USB-C
 Pins des USB-C-Steckers | |||
| Typ | Digitaler Audio-/Video-/Datenanschluss/Stromversorgung | ||
|---|---|---|---|
| Produktionsgeschichte | |||
| Designer | USB Implementers Forum | ||
| Entworfen | 11. August 2014 (veröffentlicht) | ||
| Abgelöst | Micro-USB (Android-Gerät) | ||
| Allgemeine Spezifikationen | |||
| Stifte | 24 | ||
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USB-C (formell bekannt als USB Typ-C) ist ein 24-poliges USB-Steckersystem mit einem rotationssymmetrischen Stecker. Die Bezeichnung C bezieht sich nur auf die physische Konfiguration oder den Formfaktor des Steckers und sollte nicht mit den spezifischen Fähigkeiten des Steckers verwechselt werden, die durch seine Übertragungsspezifikationen (wie USB 3.2) gekennzeichnet sind. ⓘ
Die USB-Typ-C-Spezifikation 1.0 wurde vom USB Implementers Forum (USB-IF) veröffentlicht und im August 2014 fertiggestellt. Sie wurde etwa zur gleichen Zeit wie die USB 3.1-Spezifikation entwickelt. Im Juli 2016 wurde sie von der IEC als "IEC 62680-1-3" angenommen. ⓘ
Ein Gerät mit einem Typ-C-Stecker implementiert nicht notwendigerweise USB, USB Power Delivery oder einen Alternate Mode: Der Typ-C-Stecker ist mehreren Technologien gemeinsam, während er nur einige von ihnen vorschreibt. ⓘ
USB 3.2, veröffentlicht im September 2017, ersetzt den USB 3.1-Standard. Er behält die bestehenden USB 3.1 SuperSpeed- und SuperSpeed+-Datenmodi bei und führt zwei neue SuperSpeed+-Übertragungsmodi über den USB-C-Stecker im Zwei-Lane-Betrieb ein, mit Datenraten von 10 und 20 Gbit/s (1 und ~2,4 GB/s). ⓘ
USB4, das 2019 veröffentlicht wird, ist der erste USB-Übertragungsprotokollstandard, der nur über USB-C verfügbar ist. ⓘ
Für Geräte wie Handys, die in der EU vertrieben werden, wurde auf EU-Ebene bis Juni 2022 ausverhandelt, dass USB-C ab Mitte 2024 der Standardladeanschluss werden soll. ⓘ
Überblick
USB-C-Kabel verbinden Hosts und Geräte miteinander und ersetzen verschiedene andere elektrische Kabel und Anschlüsse, darunter USB-A und USB-B, HDMI, DisplayPort und 3,5-mm-Audiobuchsen. ⓘ
Name
USB Typ-C und USB-C sind Marken des USB Implementers Forum. ⓘ
Steckverbinder
Der 24-polige doppelseitige Stecker ist etwas größer als der Micro-B-Stecker. Ein USB-C-Anschluss ist 8,4 Millimeter breit, 2,6 Millimeter hoch und 6,65 Millimeter tief. Es gibt zwei Arten von Steckern: Stecker und Buchsen. ⓘ
Stecker sind an Kabeln und Adaptern zu finden. Steckdosen sind an Geräten und Adaptern zu finden. ⓘ
Kabel
USB 3.1-Kabel gelten als vollwertige USB-C-Kabel. Sie sind elektronisch gekennzeichnete Kabel, die einen Chip mit einer ID-Funktion enthalten, die auf dem Konfigurationskanal und den herstellerdefinierten Nachrichten (VDM) der USB Power Delivery 2.0-Spezifikation basiert. Die Kabellänge sollte ≤2 m für Gen 1 oder ≤1 m für Gen 2 sein. Der elektronische ID-Chip liefert Informationen über Produkt/Hersteller, Kabelanschlüsse, USB-Signalisierungsprotokoll (2.0, Gen 1, Gen 2), passive/aktive Konstruktion, Verwendung von VCONN-Strom, verfügbaren VBUS-Strom, Latenz, RX/TX-Richtung, SOP-Controller-Modus und Hardware-/Firmware-Version. ⓘ
USB-C-Kabel, die keine abgeschirmten SuperSpeed-Paare, Seitenband-Nutzungspins oder zusätzliche Drähte für Stromleitungen haben, können eine größere Kabellänge haben, bis zu 4 m. Diese USB-C-Kabel unterstützen nur 2.0-Geschwindigkeiten und unterstützen keine alternativen Modi. ⓘ
Alle USB-C-Kabel müssen in der Lage sein, mindestens 3 A Strom (bei 20 V, 60 W) zu übertragen, aber einige können auch 5 A Hochleistungsstrom (bei 20 V, 100 W) übertragen. USB-C-zu-USB-C-Kabel, die 5 A Stromstärke unterstützen, müssen E-Marker-Chips (auch als E-Mark-Chips vermarktet) enthalten, die so programmiert sind, dass sie das Kabel und seine Stromstärkefähigkeiten identifizieren. USB-Ladeanschlüsse sollten ebenfalls deutlich mit der fähigen Wattzahl gekennzeichnet sein. ⓘ
