USB-C - USB-C

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USB-C
USB Typ C icon.svg
Stifte des USB-C-Anschlusses
Art Digitaler Audio- / Video- / Datenanschluss / Stromversorgung
Designer USB Implementers Forum
Entworfen 11. August 2014 (veröffentlicht)
Stifte 24
USB-C-Stecker (Seitenansicht)
USB-C-Buchse an einem MSI-Laptop

USB-C (früher als USB Typ C bekannt ) ist ein 24-poliges USB- Anschlusssystem mit einem rotationssymmetrischen Anschluss .

Die USB-Typ-C-Spezifikation 1.0 wurde vom USB Implementers Forum (USB-IF) veröffentlicht und im August 2014 fertiggestellt. Sie wurde ungefähr zur gleichen Zeit wie die USB 3.1- Spezifikation entwickelt. Im Juli 2016 wurde es von der IEC als "IEC 62680-1-3" angenommen.

Ein Gerät mit einem Typ-C-Anschluss implementiert nicht unbedingt USB, USB-Stromversorgung oder einen alternativen Modus : Der Typ-C-Anschluss ist mehreren Technologien gemeinsam, erfordert jedoch nur wenige davon.

USB 3.2 , veröffentlicht im September 2017, ersetzt den USB 3.1-Standard. Es behält vorhandene USB 3.1 SuperSpeed- und SuperSpeed ​​+ -Datenmodi bei und führt zwei neue SuperSpeed ​​+ -Übertragungsmodi über den USB-C-Anschluss im zweispurigen Betrieb mit Datenraten von 10 und 20 Gbit / s (1 und ~ 2,4 GB / s) ein.

USB4 , veröffentlicht 2019, ist der erste USB-Übertragungsprotokollstandard, der nur über USB-C verfügbar ist.

Überblick

USB-C-Kabel verbinden Hosts und Geräte und ersetzen verschiedene andere elektrische Kabel und Anschlüsse, einschließlich USB-A- und USB-B- , HDMI- , DisplayPort- und 3,5-mm-Audiobuchsen .

Name

USB Type-C und USB-C sind Marken des USB Implementers Forum.

Anschlüsse

USB-C-Stecker mit Laptop
USB-C-Anschluss (Buchse) eines Mobiltelefons

Der doppelseitige 24-polige Anschluss ist etwas größer als der Micro-B-Anschluss . Der USB-C-Anschluss ist 8,4 Millimeter breit, 2,6 Millimeter hoch und 6,65 Millimeter tief. Es gibt zwei Arten ( Geschlechter ) von Steckverbindern: Buchse ( Buchse) und Stecker (Stecker).

Stecker befinden sich an Kabeln und Adaptern. An Geräten und Adaptern befinden sich Steckdosen.

Kabel

USB 3.1-Kabel gelten als USB-C-Kabel mit vollem Funktionsumfang. Hierbei handelt es sich um elektronisch gekennzeichnete Kabel, die einen Chip mit einer ID-Funktion enthalten, die auf dem Konfigurationskanal und den vom Hersteller definierten Nachrichten (VDM) aus der USB Power Delivery 2.0- Spezifikation basiert . Die Kabellänge sollte ≤ 2   m für Gen 1 oder ≤ 1   m für Gen 2 betragen . Der elektronische ID-Chip bietet Informationen zu Produkt / Hersteller, Kabelanschlüssen, USB-Signalisierungsprotokoll (2.0, Gen 1, Gen 2), passiver / aktiver Aufbau, Verwendung von V CONN- Strom, verfügbarem V BUS- Strom, Latenz, RX / TX-Richtung, SOP-Controller-Modus und Hardware- / Firmware-Version.

USB-C-Kabel ohne abgeschirmte SuperSpeed-Paare, Seitenband-Verwendungsstifte oder zusätzliche Drähte für Stromleitungen können eine längere Kabellänge von bis zu 4   m aufweisen. Diese USB-C-Kabel unterstützen nur 2.0-Geschwindigkeiten und keine alternativen Modi.

Alle USB-C-Kabel müssen mindestens 3 A Strom (bei 20   V, 60   W), aber auch 5 A Hochstrom (bei 20   V, 100   W) führen können. USB-C-zu-USB-C-Kabel, die 5A-Strom unterstützen, müssen E-Marker-Chips (auch als E-Mark-Chips vermarktet) enthalten, die zur Identifizierung des Kabels und seiner aktuellen Funktionen programmiert sind. USB-Ladeanschlüsse sollten auch deutlich mit einer leistungsfähigen Leistung gekennzeichnet sein.

USB-C-Kabel mit vollem Funktionsumfang, die USB 3.1 Gen 2 implementieren, können eine   Datenrate von bis zu 10 Gbit / s bei Vollduplex verarbeiten. Sie sind mit einem SuperSpeed ​​+   -Logo (SuperSpeed ​​10 Gbit / s) gekennzeichnet. Es gibt auch Kabel, die nur USB 2.0 mit einer   Datenrate von bis zu 480 Mbit / s übertragen können. Für USB-C-Produkte stehen USB-IF- Zertifizierungsprogramme zur Verfügung. Endbenutzern wird empfohlen, USB-IF-zertifizierte Kabel zu verwenden.

