Die nichtuniverselle Technologie von USB

Jeder Ingenieur, der alt genug ist, um Unterhaltungselektronik in den 1990er Jahren gesehen oder entworfen zu haben, kennt das Trauma einer Welt ohne standardisierte Anschlüsse für Datentransfer und Stromversorgung. Dieses Zeitalter vor USB (Universal-Serial-Bus) ist der Grund, warum Sie vielleicht immer noch eine Schublade voller Kabel in verschiedenen Formen und Größen haben.

Eine USB-C-Steckbuchse. (Bild: DigiKey, Amphenol ICC.)

Das Wort „Universal“ in USB mag angesichts der vielen verfügbaren Optionen wie eine irreführende Bezeichnung erscheinen. Doch vor der Einführung dieses Systems hatte jedes Unternehmen und jedes Modell eigene proprietäre Anschlüsse für Datentransfer und Stromversorgung. Es hat einige Zeit gedauert, aber USB hat das Feld deutlich verkleinert. Jetzt sieht es so aus, als würde sich die Technik weiter vereinfachen, denn USB-C könnte der wirklich universelle USB werden.

Was ist mit all den verschiedenen USB-Optionen?

Bei der Entwicklung von USB-kompatibler Elektronik müssen die Ingenieure immer noch verschiedene Entscheidungen treffen. Im Folgenden finden Sie einen Überblick über die wichtigsten Informationen, die Sie benötigen. Zunächst wird USB in vier verschiedene Kategorien unterteilt:

1. Stecker: Der physische Teil eines USB-Kabels oder eines USB-Gerätes, der in eine andere Komponente eingesteckt wird
2. Port: Der Teil eines Geräts, in den ein Stecker eingesteckt wird
3. Typ: Definiert die physikalische Form eines USB-Steckers und/oder -Ports
4. Version: Das jeweilige USB-Protokoll, mit dem ein Gerät kompatibel ist

Früher gab es nur Stecker vom Typ A und Typ B.

Eine USB-A-Steckbuchse. (Bild: DigiKey, Amphenol ICC.)

Der Typ A hat sich offenbar bewährt, und neuere Versionen sind abwärtskompatibel. Bei jeder Version wurde jedoch die Farbe des Anschlusses geändert und es wurden Pins hinzugefügt (um die Daten- und Ladegeschwindigkeit zu erhöhen). Jetzt wird dieser ikonische USB-Stecker durch Typ-C ersetzt.

USB-B-Steckbuchsen für die USB-Versionen 1.0 bis 2.0 (links) und die Versionen 3.0 bis 3.2 (rechts). (Bild: DigiKey, On Shore Technology Inc. [links], Amphenol ICC [rechts])

Typ B ist nicht sehr verbreitet und für große elektronische Geräte wie Drucker reserviert. Bei verschiedenen USB-Versionen ändert sich die Form der größeren Typ-B-Anschlüsse und -Stecker.

Größere USB-Stecker wurden schließlich mit dem Aufkommen von USB mini-A, micro-A, mini-B und micro-B als Standardgröße bezeichnet. Sofern das Host-Gerät nicht zu klein war, entschieden sich die meisten elektronischen Geräte für Typ-A-Standardstecker und -Standardports - mini-A und micro-A waren selten anzutreffen. Die meisten Peripheriegeräte haben sich für mini-B und micro-B entschieden, je nachdem, was gerade verfügbar war. Tatsächlich sind USB mini-B und micro-B die Formen, an die man denkt, wenn man umgangssprachlich über „Mini-USB“ und „Mikro-USB“ spricht.

Eine USB-mini-B-Steckbuchse (links) und eine USB-micro-B-Steckbuchse (rechts). (Bild: DigiKey, Hirose Electric Co Ltd [links], Amphenol ICC [rechts])

Ähnlich wie bei seinem Vorgänger ändert micro-B seine Form, wenn er mit USB 3.2 verwendet wird, aber auch diese Steckverbinder sind selten.

Eine USB-micro-B-Steckbuchse der Version 3.2 (Bild: DigiKey, Amphenol ICC.)

Ältere USB-Kabel hatten fast immer einen Typ-A-Steckverbinder auf der einen Seite und einen Typ-B-Steckverbinder - ob Standard, mini oder micro - auf der anderen Seite. Das liegt daran, dass die USB-Datenübertragung schon immer bidirektional war, die Stromversorgung jedoch nur vom Host-Gerät (mit Typ-A-Ports) zu einem Peripheriegerät (mit Typ-B-Ports) erfolgte. Bei den neuesten Versionen von USB4 und USB4 2.0 ist die Stromversorgung bidirektional und erfordert die Verwendung von USB-C sowohl am Host als auch am Peripheriegerät.

Welche USB-Optionen sollten Ingenieure bei der Entwicklung von Elektronik wählen?

Die Antwort hängt von der Anwendung ab.

Standard-USB-A ist nach wie vor weit verbreitet. Wenn Sie also Wert auf Abwärtskompatibilität legen, ist es am besten, diese Option zur Verfügung zu haben.

Für hohe Lade- und Datenraten ist USB-C die beste Option, da es in beide Richtungen laden kann und dabei 40 Gbit/s und 240 W bei 48 V und 5 A beibehält. USB-C kann auch als die echte universelle USB-Option bezeichnet werden. Es kann mit einem Host-Gerät und Peripheriegeräten verwendet werden. Seine Kabel sind bidirektional. Und seine Anschlüsse sind wendbar - ein falsches Einstecken ist nicht möglich. Da es der einzige Port ist, der mit den aktuellen USB-Versionen kompatibel ist, stellt er auch die Zukunft der Technologie dar. Die Beliebtheit dieses Typs ist sogar so groß, dass USB-Ladegeräte und -Host-Geräte inzwischen auf Typ-A verzichten.

Aber bei der Technik geht es nicht immer um Zukunftssicherheit und Abwärtskompatibilität. Kosten, Verfügbarkeit und Altsysteme werden die Entscheidungen diktieren. Die folgende Tabelle sollte daher bei der Entscheidungsfindung hilfreich sein.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das „U“ in USB nicht bedeutet, dass der Anschluss universell ist - noch nicht. Folglich muss jede Designentscheidung genau überdacht werden. Datenübertragungsraten, Stromübertragungsspezifikationen und Steckergrößen spielen alle eine Rolle bei der Wahl der für Ihr Design geeigneten USB-Spezifikation.