Vollwertige USB-C-Kabel, die USB 3.1 Gen 2 implementieren, können eine Datenrate von bis zu 10 Gbit/s bei Vollduplex verarbeiten. Sie sind mit einem SuperSpeed+ (SuperSpeed 10 Gbit/s) Logo gekennzeichnet. Es gibt auch Kabel, die nur USB 2.0 mit einer Datenrate von bis zu 480 Mbit/s übertragen können. Es gibt USB-IF-Zertifizierungsprogramme für USB-C-Produkte, und Endnutzern wird empfohlen, USB-IF-zertifizierte Kabel zu verwenden. ⓘ
Geräte
Bei den Geräten kann es sich um Hosts (mit einem nachgeschalteten Anschluss, DFP) oder Peripheriegeräte (mit einem nachgeschalteten Anschluss, UFP) handeln. Einige, wie z. B. Mobiltelefone, können beide Rollen einnehmen, je nachdem, welcher Typ am anderen Ende erkannt wird. Diese Arten von Anschlüssen werden als Dual-Role-Data (DRD)-Anschlüsse bezeichnet, was in der vorherigen Spezifikation als USB On-The-Go bekannt war. Wenn zwei solche Geräte angeschlossen sind, werden die Rollen zufällig zugewiesen, aber ein Tausch kann von beiden Seiten befohlen werden, obwohl es optionale Pfad- und Rollenerkennungsmethoden gibt, die es den Geräten ermöglichen, eine Präferenz für eine bestimmte Rolle zu wählen. Darüber hinaus können Dual-Role-Geräte, die USB Power Delivery implementieren, unabhängig und dynamisch die Daten- und Stromversorgungsrollen mit Hilfe der Data Role Swap- oder Power Role Swap-Prozesse tauschen. Dies ermöglicht Durchlade-Hub- oder Docking-Station-Anwendungen, bei denen das USB-C-Gerät als USB-Daten-Host und gleichzeitig als Stromverbraucher und nicht als Stromquelle fungiert. ⓘ
USB-C-Geräte können zusätzlich zur Grundversorgung über den Bus Stromstärken von 1,5 A und 3,0 A (bei 5 V) bereitstellen oder verbrauchen. Stromquellen können entweder den erhöhten USB-Strom über den Konfigurationskanal ankündigen oder die vollständige USB Power Delivery-Spezifikation implementieren, indem sie sowohl die BMC-kodierte Konfigurationsleitung als auch die alte BFSK-kodierte VBUS-Leitung verwenden. ⓘ
Der Anschluss eines älteren Geräts an einen Host mit einer USB-C-Buchse erfordert ein Kabel oder einen Adapter mit einem USB-A- oder USB-B-Stecker oder einer Buchse an einem Ende und einem USB-C-Stecker am anderen Ende. Ältere Adapter (d. h. Adapter mit einem USB-A- oder USB-B-Stecker) mit einer USB-C-Buchse sind in der Spezifikation "nicht definiert oder erlaubt", da sie "viele ungültige und potenziell unsichere" Kabelkombinationen erzeugen können. ⓘ
Modi
Audio-Adapter-Zubehör-Modus
Ein Gerät mit einem USB-C-Anschluss kann analoge Headsets über einen Audioadapter mit einer 3,5-mm-Buchse unterstützen, der vier standardmäßige analoge Audioanschlüsse (links, rechts, Mikrofon und Masse) bietet. Der Audioadapter kann optional einen USB-C-Durchladeanschluss enthalten, um ein Aufladen des Geräts mit 500 mA 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-Differenzialpaare (Dp und Dn für rechts und links) und die beiden Seitenbandpaare für Mikrofon und GND. Das Vorhandensein des Audiozubehörs wird über den Konfigurationskanal und VCONN signalisiert. ⓘ
Alternativer Modus
Ein Alternate Mode widmet einige der physischen Drähte in einem USB-C 3.1-Kabel für die direkte Gerät-zu-Host-Übertragung von alternativen Datenprotokollen. Die vier Hochgeschwindigkeits-Lanes, zwei Side-Band-Pins und (nur für Dock-, abnehmbare Geräte- und permanente Kabelanwendungen) zwei USB 2.0-Datenpins und ein Konfigurationspin können für die Übertragung im alternativen Modus verwendet werden. Die Modi werden mit herstellerdefinierten Nachrichten (VDM) über den Konfigurationskanal konfiguriert. ⓘ
Spezifikationen
USB Typ-C Kabel und Stecker Spezifikation
Die USB-Typ-C-Spezifikation 1.0 wurde vom USB Implementers Forum (USB-IF) veröffentlicht und im August 2014 fertiggestellt. ⓘ
Sie definiert die Anforderungen für Kabel und Stecker.