Geräte

Geräte können Hosts (mit einem nach unten gerichteten Port, DFP) oder Peripheriegeräte (mit einem nach oben gerichteten Port, UFP) sein. Einige, wie z. B. Mobiltelefone , können beide Rollen übernehmen, je nachdem, welche Art am anderen Ende erkannt wird. Diese Arten von Ports werden als DRD-Ports (Dual-Role-Data) bezeichnet, die in der vorherigen Spezifikation als USB On-The-Go bezeichnet wurden . Wenn zwei solcher Geräte verbunden sind, werden die Rollen zufällig zugewiesen, aber von beiden Seiten kann ein Austausch befohlen werden, obwohl es optionale Methoden zur Pfad- und Rollenerkennung gibt, mit denen Geräte eine Präferenz für eine bestimmte Rolle auswählen können. Darüber hinaus können Geräte mit zwei Rollen, die USB Power Delivery implementieren, Daten- und Energierollen unabhängig und dynamisch mithilfe der Prozesse Data Role Swap oder Power Role Swap austauschen. Dies ermöglicht Hub-oder Hub- Station- Anwendungen, bei denen das USB-C-Gerät als USB-Datenhost fungiert und gleichzeitig als Stromverbraucher und nicht als Quelle fungiert.

USB-C-Geräte können optional Busstromströme von 1,5 A und 3,0 A (bei 5 V) zusätzlich zur Basisbusversorgung bereitstellen oder verbrauchen. Stromquellen können entweder einen erhöhten USB-Strom über den Konfigurationskanal ankündigen oder die vollständige USB-Stromversorgungsspezifikation mithilfe der BMC-codierten Konfigurationsleitung und der älteren BFSK- codierten V- BUS- Leitung implementieren .

Für den Anschluss eines älteren Geräts an einen Host mit einer USB-C-Buchse ist ein Kabel oder ein Adapter mit einem USB-A- oder USB-B-Stecker oder einer USB-B-Buchse an einem Ende und einem USB-C-Stecker am anderen Ende erforderlich. Legacy-Adapter (dh Adapter mit einem USB-A- oder USB-B-Stecker) mit einer USB-C-Buchse sind in der Spezifikation "nicht definiert oder zulässig", da sie "viele ungültige und möglicherweise unsichere" Kabelkombinationen erzeugen können.

Modi

Audio-Adapter-Zubehörmodus

Ein Gerät mit einem USB-C-Anschluss unterstützt möglicherweise analoge Headsets über einen Audioadapter mit einer 3,5-mm-Buchse und bietet vier analoge Standard-Audioverbindungen (links, rechts, Mikrofon und Masse). Der Audioadapter kann optional einen USB-C-Ladeanschluss enthalten, um das Aufladen von 500-mA-Geräten zu ermöglichen. Die technische Spezifikation besagt, dass ein analoges Headset keinen USB-C-Stecker anstelle eines 3,5-mm-Steckers verwenden darf. Mit anderen Worten, Headsets mit einem USB-C-Stecker sollten immer digitales Audio (und optional den Zubehörmodus) unterstützen.

Analoge Signale verwenden die USB 2.0-Differenzpaare (Dp und Dn für rechts und links) und die beiden Seitenband-Verwendungspaare für Mic und GND. Das Vorhandensein des Audiozubehörs wird über den Konfigurationskanal und V CONN signalisiert .

Alternativer Modus

Ein alternativer Modus reserviert einige der physischen Kabel in einem USB-C 3.1-Kabel für die direkte Übertragung alternativer Datenprotokolle von Gerät zu Host. Die vier Hochgeschwindigkeitsspuren, zwei Seitenbandstifte und (nur für Dock-, abnehmbare Geräte- und permanente Kabelanwendungen) zwei USB 2.0-Datenstifte und ein Konfigurationsstift können für die Übertragung im alternativen Modus verwendet werden. Die Modi werden mithilfe von VDM (Vendor Defined Messages) über den Konfigurationskanal konfiguriert.

Spezifikationen

Spezifikation des USB-Typ-C-Kabels und -Anschlusses

Die USB Type-C-Spezifikation 1.0 wurde vom USB Implementers Forum (USB-IF) veröffentlicht und im August 2014 fertiggestellt.

Es definiert Anforderungen an Kabel und Stecker.

  • Rev 1.1 wurde am 03.04.2015 veröffentlicht
  • Rev 1.2 wurde am 25.03.2016 veröffentlicht
  • Rev. 1.3 wurde am 14.07.2017 veröffentlicht (Veröffentlichungsdatum in Rev. 1.4 enthalten)
  • Rev 1.4 wurde am 29.03.2019 veröffentlicht
  • Rev 2.0 wurde 2019-08 veröffentlicht

Übernahme als IEC-Spezifikation:

  • IEC 62680-1-3: 2016 (2016-08-17, Ausgabe 1.0) "Universelle serielle Busschnittstellen für Daten und Strom - Teil 1-3: Universelle serielle Busschnittstellen - Gemeinsame Komponenten - USB-Typ-C-Kabel- und Steckverbinderspezifikation"
  • IEC 62680-1-3: 2017 (2017-09-25, Ausgabe 2.0) "Universelle serielle Busschnittstellen für Daten und Strom - Teil 1-3: Allgemeine Komponenten - USB-Typ-C-Kabel- und Steckverbinderspezifikation"
  • IEC 62680-1-3: 2018 (2018-05-24, Ausgabe 3.0) "Universelle serielle Busschnittstellen für Daten und Strom - Teil 1-3: Allgemeine Komponenten - USB-Typ-C-Kabel- und Steckerspezifikation"

Behälter

Die Buchse verfügt über vier Stromversorgungs- und vier Erdungsstifte, zwei Differentialpaare für Hochgeschwindigkeits-USB- Daten (obwohl sie auf Geräten miteinander verbunden sind), vier abgeschirmte Differentialpaare für Enhanced SuperSpeed- Daten (zwei Sende- und zwei Empfangspaare) und zwei Seitenbandnutzungen ( SBU) -Pins und zwei CC-Pins (Configuration Channel).

