USB (Universal Serial Bus) ist die standardisierte Kommunikationsverbindung zwischen fast allen Hardwaregeräten und deinem Computer. Egal ob Drucker, Modem, Kameras oder andere Geräte – sie alle können über USB miteinander verbunden werden. Entwickelt wurde USB von verschiedenen Computer- und Prozessorherstellern unter der Leitung von Microsoft. Das Ziel war es, eine einheitliche und schnelle Verbindung für alle Geräte und Computertypen zu schaffen. Vor USB konnten Geräte nur über den seriellen oder parallelen Port an den Computer angeschlossen werden. Diese Ports hatten jedoch erhebliche Nachteile wie Interrupt-Konflikte und die Begrenzung auf ein Gerät pro Anschluss.
USB ist ein Bitserieller Bus, bei dem die einzelnen Bits eines Datenpakets nacheinander übertragen werden. Die Datenübertragung erfolgt über verdrillte Leitungen symmetrisch. Eine Leitung überträgt das Datensignal, eine andere das invertierte Datensignal. Der Signalempfänger bildet die Differenzspannung beider Signale, wodurch sich der Spannungshub zwischen 0- und 1-Pegel verdoppelt und eingestrahlte Störungen eliminiert werden.
Pro und Contra
Pro
- Mittlerweile ist jeder moderne PC oder MAC mit USB ausgestattet.
- Es ist keine zusätzliche Hardware erforderlich.
- Die Installation ist einfach – einfach einstecken und das Installationsprogramm startet automatisch!
- Hot Plug – Neue Hardware kann während des Betriebs des PCs angeschlossen werden.
- Eine große Anzahl von Peripheriegeräten kann an einem USB-Eingang angeschlossen werden (Bis zu 127 Hardwaregeräte an einem Anschluss).
- USB bietet schnelle Übertragungsraten: USB 1.1 bis 12 Mbit/s, USB 2.0 bis 480 Mbit/s, USB 3.0 bis 5 Gbit/s und USB 3.1 bis 10 Gbit/s.
- Kleingeräte können über USB-Kabel mit Strom versorgt werden (5 V, 500 mA und 900 mA (USB 3.0)).
- Geräte mit Spannungen von 5 V, 12 V und 20 V bis 5000 mA (USB 3.1) können mit USB betrieben werden.
Contra
- Windows 95 und NT werden nicht unterstützt (mittlerweile veraltete Betriebssysteme).
- Die Kabellänge ist begrenzt.
- Der USB 3.1 Stecker Typ C ist nur mit Adapter zu älteren Versionen kompatibel.
Übertragungsgeschwindigkeiten
Ein Gerät, das mit USB 2.0 gekennzeichnet ist, ist nicht unbedingt in der Lage, die hohe Datenrate von 480 Mbit/s zu erreichen. Die Anbieter sind jedoch der Meinung, dass USB 2.0-kompatible Geräte grundsätzlich jede der Geschwindigkeiten anbieten müssen oder abwärtskompatibel sind. Die neueste Version der Spezifikation muss jedoch immer eingehalten werden. Nur bei Geräten, die mit dem Logo “Certified USB Hi-Speed” ausgezeichnet sind, kann man eine Übertragungsrate von 480 Mbit/s (60 MB/s) erwarten.
USB 3.0
Das Implementers Forum stellte im November 2008 die Spezifikation USB 3.0 vor. Der SuperSpeed-Modus ermöglicht eine Datenübertragung von 5 Gbit/s (625 MB/s). Um diese hohe Datenübertragungsrate zu erreichen, sind zusätzliche Adernpaare und eine weitere Masseleitung erforderlich. Die USB-Stecker und Kabel mussten entsprechend geändert werden. Die neuen USB-Stecker sind jedoch abwärtskompatibel zu USB 2.0 und USB 1.1, mit Ausnahme der Mini- und Micro-USB-Stecker, die nur bis USB 2.0 unterstützt werden. Die neuen USB-Stecker passen nicht mehr in die alten Buchsen.
Besonderheiten von USB 3.0:
- Die Reihumabfrage (polling) entfällt, was verschiedene Stromsparmodi ermöglicht.
- Statt bisher 500 mA können jetzt 900 mA bereitgestellt werden.
- USB 3.0 Controllerkarten sind nur im Erweiterungsstandard PCI-Express erhältlich und verwendbar.
- Alte Treiber können installiert bleiben, aber es werden neuere Treiber empfohlen, um von den modifizierten Techniken zur Energieeinsparung zu profitieren.
USB 3.1
USB 3.1 bietet eine Geschwindigkeitsverdoppelung im Vergleich zu USB 3.0. Eine maximale Übertragungsgeschwindigkeit von bis zu 10 Gbit/s für den neuen Standard Super-Speed+ ist möglich. Allerdings ist der neue Stecker Typ C nicht mehr zu USB 3.0 kompatibel. Während der Übergangszeit werden Adapter verwendet, um eine Verbindung zu älteren Schnittstellen herzustellen.
Besonderheiten von USB 3.1:
- Der Stecker Typ C ist zwar zu alten USB-Versionen kompatibel, kann jedoch nur noch mit Hilfe eines Adapters verwendet werden.
- Höhere Stromübertragungen bis 100 W sind möglich.
- Der Stecker Typ C ist extrem haltbar und kann bis zu 10.000-mal eingesteckt werden.