- Rev 1.1 wurde am 2015-04-03 veröffentlicht.
- Rev. 1.2 wurde am 25.03.2016 veröffentlicht.
- Rev. 1.3 wurde am 14.07.2017 veröffentlicht.
- Rev. 1.4 wurde am 29.03.2019 veröffentlicht.
- Rev 2.0 wurde am 2019-08-29 veröffentlicht
- Rev 2.1 wurde am 2021-05-25 veröffentlicht (USB PD - Extended Power Range - 48V - 5A - 240W) ⓘ
Verabschiedung als IEC-Spezifikation:
- IEC 62680-1-3:2016 (2016-08-17, Ausgabe 1.0) "Universelle serielle Busschnittstellen für Daten und Energie - Teil 1-3: Universelle serielle Busschnittstellen - Gemeinsame Komponenten - Spezifikation für USB Typ-C Kabel und Stecker"
- IEC 62680-1-3:2017 (2017-09-25, Ausgabe 2.0) "Universelle serielle Busschnittstellen für Daten und Energieversorgung - Teil 1-3: Gemeinsame Komponenten - Spezifikation für USB-Typ-C-Kabel und -Stecker"
- IEC 62680-1-3:2018 (2018-05-24, Ausgabe 3.0) "Universelle serielle Busschnittstellen für Daten und Energie - Teil 1-3: Gemeinsame Komponenten - Spezifikation für USB Typ-C Kabel und Steckverbinder" ⓘ
Steckdosen .
Die Buchse verfügt über vier Stromversorgungs- und vier Erdungsstifte, zwei differentielle Paare für Hochgeschwindigkeits-USB-Daten (obwohl sie auf den Geräten zusammengeschaltet sind), vier abgeschirmte differentielle Paare für Enhanced SuperSpeed-Daten (zwei Sende- und zwei Empfangspaare), zwei Sideband Use (SBU)-Stifte und zwei Configuration Channel (CC)-Stifte. ⓘ
| Stift | Name | Beschreibung ⓘ |
|---|---|---|
| A1 | GND | Masse-Rückleitung |
| A2 | SSTXp1 ("TX1+") | SuperSpeed-Differentialpaar #1, TX, positiv |
| A3 | SSTXn1 ("TX1-") | SuperSpeed-Differentialpaar #1, TX, negativ |
| A4 | VBUS | Bus-Stromversorgung |
| A5 | CC1 | Konfigurationskanal |
| A6 | Dp1 | USB 2.0 Differenzialpaar, Position 1, positiv |
| A7 | Dn1 | USB 2.0-Differenzialpaar, Position 1, negativ |
| A8 | SBU1 | Seitenbandnutzung (SBU) |
| A9 | VBUS | Bus-Stromversorgung |
| A10 | SSRXn2 ("RX2-") | SuperSpeed-Differentialpaar #4, RX, negativ |
| A11 | SSRXp2 ("RX2+") | SuperSpeed-Differentialpaar Nr. 4, RX, positiv |
| A12 | GND | Masse-Rückleitung |
| Stift | Name | Beschreibung ⓘ |
|---|---|---|
| B12 | GND | Masse-Rückleitung |
| B11 | SSRXp1 | SuperSpeed-Differentialpaar #2, RX, positiv |
| B10 | SSRXn1 | SuperSpeed-Differenzialpaar Nr. 2, RX, negativ |
| B9 | VBUS | Bus-Stromversorgung |
| B8 | SBU2 | Seitenbandnutzung (SBU) |
| B7 | Dn2 | USB 2.0 Differenzialpaar, Position 2, negativ |
| B6 | Dp2 | USB 2.0-Differenzialpaar, Position 2, positiv |
| B5 | CC2 | Konfigurationskanal |
| B4 | VBUS | Bus-Stromversorgung |
| B3 | SSTXn2 | SuperSpeed-Differentialpaar #3, TX, negativ |