USB-C-Buchse Ein Pin-Layout
Stift Name Beschreibung
A1 GND Bodenrückführung
A2 SSTXp1 SuperSpeed-Differentialpaar Nr. 1, TX, positiv
A3 SSTXn1 SuperSpeed-Differentialpaar Nr. 1, TX, negativ
A4 V BUS Busleistung
A5 CC1 Konfigurationskanal
A6 Dp1 USB 2.0 Differentialpaar, Position 1, positiv
A7 Dn1 USB 2.0 Differentialpaar, Position 1, negativ
A8 SBU1 Seitenbandnutzung (SBU)
A9 V BUS Busleistung
A10 SSRXn2 SuperSpeed-Differentialpaar Nr. 4, RX, negativ
A11 SSRXp2 SuperSpeed-Differentialpaar Nr. 4, RX, positiv
A12 GND Bodenrückführung
Pinbelegung der USB-C-Buchse B.
Stift Name Beschreibung
B12 GND Bodenrückführung
B11 SSRXp1 SuperSpeed-Differentialpaar Nr. 2, RX, positiv
B10 SSRXn1 SuperSpeed-Differentialpaar Nr. 2, RX, negativ
B9 V BUS Busleistung
B8 SBU2 Seitenbandnutzung (SBU)
B7 Dn2 USB 2.0 Differentialpaar, Position 2, negativ
B6 Dp2 USB 2.0 Differentialpaar, Position 2, positiv
B5 CC2 Konfigurationskanal
B4 V BUS Busleistung
B3 SSTXn2 SuperSpeed-Differentialpaar Nr. 3, TX, negativ
B2 SSTXp2 SuperSpeed-Differentialpaar Nr. 3, TX, positiv
B1 GND Bodenrückführung
Pin-C-Buchse Pinbelegung End-On-Ansicht
Anmerkungen

Stecker

Der Stecker (Stecker) hat nur ein Hochgeschwindigkeits-Differentialpaar, und einer der CC-Pins wird durch V CONN (CC2) ersetzt, um die Elektronik im Kabel zu versorgen, und der andere wird verwendet, um die Konfigurationskanalsignale tatsächlich zu übertragen. Diese Signale werden verwendet, um die Ausrichtung des Kabels zu bestimmen und um USB-Stromversorgungskommunikation zu übertragen.

Pin-C-Stecker Pinbelegung End-On-Ansicht

Kabel

Voll ausgestattete USB 3.2- und 2.0-Kabel vom Typ C.
Stecker 1, USB Typ C. USB-Typ-C-Kabel Stecker 2, USB Typ C.
Stift Name Drahtfarbe Nein Name Beschreibung 2.0 Stift Name
Schale Schild Flechten Flechten Schild Kabelaußengeflecht Schale Schild
A1, B12,
B1, A12
GND Verzinnt 1 GND_PWRrt1 Masse für Stromrückführung A1, B12,
B1, A12
GND
16 GND_PWRrt2
A4, B9,
B4, A9
V BUS rot 2 PWR_V BUS 1 V BUS- Stromversorgung A4, B9,
B4, A9
V BUS
17 PWR_V BUS 2
B5 V CONN Gelb
18 PWR_V CONN V CONN- Stromversorgung für Stromkabel B5 V CONN
A5 CC Blau 3 CC Konfigurationskanal A5 CC
A6 Dp1 Grün 4 UTP_Dp Ungeschirmtes Twisted Pair, positiv A6 Dp1
A7 Dn1 Weiß 5 UTP_Dn Ungeschirmtes Twisted Pair, negativ A7 Dn1
A8 SBU1 rot 14 SBU_A Seitenband verwenden A. B8 SBU2
B8 SBU2 Schwarz fünfzehn SBU_B Seitenband verwenden B. A8 SBU1
A2 SSTXp1 Gelb 6 SDPp1 Geschirmtes Differentialpaar Nr. 1, positiv B11 SSRXp1
A3 SSTXn1 Braun 7 SDPn1 Geschirmtes Differentialpaar Nr. 1, negativ B10 SSRXn1
B11 SSRXp1 Grün 8 SDPp2 Geschirmtes Differentialpaar Nr. 2, positiv A2 SSTXp1
B10 SSRXn1 Orange 9 SDPn2 Geschirmtes Differentialpaar Nr. 2, negativ A3 SSTXn1
B2 SSTXp2 Weiß 10 SDPp3 Geschirmtes Differentialpaar Nr. 3, positiv A11 SSRXp2
B3 SSTXn2 Schwarz 11 SDPn3 Geschirmtes Differentialpaar Nr. 3, negativ A10 SSRXn2
A11 SSRXp2 rot 12 SDPp4 Geschirmtes Differentialpaar Nr. 4, positiv B2 SSTXp2
A10 SSRXn2 Blau 13 SDPn4 Geschirmtes Differentialpaar Nr. 4, negativ B3 SSTXn2

Verwandte USB-IF-Spezifikationen

Spezifikation des USB-Typ-C-Verriegelungsanschlusses

Die USB Type-C Locking Connector-Spezifikation wurde am 09.03.2016 veröffentlicht. Es definiert die mechanischen Anforderungen für USB-C-Steckverbinder und die Richtlinien für die Konfiguration der USB-C-Buchsenmontage, um einen standardisierten Schraubverschlussmechanismus für USB-C-Steckverbinder und -Kabel bereitzustellen.