- Er ist kompatibel zum Display-Port Standard und ermöglicht eine Übertragung von bis zu 5K-Auflösung.
- Der flache Aufbau des Steckers Typ C eignet sich besonders gut für Smartphones und Tablets.
- Der Stecker Typ C kann in jede Richtung in die Buchse gesteckt werden.
Spannungsversorgung über Typ C:
Der Stecker Typ C ermöglicht eine Stromversorgung von bis zu 5000 mA. Geräte mit bis zu 100 W können so problemlos mit Strom versorgt werden. Neben 5 V sind auch andere Spannungen wie 12 V und 20 V möglich. Das Power Delivery ist in verschiedene Profile unterteilt.
Kabellängen
Die maximale Kabellänge für USB beträgt 5 Meter. Mit aktiven Komponenten wie Hubs oder Verstärkern kann die Leitungslänge auf bis zu 30 Meter verlängert werden. Bei längeren Leitungen ist die Signallaufzeit zwischen dem Endgerät und dem Host zu lang. Der Host liefert bei einer Betriebsspannung von 5V einen maximalen Strom von 500 mA bzw. bei USB 3.0 900 mA.
Anschlussbelegung
Die PIN-Belegung der USB-Schnittstelle ist standardisiert. In den folgenden Tabellen sind die Belegungen für Standardstecker, Mini-/Microstecker und die zusätzlichen Pins für USB 3.0 Stecker dargestellt.
Standardstecker:
VCC: rot (5V+)
D-: weiß (Data-)
D+: grün (Data+)
GND: schwarz (Masse)
Mini-/Microstecker:
VCC: rot (5V+)
D-: weiß (Data-)
D+: grün (Data+)
ID: keine (Typ A: Masse, Typ B: nicht verbunden)
GND: schwarz (Masse)
Zusätzliche PINs bei USB 3.0:
SSTX+: Datenübertragung vom Host zum Gerät
SSTX- (mit SSTX+ verdrillt)
GND: Masse
SSRX+: Datenübertragung vom Gerät zum Host
SSRX- (mit SSRX+ verdrillt)
Stecker Typ C USB 3.1:
GND: Masse
SSRXp2: SuperSpeed -Differentialpaar 1, RX, positiv
SSRXn2: SuperSpeed -Differentialpaar 1, RX, negativ
VBUS
SBU1: Seitenband-Einsatz
Dn2: Datenposition 2, negativ
Dp2: Datenposition 2, positiv
CC: Konfigurationskanal
VBUS
SSTXn2: SuperSpeed -Differentialpaar 2, TX, negativ
SSTXp2: SuperSpeed -Differentialpaar 2, TX, positiv
GND: Masse
USB-PIN-Zuordnung
Die meisten Motherboards bieten zusätzliche USB-Anschlüsse. In der folgenden Tabelle sind die wichtigsten Motherboard-Hersteller mit den jeweiligen USB-Anschlüssen aufgeführt:
- Diamond Computer Systems (DCS)
- Taiwan Commate Computer (TCC)
- Micristar International (MSI)
- Acorp
- EPoX
- Shuttle
- Gigabyte Trading (GBT)
- Iwill
- Jetway
- Aopen
- Soyo
- Taiwan MyComp (TMC)
- Asus
- Elitegroup Computer Systems (ECS)
Steckerarten
Es gibt verschiedene Steckerarten für USB, darunter:
- Anschlusskabel für Smartphones, Tablets, Computer, Apple MacBook, Kameras und Monitore.
- Anschlusskabel für USB-Sticks, externe Festplatten (3,5″), Konsolen und USB-Hubs.
- Anschlusskabel für externe Festplatten (2,5″).
- Anschlusskabel für USB-Sticks, USB-Maus/Tastatur und WLAN-Stick mit Desktops, Notebooks, Mediaplayern und SAT-Receivern.
- Drucker-Anschlusskabel für Drucker, Telefonanlagen und externe Festplatten (3,5″).
- Anschlusskabel für Mobiltelefone, digitale Kameras, MP3-Player und andere mobile Geräte.
- Anschlusskabel für digitale Kameras, MP3-Player und externe Festplatten (2,5″).
- Anschlusskabel für MP3-Player, Mobiltelefone und digitale Kameras.
- Anschlusskabel für MP3-Player, Mobiltelefone und digitale Kameras.
Downstream und Upstream
Beim Anschluss von USB-Kabeln gibt es den Downstream und den Upstream:
- Downstream: Das USB-Kabel wird über die Steckverbinder Typ A angeschlossen und führt vom Host (Anschluss am PC) weg.
- Upstream: Das USB-Kabel wird über die Steckverbinder Typ B angeschlossen und führt zum Host (Anschluss an der Peripherie, z. B. Drucker).
Die Pins für die Stromversorgung in den Steckern und Buchsen sind etwas länger, sodass die Stromversorgung sichergestellt ist, bevor die Datenverbindung hergestellt wird.
USB-Adapter
Für die Anpassung von A- und B-Steckern/Buchsen gibt es USB-Adapter in verschiedenen Variationen:
- USB ABU-ABU
- USB ABU-BBU
- USB ABU-BST
- USB AST-AST
- USB AST-BBU
- USB BBU-BBU
- USB BST-BST
Quelle: Reicheltpedia