| B2 | SSTXp2 | SuperSpeed-Differenzialpaar Nr. 3, TX, positiv |
| B1 | GND | Masse-Rückleitung |
Steckverbinder
Der Stecker hat nur ein Hochgeschwindigkeits-Differentialpaar, und einer der CC-Stifte (CC2) wird durch VCONN ersetzt, um optionale Elektronik im Kabel mit Strom zu versorgen, und der andere wird verwendet, um die Configuration Channel (CC)-Signale zu übertragen. Diese Signale werden verwendet, um die Ausrichtung des Kabels zu bestimmen und um die USB Power Delivery-Kommunikation zu übertragen. ⓘ
Kabel
| Stecker 1, USB Typ-C | USB-Typ-C-Kabel | Stecker 2, USB-Typ-C ⓘ | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Stift | Name | Farbe des Kabels | Nein | Name | Beschreibung | 2.0 | Stift | Name |
| Gehäuse | Abschirmung | Geflecht | Geflecht | Abschirmung | Äußeres Kabelgeflecht | 
|
Gehäuse | Abschirmung |
| A1, B12, B1, A12 |
GND | Verzinnt | 1 | GND_PWRrt1 | Masse für Netzrückleitung |
|
A1, B12, B1, A12 |
GND |
| 16 | GND_PWRrt2 | 
| ||||||
| A4, B9, B4, A9 |
VBUS | Rot | 2 | PWR_VBUS1 | VBUS-Stromversorgung |
|
A4, B9, B4, A9 |
VBUS |
| 17 | PWR_VBUS2 |
| ||||||
| B5 | VCONN | Gelb | 18 | PWR_VCONN | VCONN-Stromversorgung, für versorgte Kabel |
|
B5 | VCONN |
| A5 | CC | Blau | 3 | CC | Konfigurationskanal |
|
A5 | CC |
| A6 | Dp1 | Grün | 4 | UTP_Dp | Ungeschirmtes verdrilltes Paar, positiv |
|
A6 | Dp1 |
| A7 | Dn1 | Weiß | 5 | UTP_Dn | Ungeschirmtes verdrilltes Paar, negativ |
|
A7 | Dn1 |
| A8 | SBU1 | Rot | 14 | SBU_A | Seitenbandnutzung A |
|
B8 | SBU2 |
| B8 | SBU2 | Schwarz | 15 | SBU_B | Seitenbandverwendung B |
|
A8 | SBU1 |
| A2 | SSTXp1 | Gelb | 6 | SDPp1 | Abgeschirmtes Differenzialpaar #1, positiv |
|
B11 | SSRXp1 |
| A3 | SSTXn1 | Braun | 7 | SDPn1 | Abgeschirmtes Differenzialpaar #1, negativ |
|
B10 | SSRXn1 |
| B11 | SSRXp1 | Grün | 8 | SDPp2 | Abgeschirmtes Differenzialpaar #2, positiv |
|
A2 | SSTXp1 |
| B10 | SSRXn1 | Orange | 9 | SDPn2 | Abgeschirmtes Differenzialpaar Nr. 2, negativ |
|
A3 | SSTXn1 |
| B2 | SSTXp2 | Weiß | 10 | SDPp3 | Abgeschirmtes Differenzialpaar #3, positiv |
|
A11 | SSRXp2 |
| B3 | SSTXn2 | Schwarz | 11 | SDPn3 | Abgeschirmtes Differenzialpaar Nr. 3, negativ |
|
A10 | SSRXn2 |
| A11 | SSRXp2 | Rot | 12 | SDPp4 | Abgeschirmtes Differenzialpaar #4, positiv |
|
B2 | SSTXp2 |
| A10 | SSRXn2 | Blau | 13 | SDPn4 | Abgeschirmtes Differenzialpaar #4, negativ |
|
B3 | SSTXn2 |
Verwandte USB-IF-Spezifikationen
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Spezifikationen für Alternate-Mode-Partner