Spezifikation der USB-Typ-C-Port-Controller-Schnittstelle

Die Schnittstellenspezifikation für den USB-Typ-C-Port-Controller wurde am 01.10.2017 veröffentlicht. Es definiert eine gemeinsame Schnittstelle von einem USB-C-Port-Manager zu einem einfachen USB-C-Port-Controller.

USB-Typ-C-Authentifizierungsspezifikation

Als IEC-Spezifikation übernommen:

  • IEC 62680-1-4: 2018 (2018-04-10) "Universelle serielle Busschnittstellen für Daten und Stromversorgung - Teil 1-4: Allgemeine Komponenten - USB-Typ-C-Authentifizierungsspezifikation"

Spezifikation der USB 2.0-Billboard-Geräteklasse

Die USB 2.0-Billboard-Geräteklasse ist definiert, um die Details der unterstützten alternativen Modi an das Computerhost-Betriebssystem zu übermitteln. Es bietet vom Benutzer lesbare Zeichenfolgen mit Produktbeschreibungen und Informationen zur Benutzerunterstützung. Billboard-Nachrichten können verwendet werden, um inkompatible Verbindungen von Benutzern zu identifizieren. Sie müssen keine alternativen Modi aushandeln und werden nur angezeigt, wenn die Aushandlung zwischen Host (Quelle) und Gerät (Senke) fehlschlägt.

Spezifikation für USB-Audiogeräte der Klasse 3.0

USB Audio Device Class 3.0 definiert aktivierte digitale Audio-Headsets mit einem USB-C-Stecker. Der Standard unterstützt die Übertragung von digitalen und analogen Audiosignalen über den USB-Anschluss.

USB-Stromversorgungsspezifikation

Während für USB-C-kompatible Geräte die Implementierung der USB-Stromversorgung nicht erforderlich ist, führt USB Power Delivery für USB-C-DRP / DRD-Ports (Dual-Role-Power / Data) Befehle zum Ändern der Strom- oder Datenrolle eines Ports nach dem ein Beim Herstellen einer Verbindung wurden Rollen eingerichtet.

USB 3.2-Spezifikation

USB 3.2 , veröffentlicht im September 2017, ersetzt den USB 3.1-Standard. Es behält vorhandene USB 3.1 SuperSpeed- und SuperSpeed ​​+ -Datenmodi bei und führt zwei neue SuperSpeed ​​+ -Übertragungsmodi über den USB-C-Anschluss im zweispurigen Betrieb ein, wodurch die Datenraten auf 10 und 20 Gbit / s (1 und ~ 2,4 GB / s) verdoppelt werden.

USB4-Spezifikation

Die 2019 veröffentlichte USB4- Spezifikation ist die erste USB-Datenübertragungsspezifikation, für die USB-C-Anschlüsse erforderlich sind.

Partner-Spezifikationen für den alternativen Modus

Ab 2018 existieren fünf systemdefinierte Partner-Spezifikationen für den alternativen Modus. Darüber hinaus unterstützen Anbieter möglicherweise proprietäre Modi für die Verwendung in Dock-Lösungen. Alternative Modi sind optional. USB-C-Funktionen und -Geräte sind nicht erforderlich, um einen bestimmten alternativen Modus zu unterstützen. Das USB Implementers Forum arbeitet mit seinen Partnern im alternativen Modus zusammen, um sicherzustellen, dass die Ports ordnungsgemäß mit den entsprechenden Logos gekennzeichnet sind.

Liste der Partner-Spezifikationen für den alternativen Modus
Logo Name Datum Protokoll
DP von DisplayPort.svg Alternativer DisplayPort-Modus Veröffentlicht im September 2014 DisplayPort 1.4 , DisplayPort 2.0
Mobiler hochauflösender Link (Logo) .svg Alternativer Modus für mobile High-Definition-Verbindungen (MHL) Im November 2014 angekündigt MHL 1.0, 2.0, 3.0 und superMHL 1.0
ThunderboltFulmine.svg Alternativer Thunderbolt-Modus Im Juni 2015 angekündigt Thunderbolt 3 (enthält auch DisplayPort 1.2 oder DisplayPort 1.4 )
High Definition Multimedia Interface Logo.svg Alternativer HDMI-Modus Im September 2016 angekündigt HDMI 1.4b
Alternativer VirtualLink-Modus Im Juli 2018 angekündigt VirtualLink 1.0 (noch nicht standardisiert)

Andere Protokolle wie Ethernet wurden vorgeschlagen, obwohl Thunderbolt 3 und höher auch 10-Gigabit-Ethernet-Netzwerke unterstützen können.

Alle Thunderbolt 3-Controller unterstützen sowohl den "Thunderbolt Alternate Mode" als auch den "DisplayPort Alternate Mode". Da Thunderbolt DisplayPort-Daten kapseln kann, kann jeder Thunderbolt-Controller entweder DisplayPort-Signale direkt über den "DisplayPort-Alternativmodus" ausgeben oder in Thunderbolt im "Thunderbolt-Alternativmodus" gekapselt. Kostengünstige Peripheriegeräte werden meistens über den "DisplayPort Alternate Mode" verbunden, während einige Dockingstationen DisplayPort über Thunderbolt tunneln.

DisplayPort Alt-Modus 2.0: USB 4 unterstützt DisplayPort 2.0 gegenüber seinem alternativen Modus. DisplayPort 2.0 unterstützt 8K-Auflösung bei 60 Hz mit HDR10-Farbe. DisplayPort 2.0 kann bis zu 80 Gbit / s verwenden, was der doppelten Menge entspricht, die für USB-Daten verfügbar ist, da alle Daten in eine Richtung (an den Monitor) gesendet werden und somit alle acht Datenspuren gleichzeitig verwendet werden können.

