reicheltpedia, das Wiki für Elektronik

USB

Aus Reicheltpedia
Wechseln zu: Navigation, Suche

USB (Universal Serial Bus) USB ist die standardisierte Kommunikationsverbindung zwischen fast allen Hardwaregeräten, von Drucker bis Modem, Kameras usw. zum Computer. Entwickelt wurde es von mehreren Computer- und Prozessorherstellern unter der Führung von Microsoft. Ziel war es, eine für alle Geräte und Computertypen einheitliche und schnelle Verbindung herzustellen. Vorher konnten Geräte nur über den seriellen oder parallelen Port an den Computer angeschlossen werden. Im Vergleich zu USB, hatten diese Ports jedoch erhebliche Nachteile (Interrupt-Konflikte, nur 1 Gerät pro Anschluss war möglich).

Da USB ein Bitserieller Bus ist, werden die einzelnen Bits eines Datenpaketes nacheinander übertragen. Über verdrillte Leitungen erfolgt die Datenübertragung symmetrisch. Eine Leitung überträgt dabei das Datensignal, eine andere Leitung überträgt das dazugehörige invertierte Datensignal. Der Signalempfänger bildet die Differenzspannung beider Signale. Der entstandene Spannungshub zwischen 0- und 1-Pegel wird in Folge dessen doppelt so groß und eliminiert dadurch eingestrahlte Störungen.


SuperSpeed USBLogo press.png

Pro und Contra

Pro
  • Mittlerweile ist jeder moderne PC oder MAC mit USB ausgerüstet.
  • Keine zusätzliche Hardware nötig.
  • Einfache Installation, anstecken und das Installationsprogramm startet automatisch!
  • Hot Plug, die neue Hardware kann während des Betriebs des PCs angesteckt werden.
  • Eine große Anzahl von Peripheriegeräten kann an einem USB-Eingang angeschlossen werden (Bis zu 127 Hardwaregeräte an einem Anschluss)
  • Schnelle Übertragungsraten, USB 1.1 bis 12 Mbit/sec, USB 2.0 bis 480 Mbit/sec, USB 3.0 bis 5 Gbit/sec und USB 3.1 bis 10 Gbit/sec.
  • Stromversorgung für Kleingeräte über USB-Kabel möglich (5 V, 500 mA und 900 mA (USB 3.0) ).
  • Stromversorgung für Geräte bis 100 W für die Spannungen 5 V, 12 V und 20 V bis 5000 mA (USB 3.1).


Contra
  • Windows 95 und NT werden nicht unterstützt! (mittlerweile veraltete Betriebssysteme)
  • Kabellänge begrenzt.
  • USB 3.1 Stecker Typ C nur mit Adapter zu älteren Versionen kompatibel


Übertragungsgeschwindigkeiten

Ein Gerät, das mit USB 2.0 angegeben wird, ist nicht unbedingt in der Lage, die hohe Datenrate von 480Mbit/s zu erfüllen. Die Anbieter vertreten hierbei den Standpunkt, dass USB 2.0 kompatible Geräte grundsätzlich jede der Geschwindigkeiten anbieten müssen oder abwärtskompatibel sind. In erster Linie muss die neueste Fassung der Spezifikation eingehalten werden. Nur bei Geräten, die mit dem Logo Certified USB Hi-Speed ausgezeichnet sind, kann man 480Mbit/s (60MB/s) auch erwarten.


USB - Geschwindigkeiten

Speed
USB 1.1
USB 2.0
USB 3.0
USB 3.1
Low-Speed
1,5 Mbit/s
1,5 Mbit/s
1,5 Mbit/s
*1,5 Mbit/s
Full-Speed
12 Mbit/s
12 Mbit/s
12 Mbit/s
*12 Mbit/s
High-Speed
-
480 Mbit/s
480 Mbit/s
*480 Mbit/s
Super-Speed
-
-
5 Gbit/s
*5 Gbit/s
Super-Speed+
-
-
-
10 Gbit/s


* Nur mit Adapter möglich

USB 3.0

Das Implementers Forum stellte im November 2008 die Spezifikation USB 3.0 vor. Die Datenübertragung soll im SuperSpeed-Modus auf 5Gbit/s (625MB/s) erhöht werden. Diese hohe Datenübertragungsrate, ähnlich Serial ATA, kann allerdings nur durch den Einsatz von zusätzlichen zwei Aderpaare und einer weiteren Masseleitung (siehe: Zusätzliche PINs bei USB 3.0) erreicht werden. Durch die zusätzlichen Leitungen müssten die USB-Stecker und Kabel geändert werden. Die neuen USB-Stecker sind zu USB 2.0 und USB 1.1 abwärtskompatibel. Die Ausnahme sind die Mini- und Micro-USB-Stecker, die zwar in die neuen Buchsen passen, allerdings nur eine maximale USB 2.0 Unterstützung erreichen können. Nur die neuen USB-Stecker (Mini u. Micro) passen nicht mehr in die alten Buchsen.