Ab 2018 gibt es fünf systemdefinierte Alternate-Mode-Partnerspezifikationen. Darüber hinaus können Hersteller proprietäre Modi für die Verwendung in Docking-Lösungen unterstützen. Alternate Modes sind optional; Typ-C-Funktionen und -Geräte sind nicht verpflichtet, einen bestimmten Alternate Mode zu unterstützen. Das USB Implementers Forum arbeitet mit seinen Alternate Mode-Partnern zusammen, um sicherzustellen, dass die Anschlüsse mit den entsprechenden Logos gekennzeichnet sind. ⓘ
| Logo | Name | Datum | Protokoll ⓘ |
|---|---|---|---|
|
DisplayPort-Alternativmodus | Veröffentlicht im September 2014 | DisplayPort 1.2, DisplayPort 1.4, DisplayPort 2.0 |
.svg){kind=small}
|
Alternativer Modus für Mobile High-Definition Link (MHL) | Angekündigt im November 2014 | MHL 1.0, 2.0, 3.0 und superMHL 1.0 |
|
Thunderbolt-Wechselmodus | Angekündigt im Juni 2015 | Thunderbolt 3 (führt auch DisplayPort 1.2 oder DisplayPort 1.4) |
|
HDMI-Wechselmodus | Angekündigt im September 2016 | HDMI 1.4b |
| VirtualLink-Wechselmodus | Angekündigt im Juli 2018 | VirtualLink 1.0 (noch nicht standardisiert) |
Andere Protokolle wie Ethernet wurden vorgeschlagen, obwohl Thunderbolt 3 und höher auch 10-Gigabit-Ethernet-Netzwerke unterstützen. ⓘ
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 DisplayPort-Signale entweder direkt über den "DisplayPort Alternate Mode" oder gekapselt innerhalb von Thunderbolt im "Thunderbolt Alternate Mode" ausgeben. Kostengünstige Peripheriegeräte werden meist über den "DisplayPort Alternate Mode" angeschlossen, während einige Dockingstationen DisplayPort über Thunderbolt tunneln. ⓘ
DisplayPort Alt Mode 2.0: USB 4 unterstützt DisplayPort 2.0 über seinen alternativen Modus. DisplayPort 2.0 unterstützt eine 8K-Auflösung bei 60 Hz mit HDR10-Farben und kann bis zu 80 Gbit/s nutzen, was doppelt so viel ist wie bei USB-Daten. ⓘ
Das USB SuperSpeed-Protokoll ähnelt DisplayPort und PCIe/Thunderbolt, indem es paketierte Daten verwendet, die über differentielle LVDS-Lanes mit eingebettetem Takt übertragen werden, wobei vergleichbare Bitraten verwendet werden, so dass diese Alternate Modes einfacher im Chipsatz zu implementieren sind. ⓘ
Alternate Mode-Hosts und -Senken können entweder mit regulären, vollwertigen Typ-C-Kabeln oder mit Konverterkabeln oder Adaptern verbunden werden:
- USB 3.1 Typ-C zu Typ-C Kabel 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) Alternate Mode Type-C Ports können mit normalen passiven Full-Featured USB Type-C Kabeln verbunden werden. Diese Kabel sind nur mit dem standardmäßigen "dreizackigen" SuperSpeed-USB-Logo (für Gen 1-Kabel) oder dem SuperSpeed+ USB 10 Gbit/s-Logo (für Gen 2-Kabel) an beiden Enden gekennzeichnet. Die Kabellänge sollte 2,0 m oder weniger für Gen 1 und 1,0 m oder weniger für Gen 2 betragen.