Das USB-SuperSpeed-Protokoll ähnelt DisplayPort und PCIe / Thunderbolt bei der Verwendung von Paketdaten, die über differentielle LVDS- Lanes mit eingebettetem Takt mit vergleichbaren Bitraten übertragen werden, sodass diese alternativen Modi einfacher im Chipsatz implementiert werden können.

Hosts und Senken im alternativen Modus können entweder mit normalen USB-C-Kabeln mit vollem Funktionsumfang oder mit Konverterkabeln oder Adaptern verbunden werden:

USB 3.1-Kabel vom Typ C bis Typ C mit vollem Funktionsumfang
DisplayPort, Mobile High Definition Link (MHL), HDMI und Thunderbolt (20   Gbit / s oder 40   Gbit / s mit einer Kabellänge von bis zu 0,5 m) USB-C-Anschlüsse im alternativen Modus können mit dem passiven Standard-USB-Typ mit vollem Funktionsumfang verbunden werden -C Kabel. Diese Kabel sind nur an beiden Enden mit dem Standard-Dreizack-SuperSpeed-USB-Logo (für Gen 1-Kabel) oder dem SuperSpeed ​​+ USB 10-Gbit / s-Logo (für Gen 2-Kabel) gekennzeichnet. Die Kabellänge sollte   für Gen 1 2,0 m oder weniger und   für Gen 2 1,0 m oder weniger betragen.
Thunderbolt Typ C bis Typ C aktives Kabel
Der   alternative Thunderbolt 3- Modus (40 Gbit / s) mit Kabeln, die länger als 0,5 m sind, erfordert aktive USB-C-Kabel, die für die Hochgeschwindigkeits-Thunderbolt 3-Übertragung zertifiziert und elektronisch gekennzeichnet sind, ähnlich wie 5-A-Hochleistungskabel. Diese Kabel sind an beiden Enden mit einem Thunderbolt-Logo gekennzeichnet. Sie unterstützen keine USB 3-Abwärtskompatibilität, nur USB 2 oder Thunderbolt. Kabel können gleichzeitig für Thunderbolt- und 5-A-Stromversorgung gekennzeichnet werden.

Aktive Kabel / Adapter enthalten mit Strom versorgte ICs, um das Signal für Kabel mit verlängerter Länge zu verstärken / auszugleichen oder um eine aktive Protokollkonvertierung durchzuführen. Die Adapter für Video-Alt-Modi ermöglichen möglicherweise die Konvertierung von nativem Videostream in andere Videoschnittstellenstandards (z. B. DisplayPort, HDMI, VGA oder DVI).

Die Verwendung von USB-C-Kabeln mit vollem Funktionsumfang für Verbindungen im alternativen Modus bietet einige Vorteile. Im alternativen Modus werden keine USB 2.0-Lanes und die Konfigurationskanal-Lanes verwendet, sodass immer USB 2.0- und USB Power Delivery-Protokolle verfügbar sind. Darüber hinaus können die alternativen Modi DisplayPort und MHL auf einer, zwei oder vier SuperSpeed-Lanes übertragen, sodass zwei der verbleibenden Lanes zum gleichzeitigen Übertragen von USB 3.1-Daten verwendet werden können.

Protokoll zur Unterstützung des Alternate Mode-Protokolls für USB-C-Kabel und -Adapter
Modus USB 3.1 Typ C Kabel Adapterkabel oder Adapter Konstruktion
USB DisplayPort Blitz superMHL HDMI HDMI DVI-D Komponentenvideo
3.1 1.2 1.4 20 Gbit / s 40 Gbit / s 1.4b 1.4b 2.0b Einzelne Verbindung Dual-Link (YPbPr, VGA / DVI-A)
DisplayPort Ja Ja Erscheint nicht Nein Passiv
Erscheint nicht Optional Ja Ja Ja Aktiv
Blitz Ja Ja Ja Ja Erscheint nicht Nein Passiv
Erscheint nicht Optional Optional Ja Ja Ja Ja Aktiv
MHL Ja Erscheint nicht Ja Erscheint nicht Ja Nein Ja Nein Nein Passiv
Erscheint nicht Optional Erscheint nicht Ja Erscheint nicht Ja Aktiv
HDMI Erscheint nicht Ja Ja Nein Ja Nein Nein Passiv
Optional Erscheint nicht Ja Aktiv

Verwendung von USB-C-Steckdosen in verschiedenen Modi

Die folgenden Abbildungen zeigen die Pins einer USB-C-Buchse in verschiedenen Anwendungsfällen.

USB 2.0 / 1.1

Ein einfaches USB 2.0 / 1.1-Gerät passt mit einem Paar D + / D− -Pins zusammen. Daher benötigt die Quelle (Host) keine Verbindungsverwaltungsschaltung, es fehlt jedoch derselbe physische Anschluss, sodass USB-C nicht abwärtskompatibel ist. V BUS und GND liefern 5   V bis 500   mA Strom. Um ein USB 2.0 / 1.1-Gerät an einen USB-C-Host anzuschließen, muss jedoch Rd an den CC-Pins verwendet werden, da die Quelle (der Host) erst dann V BUS liefert, wenn eine Verbindung über die CC-Pins erkannt wird.

GND TX1 + TX1− V BUS CC1 D + D− SBU1 V BUS RX2− RX2 + GND
GND RX1 + RX1− V BUS SBU2 D− D + CC2 V BUS TX2− TX2 + GND

USB-Stromversorgung

USB Power Delivery verwendet einen der CC1- und CC2-Pins für die Stromaushandlung zwischen Quelle und Senke bis zu 20 V bei 5 A. Er ist für jeden Datenübertragungsmodus transparent und kann daher zusammen mit jedem von ihnen verwendet werden, solange die CC-Pins vorhanden sind sind nicht überladen.

