahr 2017, 2 Milliarden im Jahr 2019.
    • aus IHS USB Type C Report 2015
    • Lieferung von insgesamt 2,5 Milliarden Geräten im Jahr 2020 konform dem Global Industry Analysts Inc. Report 2015

Überblick über die USB-Standards

USB Typ Durchsatz Richtung Anzahl Kontakte
1.X 1.5 Mbps (Low Speed),
12 Mbps (Full Speed)
Halbduplex, nicht reversibel 4
2 480 Mbps (High Speed) Halbduplex, nicht reversibel 4-5
3 5 Gbps (SuperSpeed) Vollduplex, nicht reversibel 9
3.1/Gen2 10 Gbps (SuperSpeed+) Vollduplex, nicht reversibel 9
Typ-C 10 Gbps (SuperSpeed+) Vollduplex, reversibel 24

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