- Thunderbolt Typ-C auf Typ-C aktives Kabel
- Thunderbolt 3 (40 Gbit/s) Alternate Mode mit Kabeln, die länger als 0,8 m sind, erfordert aktive Typ-C-Kabel, die für die Hochgeschwindigkeitsübertragung von Thunderbolt 3 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, sondern nur USB 2 oder Thunderbolt. Kabel können gleichzeitig für Thunderbolt und 5-A-Stromübertragung gekennzeichnet sein. ⓘ
Aktive Kabel/Adapter enthalten stromversorgte ICs zur Verstärkung/Ausgleichung des Signals bei Kabeln mit größerer Länge oder zur Durchführung einer aktiven Protokollumwandlung. Die Adapter für Video-Alt-Modi können die Konvertierung vom nativen Videostrom in andere Videoschnittstellenstandards (z. B. DisplayPort, HDMI, VGA oder DVI) ermöglichen. ⓘ
Die Verwendung von Typ-C-Kabeln mit vollem Funktionsumfang für Alternate Mode-Verbindungen bietet einige Vorteile. Im Alternate Mode werden die USB 2.0-Lanes und die Konfigurationskanal-Lane nicht verwendet, sodass die Protokolle USB 2.0 und USB Power Delivery immer verfügbar sind. Außerdem können DisplayPort und MHL im Alternate Mode auf einer, zwei oder vier SuperSpeed-Lanes übertragen werden, sodass zwei der verbleibenden Lanes für die gleichzeitige Übertragung von USB 3.1-Daten genutzt werden können. ⓘ
| Modus | USB 3.1 Typ-C-Kabel | Adapterkabel oder Adapter | Aufbau | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| USB | DisplayPort | Thunderbolt | superMHL | HDMI | HDMI | DVI-D | Komponenten-Video | ||||||
| 3.1 | 1.2 | 1.4 | 20 Gbit/s | 40 Gbit/s | 1.4b | 1.4b | 2.0b | Single-Link | Dual-Link | (YPbPr, VGA/DVI-A) | |||
| DisplayPort | Ja | Ja | Nein | Passiv | |||||||||
| Optional | Ja | Ja | Ja | Aktiv | |||||||||
| Thunderbolt | Ja | Ja | Ja | Ja | Nein | Passiv | |||||||
| Optional | Optional | Ja | Ja | Ja | Ja | Aktiv | |||||||
| MHL | Ja | Ja | Ja | Nein | Ja | Nein | Nein | Passiv | |||||
| Optional | Ja | Ja | Aktiv | ||||||||||
| HDMI | Ja | Ja | Nein | Ja | Nein | Nein | Passiv | ||||||
| Optional | Ja | Aktiv | |||||||||||
Verwendung der USB-C-Buchsenstifte in verschiedenen Modi
Die folgenden Diagramme zeigen die Pins einer USB-C-Buchse in verschiedenen Anwendungsfällen. ⓘ
USB 2.0/1.1
Ein einfaches USB 2.0/1.1-Gerät wird über ein Paar D+/D--Stifte verbunden. Daher benötigt die Quelle (Host) keinen Schaltkreis für die Verbindungsverwaltung, aber es fehlt der gleiche physische Anschluss, weshalb USB-C nicht abwärtskompatibel ist. VBUS und GND liefern 5 V und bis zu 500 mA Strom. Um ein USB 2.0/1.1-Gerät an einen USB-C-Host anzuschließen, ist jedoch die Verwendung von Rd an den CC-Pins erforderlich, da die Quelle (Host) VBUS erst dann versorgt, wenn eine Verbindung über die CC-Pins erkannt wird. ⓘ
| GND | TX1+ | TX1- | VBUS | CC1 | D+ | D- | SBU1 | VBUS | RX2- | RX2+ | GND ⓘ |
| GND | RX1+ | RX1- | VBUS | SBU2 | D- | D+ | CC2 | VBUS | TX2- | TX2+ | GND |
USB-Power-Delivery
USB Power Delivery verwendet einen der CC1- und CC2-Pins für die Stromverhandlung zwischen Quell- und Senkengerät, bis zu 20 V bei 5 A. Es ist für jeden Datenübertragungsmodus transparent und kann daher mit jedem dieser Modi zusammen verwendet werden, solange die CC-Pins intakt sind. ⓘ
| GND | TX1+ | TX1- | VBUS | CC1 | D+ | D- | SBU1 | VBUS | RX2- | RX2+ | GND ⓘ |
| GND | RX1+ | RX1- | VBUS | SBU2 | D- | D+ | CC2 | VBUS | 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 zu erreichen. Einer der CC-Pins wird verwendet, um den Modus auszuhandeln. ⓘ