GND TX1 + TX1− V BUS CC1 D + D− SBU1 V BUS RX2− RX2 + GND
GND RX1 + RX1− V BUS SBU2 D− D + CC2 V BUS TX2− TX2 + GND

USB 3.0 / 3.1 / 3.2

Im USB 3.0 / 3.1 / 3.2-Modus werden zwei oder vier Hochgeschwindigkeitsverbindungen in TX / RX-Paaren verwendet, um einen Durchsatz von 5 bis 10 bzw. 10 bis 20 Gbit / s bereitzustellen. Einer der CC-Pins wird verwendet, um den Modus auszuhandeln.

V BUS und GND liefern 5 V bis 900 mA gemäß USB 3.1-Spezifikation. Es kann auch ein bestimmter USB-C-Modus aufgerufen werden, in dem 5 V bei 1,5 A oder 3 A bereitgestellt werden. Eine dritte Alternative besteht darin, einen Stromliefervertrag abzuschließen.

Im einspurigen Modus werden nur die Differentialpaare, die dem CC-Pin am nächsten liegen, für die Datenübertragung verwendet. Für zweispurige Datenübertragungen werden alle vier Differentialpaare verwendet.

Die D + / D− -Verbindung für USB 2.0 / 1.1 wird normalerweise nicht verwendet, wenn die USB 3.x-Verbindung aktiv ist. Geräte wie Hubs öffnen jedoch gleichzeitig 2.0- und 3.x-Uplinks, um den Betrieb beider angeschlossener Gerätetypen zu ermöglichen. Andere Geräte haben möglicherweise den Fallback-Modus auf 2.0, falls die 3.x-Verbindung fehlschlägt.

GND TX1 + TX1− V BUS CC1 D + D− SBU1 V BUS RX2− RX2 + GND
GND RX1 + RX1− V BUS SBU2 D− D + CC2 V BUS TX2− TX2 + GND

Alternativer Modus

Im alternativen Modus wird eine von bis zu vier Hochgeschwindigkeitsverbindungen in die gewünschte Richtung verwendet. SBU1, SBU2 bieten eine zusätzliche Verbindung mit niedrigerer Geschwindigkeit. Wenn zwei Hochgeschwindigkeitsverbindungen nicht verwendet werden, kann gleichzeitig mit dem alternativen Modus eine USB 3.0 / 3.1-Verbindung hergestellt werden. Einer der CC-Pins wird verwendet, um die gesamte Aushandlung durchzuführen. Ein zusätzlicher bidirektionaler Low-Band-Kanal (außer SBU) kann diesen CC-Pin ebenfalls gemeinsam nutzen. USB 2.0 ist auch über D + / D− -Pins erhältlich.

In Bezug auf die Stromversorgung sollen die Geräte einen Stromversorgungsvertrag aushandeln, bevor ein alternativer Modus aufgerufen wird.

GND TX1 + TX1− V BUS CC1 D + D− SBU1 V BUS RX2− RX2 + GND
GND RX1 + RX1− V BUS SBU2 D− D + CC2 V BUS TX2− TX2 + GND

Debug-Zubehörmodus

Das externe Gerätetestsystem signalisiert dem Zielsystem, über CC1 und CC2 in den Debug-Zubehörmodus zu wechseln, wobei beide mit einem Rn-Widerstandswert heruntergezogen oder als Rp-Widerstandswert vom Teststecker hochgezogen werden (Rp und Rn in der Typ-C-Spezifikation definiert). .

Nach dem Aufrufen des Debug-Zubehörmodus erfolgt die optionale Orientierungserkennung über CC1 und CC2, indem CC1 als Pullup des Rd-Widerstands und CC2 über den Ra-Widerstand (vom Stecker Typ C des Testsystems) auf Masse gezogen wird. Obwohl optional, ist eine Orientierungserkennung erforderlich, wenn die USB Power Delivery-Kommunikation funktionsfähig bleiben soll.

In diesem Modus werden alle digitalen Schaltkreise vom Anschluss getrennt, und die 14 fetten Pins können verwendet werden, um Debug-bezogene Signale (z. B. JTAG-Schnittstelle) freizulegen. USB IF erfordert für die Zertifizierung, dass Sicherheits- und Datenschutzmaßnahmen getroffen und Vorsichtsmaßnahmen getroffen wurden und dass der Benutzer tatsächlich die Durchführung des Debug-Testmodus angefordert hat.

GND TX1 + TX1− V BUS CC1 D + D− SBU1 V BUS RX2− RX2 + GND
GND RX1 + RX1− V BUS SBU2 D− D + CC2 V BUS TX2− TX2 + GND

Wenn ein reversibles Typ-C-Kabel erforderlich ist, die Power Delivery-Unterstützung jedoch nicht, muss der Teststecker wie folgt angeordnet werden, wobei CC1 und CC2 beide mit einem Rn-Widerstandswert nach unten gezogen oder als Rp-Widerstandswert aus dem Test nach oben gezogen werden Stecker:

GND TS1 TS2 V BUS CC1 TS6 TS7 TS5 V BUS TS4 TS3 GND
GND TS3 TS4 V BUS TS5 TS7 TS6 CC2 V BUS TS2 TS1 GND

Diese Spiegelung von Testsignalen liefert nur 7 Testsignale für die Debug-Verwendung anstelle von 14, jedoch mit dem Vorteil, dass die Anzahl zusätzlicher Teile für die Orientierungserkennung minimiert wird.