Besonderheiten:

  • Die vorher bei USB-Standard übliche Reihumabfrage, auch polling genannt, entfällt. Die Geräte konnten durch solch eine Abfrage in verschiedene Stromsparmodi versetzt werden.
  • Statt bisher 500mA können jetzt 900mA bereitgestellt werden.
  • USB 3.0 Controllerkarten sind nur in dem Erweiterungsstandard PCI-Express erhältlich und verwendbar.
  • Alte Treiber können installiert bleiben. Allerdings sollten neuere Treiber verwendet werden, da hierbei durch modifizierte Techniken neue Stromsparmodi genutzt werden können.


USB 3.1

Für das Jahr 2013 wurde bereits eine Geschwindigkeitsverdoppelung zu USB 3.0 angekündigt. Eine maximale Übertragung von bis zu 10 Gbit/s für den neuen Standard Super-Speed+ soll möglich sein. Allerdings gibt es einen neuen Stecker mit der Bezeichnung Type C. Dieser ist nicht mehr zu der Buchse USB 3.0 kompatibel. In der Übergangszeit werden Adapter verwendet, die einen Anschluss an alte Schnittstellen ermöglicht.


Besonderheiten:

  • Stecker Typ C ist zwar kompatibel zu alten USB-Versionen, aber nur noch mit Hilfe eines Adapters steckbar.
  • Höhere Stromübertragungen bis 100 W möglich.
  • Der Stecker Typ C ist extrem haltbar, bis zu 10.000 Steckvorgänge möglich.
  • Kompatibel zum Display-Port Standard und eine Übertragung von bis zu 5 K-Auflösung möglich.
  • Der Aufbau des Steckers Typ C ist sehr flach gehalten, dadurch besonders gut für Smartphones und Tablets geeignet.
  • Der Stecker Typ C kann in jede Richtung in die Buchse gesteckt werden.


Spannungsversorgung über Typ C

Dieser Stecker ermöglicht eine Stromversorgung von bis 5000 mA. Geräte mit bis zu 100 W lassen sich so ohne weiteres mit Strom versorgen. Des weiteren sind neben 5 V auch andere Spannungen wie 12 V und 20 V möglich. Zum Laden vom Geräten ist dieses Power Delivery in verschiedene Profile eingeteilt.


Power Delivery

Profil
unterstützt
unterstützt
unterstützt
Profile 1 Port
5 V --> 2,0 A
-
-
Profile 2 Port
5 V --> 2,0 A
12 V --> 1,5 A
-
Profile 3 Port
5 V --> 2,0 A
12 V --> 3,0 A
-
Profile 4 Port
5 V --> 2,0 A
12 V --> 3,0 A
20 V --> 3,0 A
Profile 5 Port
5 V --> 2,0 A
12 V --> 5,0 A
20 V --> 5,0 A


Kabellängen

USB-Aktiv-Verlängerung

Die maximale Kabellänge darf 5 Meter nicht überschreiten. Die Leitungslänge lässt sich bis auf 30 Meter verlängern, wenn nach allen 5 Metern eine aktive Komponente (Hub, Verstärker) verbaut ist. Darüber hinaus ist die Signallaufzeit zwischen Endgerät und Host zu lang. Der Host (Anschluss am PC) liefert bei einer Betriebsspannung von 5V einen maximalen Strom von 500mA bzw. bei USB 3.0 900mA.



Anschlussbelegung

Die PIN-Belegung der USB-Schnittstelle ist standardisiert und auch die Farben der Adern sind festgelegt. In den unten aufgeführten Tabellen sind die Belegungen für Standardstecker, Mini-/Microstecker und die zusätzlichen Pins für USB 3.0 Stecker dargestellt.