VBUS und GND liefern 5 V bis zu 900 mA in Übereinstimmung mit der USB 3.1-Spezifikation. Es kann auch ein spezieller USB-C-Modus eingestellt werden, bei dem 5 V mit entweder 1,5 A oder 3 A bereitgestellt werden. Eine dritte Möglichkeit besteht darin, einen Power-Delivery-Vertrag abzuschließen. ⓘ
Im Single-Lane-Modus werden nur die Differenzialpaare, die dem CC-Pin am nächsten sind, für die Datenübertragung verwendet. Bei Dual-Lane-Datenübertragungen werden alle vier differentiellen Paare verwendet. ⓘ
Die D+/D--Verbindung für USB 2.0/1.1 wird in der Regel nicht verwendet, wenn die USB 3.x-Verbindung aktiv ist, aber Geräte wie Hubs öffnen gleichzeitige 2.0- und 3.x-Uplinks, um den Betrieb von Geräten beider Typen zu ermöglichen, die an sie angeschlossen sind. Andere Geräte können einen Fallback-Modus auf 2.0 haben, falls die 3.x-Verbindung ausfällt. ⓘ
| GND | TX1+ | TX1- | VBUS | CC1 | D+ | D- | SBU1 | VBUS | RX2- | RX2+ | GND ⓘ |
| GND | RX1+ | RX1- | VBUS | SBU2 | D- | D+ | CC2 | VBUS | TX2- | TX2+ | GND |
Alternativer Modus
Im Alternate Mode wird eine von bis zu vier Hochgeschwindigkeitsverbindungen in der jeweils benötigten Richtung verwendet. SBU1 und SBU2 bieten eine zusätzliche Verbindung mit niedrigerer Geschwindigkeit. Bleiben zwei Hochgeschwindigkeitsverbindungen ungenutzt, kann gleichzeitig mit dem Alternate Mode eine USB 3.0/3.1-Verbindung hergestellt werden. Einer der CC-Pins wird für die gesamte Aushandlung verwendet. Ein zusätzlicher bidirektionaler Low-Band-Kanal (anders als SBU) kann diesen CC-Pin ebenfalls nutzen. USB 2.0 ist auch über D+/D--Pins verfügbar. ⓘ
In Bezug auf die Stromversorgung sollten die Geräte einen Power-Delivery-Vertrag aushandeln, bevor ein alternativer Modus aktiviert wird. ⓘ
| GND | TX1+ | TX1- | VBUS | CC1 | D+ | D- | SBU1 | VBUS | RX2- | RX2+ | GND ⓘ |
| GND | RX1+ | RX1- | VBUS | SBU2 | D- | D+ | CC2 | VBUS | TX2- | TX2+ | GND |
Debug-Accessory-Modus
Das externe Gerätetestsystem (DTS) signalisiert dem Zielsystem (TS) den Eintritt in den Debug-Accessory-Modus über CC1 und CC2, die beide mit einem Rn-Widerstandswert nach unten gezogen oder als Rp-Widerstandswert vom Teststecker nach oben gezogen werden (Rp und Rn sind in der Typ-C-Spezifikation definiert). ⓘ
Nach dem Eintritt in den Debug-Zubehörmodus erfolgt die optionale Orientierungserkennung über CC1 und CC2, indem CC1 als Pullup-Widerstand mit Rd und CC2 als Pullup-Widerstand mit Ra (vom Typ-C-Stecker des Testsystems) auf Masse gezogen wird. Obwohl die Orientierungserkennung optional ist, ist sie erforderlich, wenn die USB Power Delivery-Kommunikation funktionsfähig bleiben soll. ⓘ
In diesem Modus sind alle digitalen Schaltungen vom Stecker getrennt, und die 14 fettgedruckten Pins können für debugbezogene Signale (z. B. JTAG-Schnittstelle) verwendet werden. USB IF verlangt für die Zertifizierung, dass Sicherheits- und Datenschutzüberlegungen und -vorkehrungen getroffen wurden und dass der Nutzer tatsächlich die Durchführung des Debug-Testmodus angefordert hat. ⓘ
| GND | TX1+ | TX1- | VBUS | CC1 | D+ | D- | SBU1 | VBUS | RX2- | RX2+ | GND ⓘ |
| GND | RX1+ | RX1- | VBUS | SBU2 | D- | D+ | CC2 | VBUS | TX2- | TX2+ | GND |