Audio-Adapter-Zubehörmodus

In diesem Modus werden alle digitalen Schaltkreise vom Anschluss getrennt und bestimmte Pins werden für analoge Ausgänge oder Eingänge neu zugewiesen. Der unterstützte Modus wird aufgerufen, wenn beide CC-Pins mit GND kurzgeschlossen sind. D− und D + werden zu Audioausgang links L bzw. rechts R. Die SBU-Pins werden zu einem Mikrofon-Pin-MIC und der analogen Masse-AGND, wobei letzterer ein Rückweg für beide Ausgänge und das Mikrofon ist. Trotzdem müssen die MIC- und AGND-Pins aus zwei Gründen automatisch ausgetauscht werden können: Erstens kann der USB-C-Stecker auf beiden Seiten eingesteckt werden. Zweitens gibt es keine Vereinbarung, welche TRRS-Klingeltöne GND und MIC sein sollen. Daher müssen Geräte, die mit einer Kopfhörerbuchse mit Mikrofoneingang ausgestattet sind, diesen Austausch trotzdem durchführen können.

Dieser Modus ermöglicht auch das gleichzeitige Laden eines Geräts, das das analoge Audio-Interface freilegt (über V BUS und GND), jedoch nur bei 5 V und 500 mA, da CC-Pins für Verhandlungen nicht verfügbar sind.

GND TX1 + TX1− V BUS CC1 R. L. MIC V BUS RX2− RX2 + GND
GND RX1 + RX1− V BUS AGND L. R. CC2 V BUS TX2− TX2 + GND

Die Erkennung der Steckereinsätze erfolgt über den physischen Steckererkennungsschalter des TRRS-Steckers. Beim Einstecken des Steckers werden sowohl CC als auch VCONN im Stecker (CC1 und CC2 in der Buchse) nach unten gezogen. Dieser Widerstand muss weniger als 800 Ohm betragen, was dem in der USB-Typ-C-Spezifikation angegebenen Mindestwiderstand "Ra" entspricht. Dies ist im Wesentlichen eine direkte Verbindung zur digitalen USB-Masse.

TRRS-Ringverdrahtung mit Stecker Typ C (Abbildung A-2 der USB-Kabel- und Steckverbinderspezifikation Typ C, Version 1.3)
TRRS-Buchse Analoges Audiosignal USB-Stecker Typ C.
Trinkgeld L. D−
Ring 1 R. D +
Ring 2 Mikrofon / Masse SBU1 oder SBU2
Ärmel Mikrofon / Masse SBU2 oder SBU1
DETECT1 Schalter zur Erkennung der Anwesenheit des Steckers CC, VCONN
DETECT2 Schalter zur Erkennung der Anwesenheit des Steckers GND

Software-Unterstützung

Hardware-Unterstützung

Ein Samsung Galaxy S8, das an eine DeX-Dockingstation angeschlossen ist: Auf dem Monitor werden die PowerPoint- und Word-Android-Anwendungen angezeigt.

USB-C-Geräte

Immer mehr Motherboards, Notebooks, Tablet-Computer, Smartphones, Festplatten, USB-Hubs und andere Geräte, die ab 2014 erhältlich sind, verfügen über USB-C-Buchsen. Die weitere Einführung von USB-C ist jedoch durch die vergleichsweise hohen Kosten für USB-C-Kabel und -Anschlüsse begrenzt.

Video-Ausgang

Derzeit ist DisplayPort der am weitesten verbreitete alternative Modus und wird zur Bereitstellung der Videoausgabe auf Geräten verwendet, die keine DisplayPort- oder HDMI-Anschlüsse in Standardgröße haben, z. B. Smartphones und Laptops. Alle Chromebooks mit USB-C-Anschluss müssen den alternativen DisplayPort-Modus in den Hardwareanforderungen von Google für Hersteller unterstützen. Ein USB-C-Multiport-Adapter konvertiert den nativen Videostream des Geräts in DisplayPort / HDMI / VGA, sodass er auf einem externen Display wie einem Fernsehgerät oder einem Computermonitor angezeigt werden kann.

Es wird auch bei USB-C-Docks verwendet, mit denen ein Gerät mit einem einzigen Kabel an eine Stromquelle, ein externes Display, einen USB-Hub und optionales Zubehör (z. B. einen Netzwerkanschluss) angeschlossen werden kann. Diese Funktionen werden manchmal direkt in das Display anstelle eines separaten Docks implementiert. Dies bedeutet, dass ein Benutzer sein Gerät über USB-C mit dem Display verbindet, ohne dass weitere Verbindungen erforderlich sind.

Kompatibilitätsprobleme

Stromprobleme mit Kabeln

Viele Kabel, die angeblich USB-C unterstützen, entsprechen nicht dem Standard. Die Verwendung dieser Kabel kann möglicherweise zu Schäden an den Geräten führen, an die sie angeschlossen sind. Es werden Fälle gemeldet, in denen Laptops aufgrund der Verwendung nicht konformer Kabel zerstört wurden.

Einige nicht konforme Kabel mit einem USB-C-Anschluss an einem Ende und einem älteren USB-A-Stecker oder einer Micro-B-Buchse am anderen Ende schließen den Konfigurationskanal (CC) fälschlicherweise mit einem 10-kΩ-Pullup an V- BUS anstelle der vorgeschriebenen Spezifikation ab 56 kΩ Pullup, was dazu führt, dass ein an das Kabel angeschlossenes Gerät die Strommenge, die es aus dem Kabel ziehen darf, falsch bestimmt. Kabel mit diesem Problem funktionieren möglicherweise nicht ordnungsgemäß mit bestimmten Produkten, einschließlich Apple- und Google-Produkten, und können sogar Stromquellen wie Ladegeräte, Hubs oder PC-USB-Anschlüsse beschädigen.

