Was ist USB Type-C?

Die grundlegende Erklärung zu USB Type-C wird gegeben. Es werden auch die Unterschiede zu herkömmlichen USB-A und USB micro-B beschrieben. USB Type-C mit 24 Pin-Zuweisungen ist ein neuer Steckerstandard, der reversibel verwendbar ist und sowohl für Datenübertragung als auch für Stromversorgung multifunktional genutzt werden kann.

Was ist USB Type-C?

USB Type-C ist ein neuer Steckverbindertyp im USB-Standard. Es wird auch als USB Type-C™ oder USB-C™ bezeichnet und ist ein eingetragenes Warenzeichen des USB Implementers Forum, einer gemeinnützigen Organisation, die die USB-Spezifikationen festlegt.

USB Type-C wurde 2014 öffentlich vorgestellt. Seitdem ist es auch vermehrt in Geräten von PC-Herstellern wie Apple zu finden, und auch im Alltag begegnet man häufiger USB-C-AC-Adaptern. Bei den kürzlich veröffentlichten iPhone 11 Pro und iPhone 11 Pro Max gehört ein 18W-USB-C-kompatibler Adapter zum Lieferumfang.

Stromversorgung und Datenübertragung gleichzeitig möglich

Der große Vorteil des USB Type-C Steckverbinders ist, dass Stromversorgung und Datenübertragung gleichzeitig möglich sind. Es wird erwartet, dass dieser Anschluss dank seiner Vielseitigkeit künftig noch weiter verbreitet wird, da er in vielen Produkten und Standards (z. B. USB Power Delivery (PD), Quick Charge) Anwendung findet.

Beim kürzlich von Apple vorgestellten iPhone 15 wurde USB-C eingeführt. So ist es nun möglich, andere Geräte wie das iPad Pro oder iPhones gegenseitig aufzuladen – ein Indiz dafür, dass USB-C möglicherweise irgendwann den Thunderbolt-Anschluss ersetzen könnte.

Noch schnellere Datenübertragung im Vergleich zu früher

Im Vergleich zu USB 3.0 ermöglicht USB-C mit der Unterstützung von USB 3.1 Gen 2 eine rund doppelt so schnelle Datenübertragung (theoretisch bis zu 10 Gbps). Dieser Anschluss ist ideal für schnelle Datentransfers und die maximale Nutzung der USB-PD-Funktionalität. (Hinweis: Nicht jeder USB Type-C-Anschluss unterstützt USB 3.1.)

Zusammenfassung der Geschichte des USB-Standards (von 1.0 bis USB4)

Hier werfen wir einen Blick auf die Entwicklungsgeschichte von USB.

Steckverbindersituation vor der Einführung von USB im Jahr 1996

Vor der Einführung von USB verwendeten PC-Hersteller verschiedene proprietäre Verbindungsarten zur Datenübertragung, darunter serielle und parallele Schnittstellen, spezielle Stecker, Anschlüsse und Kabel. Häufig waren spezielle Treiber oder Erweiterungskarten erforderlich. Die Übertragungsraten waren relativ langsam – etwa 100 KB/s beim Parallelport und 450 Kbps beim Seriellen Port. Zudem war oft ein Rechnerneustart bei Anschluss eines neuen Geräts erforderlich.

Die Entwicklung von USB begann 1994 durch das USB Implementers Forum (USB-IF). Erste Versionen (USB 0.8 und 0.9) erschienen als Vorabversionen, wurden jedoch nicht kommerzialisiert. Auch USB 0.99 aus dem Jahr 1995 kam nicht auf den Markt. Diese Frühphase war der Auftakt zur Standardisierung in der Technologiebranche.

Einführung von USB 1.0 (1996)

Anfang 1996 wurde USB 1.0 als erste offizielle Version vorgestellt. Sie ermöglichte eine Datenübertragungsrate von 1,5 Mbps (niedrige Geschwindigkeit) bzw. 12 Mbps (volle Geschwindigkeit). USB 1.0 unterstützte die automatische Konfiguration von Peripheriegeräten und erlaubte Hot-Swap, also das Wechseln der Geräte ohne Neustart des Host-Computers. Allerdings fand es zunächst nur wenig Verbreitung, da nur wenige kompatible Geräte auf dem Markt waren.