Standardstecker

PIN
Name
Farbe
Beschreibung
1
VCC rot 5V+
2
D- weiß Data-
3
D+ grün Data+
4
GND schwarz Masse


Mini-/Microstecker

PIN
Name
Farbe
Beschreibung
1
VCC rot 5V+
2
D- weiß Data-
3
D+ grün Data+
4
ID keine Typ A: Masse, Typ B: nicht verbunden
5
GND schwarz Masse


Zusätzliche PINs bei USB 3.0

PIN
Name
Beschreibung
1
SSTX+ Datenübertragung vom Host zum Gerät
2
SSTX- mit SSTX+ verdrillt
3
GND Masse
4
SSRX+ Datenübertragung vom Gerät zum Host
5
SSRX- mit SSRX+ verdrillt


Stecker Typ C USB 3.1

Beschreibung
Name
PIN
:
PIN
Name
Bescheibung
Masse
GND
1
12
GND Masse
SuperSpeed -Differentialpaar 1, TX, pos.
SSTXp1
2
11
SSRXp2 SuperSpeed -Differentialpaar 1, RX, pos.
SuperSpeed -Differentialpaar 1, TX, neg.
SSTXn1
3
10
SSRXn2 SuperSpeed -Differentialpaar 1, RX, neg.
+5 V
VBUS
4
9
VBUS
+5 V
Konfigurationskanal
CC
5
8
SBU1 Seitenband-Einsatz
Datenposition 1, pos.
Dp1
6
7
Dn2 Datenposition 2, neg.
Datenposition 1, neg.
Dn1
7
6
Dp2 Datenposition 2, pos.
Seitenband-Einsatz
SBU1
8
5
CC Konfigurationskanal
+5 V
VBUS
9
4
VBUS
+5 V
SuperSpeed -Differentialpaar 2, RX, neg.
SSRXn2
10
3
SSTXn2 SuperSpeed -Differentialpaar 2, TX, neg.
SuperSpeed -Differentialpaar 2, RX, pos.
SSRXp2
11
2
SSTXp2 SuperSpeed -Differentialpaar 2, TX, pos.
Masse
GND
12
1
GND Masse



USB-PIN-Zuordnung

Die meisten Motherboards bieten die Möglichkeit zusätzliche USB-Anschlüsse zu nutzen. Leider steht nicht immer die Motherboard-Beschreibung zur Verfügung, um die richtigen Anschlüsse zuzuordnen oder zu identifizieren. In der folgenden Tabelle sind die wichtigsten Motherboard-Hersteller mit den jeweiligen USB-Anschüssen aufgeführt:

PIN-Zuordnung auf Mainboards

Mainboard-
Hersteller
PINs
Bild
  • Diamond Computer Systems (DCS)
  • Taiwan Commate Computer (TCC)
10
USB-Board-1.jpg
  • Micristar International (MSI)
  • Acorp
  • EPoX
  • Shuttle
10
USB-Board-2.jpg
  • Gigabyte Trading (GBT)
8
USB-Board-3.jpg
  • Iwill
  • Jetway
9
USB-Board-4.jpg
  • Aopen
9
USB-Board-5.jpg
  • Soyo
10
USB-Board-6.jpg
  • Taiwan MyComp (TMC)
8
USB-Board-7.jpg
  • Asus
9
USB-Board-8.jpg
  • Elitegroup Computer Systems (ECS)
9
USB-Board-9.jpg


Steckerarten

Steckerarten in der Übersicht:


USB-Steckerarten

Bezeichnung
PINs
Verwendung
Maße
Bild
USB3.1 Typ C-Stecker
12
Anschluss-Stecker an:
  • Anschlusskabel
Anschluss-Buchse an:
  • Smartphones
  • Tablets
  • Computern
  • Apple MacBook
  • Kameras
  • Monitore
2,6 x 8,4 mm
USB3-1 01.jpg
USB3.0 A-Stecker/Buchse
9
Anschluss-Stecker an:
  • Anschlusskabel
  • USB-Stick 3.0
Anschluss-Buchse an:
  • Externe Festplatte (3,5")
  • Console
  • USB-Hubs
4,5 x 12,0 mm
USB3-A-Stecker-9pol.jpg
USB3.0 B-Stecker/Buchse
9
Anschluss-Stecker an:
  • Anschlusskabel
Anschluss-Buchse an:
  • Externe Festplatte
  • Console
  • USB-Hubs
8,0 x 10,5 mm
USB3-B-Stecker-9pol.jpg
USB3.0 Micro A-Stecker/Buchse
9
Anschluss-Stecker an:
  • Anschlusskabel
Anschluss-Buchse an:
  • Externe Festplatten (2,5")
13,4 x 2,4 mm
USB3-Micro-A-Stecker-10pol.jpg
USB3.0 Micro B-Stecker/Buchse
9
Anschluss-Stecker an:
  • Anschlusskabel
Anschluss-Buchse an:
  • Externe Festplatten (2,5")
13,4 x 2,4 mm
USB3-Micro-B-Stecker-10pol.jpg
USB2.0 A-Stecker/Buchse
4
Anschluss-Stecker an:
  • Anschlusskabel
  • USB-Sticks
  • USB-Maus/Tastatur
  • WLAN-Stick
Anschluss-Buchse an:
  • Desktop
  • Notebook
  • Mediaplayer
  • SAT-Receiver
4,5 x 12,0 mm
USB-A-Stecker-4pol.jpg
USB2.0 B-Stecker/Buchse
4
Anschluss-Stecker an:
  • Drucker-Anschlusskabel
Anschluss-Buchse an:
  • Drucker
  • Telefonanlage
  • Externe Festplatten (3,5")
8,0 x 7,26 mm
USB-B-Stecker-4pol.jpg
Mini-USB-B-Stecker
4
Anschluss-Stecker an:
  • Anschlusskabel
Anschluss-Buchse an:
  • Mobiltelefon
  • Digital Kamera
  • MP3-Player
  • Mobile Geräte aller Art
3,5 x 5,0 mm
USB-Mini-B-Stecker-4pol-1.jpgUSB-Mini-B-Stecker-4pol-2.jpg
USB2.0 Mini-USB-B-Stecker/Buchse
5
Anschluss-Stecker an:
  • Anschlusskabel
Anschluss-Buchse an:
  • Digital Kamera
  • MP3-Player
  • Externe Festplatten (2,5")
3,0 x 6,9 mm
USB-Mini-B-Stecker-5pol.jpg
USB2.0 Micro-USB-A-Stecker/Buchse
5
Anschluss-Stecker an:
  • Anschlusskabel
Anschluss-Buchse an:
  • MP3-Player
  • Mobiltelefon
  • Digital Kameras
1,8 x 6,9 mm
USB-Micro-A-Stecker-5pol.jpg
USB2.0 Micro-USB-B-Stecker/Buchse
5
Anschluss-Stecker an:
  • Anschlusskabel
Anschluss-Buchse an:
  • MP3-Player
  • Mobiltelefon
  • Digital Kameras
1,8 x 6,9 mm
USB-Micro-B-Stecker-5pol.jpg


Downstream und Upstream

  • Downstream, Richtung vom Host (Anschluss am PC) weg, hier wird das USB-Kabel über die Steckverbinder Typ A, wie in Abb. 1 dargestellt, angeschlossen.
  • Upstream, Richtung zum Host (Anschluss an der Peripherie, z. B. Drucker usw.) hin, hier wird das USB-Kabel über die Steckverbinder Typ B, wie in Abb. 2 dargestellt, angeschlossen.


Die Pins der Stromversorgung in den Steckern und Buchsen sind etwas länger, somit ist die Stromversorgung sichergestellt, bevor die Datenverbindung hergestellt wird. Dieses kann man auch deutlich in der Abb. 1 erkennen.


USB-Adapter

Für Adaptierungen von A- und B-Steckern/Buchsen gibt es USB-Adapter in vielen Variationen.

Folgende Adapter-Kombinationen sind erhältlich:


USB Adapter

Reichelt Bestellnummer
Bezeichnung
Abbildung
USB ABU-ABU
A-Buchse auf A-Buchse
USB-Adapter.jpg
USB ABU-BBU
A-Buchse auf B-Buchse
USB ABU-BST
A-Buchse auf B-Stecker
USB AST-AST
A-Stecker auf A-Stecker
USB AST-BBU
A-Stecker auf B-Buchse
USB BBU-BBU
B-Buchse auf B-Buchse
USB BST-BST
B-Stecker auf B-Stecker


Reicheltpedia Links


Weblinks zum Reichelt-Shop