Wenn ein defektes USB-C-Kabel oder eine defekte Stromquelle verwendet wird, kann die von einem USB-C-Gerät empfangene Spannung von der vom Gerät erwarteten Spannung abweichen. Dies kann zu einer Überspannung am VBUS-Pin führen. Aufgrund der feinen Steigung der USB-C-Buchse kann der VBUS-Pin des Kabels mit dem CC-Pin der USB-C-Buchse in Kontakt kommen, was zu einem Kurzschluss zum VBUS-Strom führt, da sich der VBUS-Pin befindet Nennspannung bis 20 V, während die CC-Pins bis 5,5 V ausgelegt sind. Um diese Probleme zu beheben, muss der USB-Typ-C-Anschlussschutz zwischen dem USB-C-Anschluss und dem USB-C-Stromversorgungscontroller verwendet werden.

Kompatibilität mit Audioadaptern

Bei Geräten, bei denen die 3,5-mm-Audiobuchse weggelassen wurde , kann der USB-C-Anschluss zum Anschließen von kabelgebundenem Zubehör wie Kopfhörern verwendet werden.

Es gibt hauptsächlich zwei Arten von USB-C-Adaptern (aktive Adapter mit DACs , passive Adapter ohne DACs) und zwei Arten der Audioausgabe von Geräten (Telefone ohne integrierte DACs, die digitales Audio senden, Telefone mit integrierten DACs, die analoges Audio senden). .

Wenn ein aktiver Satz USB-C-Kopfhörer oder -Adapter verwendet wird, wird digitales Audio über den USB-C-Anschluss gesendet. Die Konvertierung durch den DAC und den Verstärker erfolgt im Kopfhörer oder Adapter und nicht im Telefon. Die Klangqualität hängt vom DAC des Kopfhörers / Adapters ab. Aktive Adapter mit integriertem DAC unterstützen Geräte, die digitales und analoges Audio ausgeben, nahezu universell und entsprechen den Spezifikationen für den Audiogerätklasse 3.0 und den Audioadapter-Zubehörmodus .

Beispiele für solche aktiven Adapter sind externe USB-Soundkarten und DACs, für die keine speziellen Treiber erforderlich sind, sowie Adapter für USB-C- bis 3,5-mm-Kopfhöreranschlüsse von Apple, Google, Essential, Razer und HTC.

Wenn andererseits ein passiver Satz USB-C-Kopfhörer oder -Adapter verwendet wird, wird analoges Audio über den USB-C-Anschluss gesendet. Die Konvertierung durch den DAC und den Verstärker erfolgt am Telefon. Der Kopfhörer oder Adapter leitet das Signal einfach weiter. Die Klangqualität hängt vom integrierten DAC des Telefons ab. Passive Adapter ohne eingebauten DAC sind nur mit Geräten kompatibel, die analoges Audio ausgeben und den Spezifikationen für den Audioadapter-Zubehörmodus entsprechen .

Kompatibilität mit USB-C- bis 3,5-mm-Audioadaptern und USB-Soundkarten
Ausgabemodus Spezifikation Geräte USB-C-Adapter
Aktiv mit DACs Passiv, ohne DACs
Digitaler Ton Audiogerät Klasse 3.0 (digitales Audio) Google Pixel 2, HTC U11, unverzichtbares Telefon, Razer Phone,
Samsung Galaxy Note 10, Samsung Galaxy S10 Lite, scharfes Aquos S2, Asus ZenFone 3, Bluedio T4S, Lenovo Tab 4, GoPro, MacBook usw.
Konvertierung per Adapter Konvertierung nicht verfügbar
Analoges Audio
  • Audiogerät Klasse 3.0 (digitales Audio)
  • Audio Adapter Zubehörmodus (analoges Audio)
Moto Z / Z Force, Moto Z2 / Z2 Force / Z2-Wiedergabe, Moto Z3 / Z3-Wiedergabe, Sony Xperia XZ2, Huawei Mate 10 Pro, Huawei P20 / P20 Pro, Honor Magic2, LeEco,
Xiaomi-Telefone, OnePlus 6T, OnePlus 7 / 7 Pro / 7T / 7T Pro,
Oppo Finden Sie X / Oppo R17 / R17 Pro, ZTE Nubia Z17 / Z18 usw.
Konvertierung per Adapter Passthrough

Kompatibilität mit anderen Schnellladetechnologien

Im Jahr 2016 wies Benson Leung, Ingenieur bei Google, darauf hin, dass die von Qualcomm entwickelten Quick Charge 2.0- und 3.0-Technologien nicht mit dem USB-C-Standard kompatibel sind. Qualcomm antwortete, dass es möglich ist, Schnellladelösungen an die Spannungsanforderungen von USB-C anzupassen, und dass es keine Berichte über Probleme gibt. Das Standard-Compliance-Problem wurde zu diesem Zeitpunkt jedoch nicht behandelt. Später im Jahr veröffentlichte Qualcomm die Quick Charge 4-Technologie, in der - als Weiterentwicklung gegenüber früheren Generationen - "USB Type-C- und USB PD-kompatibel" genannt wurde.

Siehe auch

Verweise

Externe Links

  • Die Spezifikation für Kabel und Stecker des Universal Serial Bus Typ C ist in einer Reihe von USB-Dokumenten enthalten, die von USB.org heruntergeladen werden können .