USB 1.1 (1998)

1998 erschien USB 1.1 als verbesserte Version von USB 1.0. Die maximale Übertragungsrate blieb unverändert, jedoch war eine langsamere Übertragung für Geräte mit niedriger Bandbreite möglich. Die Verwendung dieser Version führte dazu, dass PC-Hersteller serielle und parallele Anschlüsse abschafften. Standardstecker waren dabei rechteckige (Type A) und quadratische (Type B) Formen.

USB 2.0 (2000)

USB 2.0 wurde im April 2000 veröffentlicht. Die maximale Übertragungsrate stieg auf 480 Mbps (realistisch ca. 280 Mbps). Die Unterstützung für Plug & Play und verbesserte Stromversorgung machte es attraktiv für Multimediageräte und Speicherlösungen. Die Funktion USB On-the-Go ermöglichte die direkte Datenübertragung zwischen Geräten. Kompatibel waren Type A, B, C sowie Mini- und Micro-Steckverbinder. Mit der Veröffentlichung der ersten USB-Sticks im Jahr 2000 wuchs die Verbreitung weiter rasant.

Übersicht: Wireless USB und Micro-USB (2005)

Wireless USB (W-USB), 2005 vorgestellt, war ein drahtloser Standard mit bis zu 480 Mbps innerhalb von 10 m, der heute nicht mehr verwendet wird. 2007 wurde der kleinere USB-Micro-Stecker eingeführt, ideal für Android-Geräte durch schnelles Laden und Datenübertragung. Dieser mechanische Anschlussstandard war wichtig für die zunehmende Digitalisierung und Miniaturisierung von Geräten.

USB-C 3.0/3.1/3.2 und die Einführung des Type-C Steckverbinders (2008–2017)

USB 3.0 (heute USB 3.2 Gen 1) kam 2008 auf den Markt als Antwort auf wachsenden Speicherbedarf und Bandbreite und ermöglichte bidirektionale Übertragungen mit bis zu 5 Gbps (realistisch ca. 3 Gbps). Im Jahr 2017 wurde USB 3.2 als Nachfolger von USB 3.0 und 3.1 eingeführt; USB 3.2 Gen 2x2 bot Übertragungen mit bis zu 20 Gbps. Gleichzeitig wurde der USB Type C-Stecker eingeführt – klein, beidseitig einsteckbar und leistungsstark.

Der Type-C-Stecker war geboren.

Aktueller Standard: USB4 (seit 2019)

Der aktuelle Standard ist USB4.

USB4 wurde 2019 eingeführt und basiert auf dem Thunderbolt-3-Protokoll. Er erlaubt Datenübertragungen bis 40 Gbps sowie Stromübertragungen bis 240W. Der USB4-Standard verwendet den vorhandenen Type-C-Stecker und ist abwärtskompatibel zu USB 2.0 und 3.2 (unter Umständen mit geringerer Geschwindigkeit). Dank intelligenter Energieverwaltung ist bidirektionaler Stromfluss bis 240W möglich.

(USB-Geschichte im Überblick)

Vergleich der verschiedenen Steckertypen

Der Type-C-Stecker ist von der Größe her dem Micro-USB am nächsten und hat eine kompakte, ovale Form. Ganz links auf dem Bild sieht man den vermutlich am meisten verbreiteten USB Type-A Stecker.
USB Type-A ist nicht reversibel, was häufig dazu führt, dass man ihn zunächst falsch herum einsteckt. USB-C hingegen ist beidseitig einsteckbar und damit deutlich benutzerfreundlicher.

Über die Pinbelegung von USB Type-C

Die Pinbelegung von USB Type-C ist durchdacht angeordnet

Die folgende Tabelle zeigt die Pinbelegung von USB Type-C.

Die vier TX/RX-Paare dienen der Datenübertragung. D+/- ist für USB 2.0 genutzt. CC1/CC2 dienen zur Erkennung von Verbindung und Konfiguration; VBUS transportiert die Betriebsspannung, GND ist Masse. Die Anordnung erlaubt Funktionsfähigkeit auch bei umgekehrtem Einstecken.

Vergleich: Nutzung der Pins je nach Modus und Anwendung

Bei USB 2.0/1.1

Bei USB 2.0/1.1-Geräten sind folgende Pins in Nutzung:

VBUS und GND liefern maximal 5V bei 500mA. Die Datenübertragung erfolgt über das D+-Paar. Für die Verbindung eines USB-C-Hosts mit USB2.0/1.1-Geräten müssen die CC-Pins korrekt konfiguriert (z. B. mit einem Widerstand Rd) sein.

Bei USB 3.0/3.1/3.2

In diesen Modi werden bis zu vier High-Speed-Links genutzt, um bis zu 20Gbps zu erreichen:

Die CC-Pins werden zur Aushandlung des Betriebsmodus verwendet. Die max. Stromversorgung beträgt z. B. 5V bei 900mA oder 5V bei 3A.

Ideal für kompakte, flache Geräte

Mini- und Micro-USB-Stecker wurden entwickelt, weil USB-A durch seine Größe in kompakten Geräten keinen Platz mehr fand. USB-C ist nur etwa ein Drittel so groß wie Type-A und passt auch problemlos in kleinere Geräte.

Kabelsalat vermeiden durch Alternate Mode

Ob HDMI, DisplayPort, VGA oder Thunderbolt 3 – mit dem Alternate Mode von USB-C können all diese Signale über einen einzigen Anschluss übertragen werden.

Im Beispiel im Bild lädt der linke Anschluss eine Smartwatch über USB-A, der mittlere bietet Bildausgabe via HDMI und der rechte Anschluss versorgt sowohl Smartwatch als auch Notebook mit Strom. Statt drei Kabeln reicht hier eines für die Notebookverbindung.

Alternate Mode nutzt bestimmte USB-C 3.1-Kabelleitungen für den alternativen Protokollverkehr: 4 High-Speed-Lanes, 2 Sideband-Leitungen, 2 USB-2.0-Leiter sowie 1 Konfigurationsleitung. Konfiguration erfolgt über VDM-Nachrichten über den Konfigurationskanal.

Seit 2018 existiert die „Alternate Mode Partner Specification“, die das Zusammenspiel mit 5 Systemen regelt. Der Alternate Mode ist optional – USB-IF überprüft in Kooperation mit Partnern die korrekte Kennzeichnung der Anschlüsse.

Im Alternate Mode werden folgende Leitungen verwendet:

SBU1 und SBU2 dienen langsamen Signalübertragungen, während bis zu 4 High-Speed-Lanes flexibel genutzt werden. Wenn 2 High-Speed-Leitungen ungenutzt bleiben, ist weiterhin USB-3.0/3.1 möglich. CC übernimmt die Aushandlung, USB 2.0 läuft über D+/D-.

Audio-Accessory Mode

Einige Geräte mit USB-C verfügen über optionale Adapter für analoge 3,5-mm-Kopfhörer und ermöglichen gleichzeitig das Laden mit bis zu 500mA. Damit kann man Musik hören und gleichzeitig das Smartphone laden. Künftig könnten 3,5-mm-Kopfhörerbuchsen durch USB-C ersetzt werden.

Zusammenfassung

Was unterscheidet USB-C von USB-A und USB Micro-B? Hier die wichtigsten Punkte:

• Reversibel (kein oben/unten – einfach einstecken)
• Höhere Stromversorgung (von 5V/1.5A auf 5V/3A, mit PD sogar bis zu 100W (20V5A))
• Mehr Pins (von 4–5 Pins auf 24 Pins)
• Sowohl Host- als auch Device-Seite können USB-C nutzen
• Schnelle Datenübertragung
• Auch geeignet für Videoausgabe

Fotos und technische Zeichnung von USB-C

Im Vergleich zu früheren Standards bietet USB-C deutlich mehr Komfort und Funktionalität.

Wir bieten auch die Produktion und kundenspezifische Anpassung von Adaptern mit USB-C-Anschluss an – zögern Sie nicht, uns zu Kontaktieren Sie uns.

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