Wenn ein reversibles Typ-C-Kabel benötigt wird, aber keine Power-Delivery-Unterstützung vorhanden ist, muss der Prüfstecker wie folgt angeordnet werden, wobei CC1 und CC2 beide mit einem Rn-Widerstandswert nach unten gezogen oder als Rp-Widerstandswert vom Prüfstecker nach oben gezogen werden:
| GND | TS1 | TS2 | VBUS | CC1 | TS6 | TS7 | TS5 | VBUS | TS4 | TS3 | GND ⓘ |
| GND | TS3 | TS4 | VBUS | TS5 | TS7 | TS6 | CC2 | VBUS | TS2 | TS1 | GND |
Durch diese Spiegelung der Prüfsignale stehen nur 7 statt 14 Prüfsignale für die Fehlersuche zur Verfügung, was jedoch den Vorteil hat, dass die Anzahl der zusätzlichen Teile für die Orientierungserkennung minimiert wird. ⓘ
Audio-Adapter-Zubehör-Modus
In diesem Modus werden alle digitalen Schaltungen vom Steckverbinder getrennt, und bestimmte Pins werden für analoge Ausgänge oder Eingänge neu zugewiesen. Der Modus wird, sofern er unterstützt wird, aktiviert, wenn beide CC-Pins mit GND kurzgeschlossen werden. D- und D+ werden zu Audioausgang links L bzw. rechts R. Die SBU-Pins werden zu einem Mikrofon-Pin MIC und zur analogen Masse AGND, wobei letztere ein Rückweg für beide Ausgänge und das Mikrofon ist. Dennoch müssen die MIC- und AGND-Pins automatisch vertauscht werden können, und zwar aus zwei Gründen: Erstens kann der USB-C-Stecker auf beiden Seiten eingesteckt werden; zweitens gibt es keine Vereinbarung, welche TRRS-Ringe GND und MIC sein sollen, sodass Geräte, die mit einer Kopfhörerbuchse mit Mikrofoneingang ausgestattet sind, diese Vertauschung ohnehin durchführen können müssen. ⓘ
Dieser Modus ermöglicht auch das gleichzeitige Aufladen eines Geräts, das die analoge Audioschnittstelle (über VBUS und GND) freilegt, allerdings nur bei 5 V und 500 mA, da die CC-Pins nicht für eine Verhandlung verfügbar sind. ⓘ
| GND | TX1+ | TX1- | VBUS | CC1 | R | L | MIC | VBUS | RX2- | RX2+ | GND ⓘ |
| GND | RX1+ | RX1- | VBUS | AGND | L | R | CC2 | VBUS | TX2- | TX2+ | GND |
Die Erkennung des Einsteckens von Steckern erfolgt über den physischen Steckererkennungsschalter des TRRS-Steckers. Beim Einstecken des Steckers zieht dieser sowohl CC als auch VCONN im Stecker (CC1 und CC2 in der Buchse) herunter. Dieser Widerstand muss weniger als 800 Ohm betragen (dies ist der in der USB-Typ-C-Spezifikation angegebene Mindestwiderstand "Ra"). Dies ist im Wesentlichen eine direkte Verbindung zur digitalen USB-Masse. ⓘ
| TRRS-Buchse | Analoges Audiosignal | USB-Typ-C-Stecker ⓘ |
|---|---|---|
| Spitze | L | D- |
| Ring 1 | R | D+ |
| Ring 2 | Mikrofon/Masse | SBU1 oder SBU2 |
| Hülse | Mikrofon/Masse | SBU2 oder SBU1 |
| ERKENNUNG1 | Schalter zur Erkennung der Anwesenheit des Steckers | CC, VCONN |
| ERKENNUNG2 | Schalter zur Erkennung der Anwesenheit des Steckers | GND |
Software-Unterstützung
- Android ab Version 6.0 arbeitet mit USB 3.1 und USB-C.
- Chrome OS, beginnend mit dem Chromebook Pixel 2015, unterstützt USB 3.1, USB-C, alternative Modi, Stromzufuhr und USB-Dual-Role-Unterstützung.
- FreeBSD hat das Extensible Host Controller Interface, das USB 3.0 unterstützt, mit Version 8.2 veröffentlicht.
- iOS ab Version 12.1 (iPad Pro 3. Generation oder später, iPad Air 4. Generation oder später, iPad Mini 6. Generation oder später) arbeitet mit USB-C.
- NetBSD unterstützt USB 3.0 seit Version 7.2
- Linux unterstützt USB 3.0 seit Kernel-Version 2.6.31 und USB 3.1 seit Kernel-Version 4.6.
- OpenBSD begann mit der Unterstützung von USB 3.0 in Version 5.7
- OS X Yosemite (macOS Version 10.10.2), beginnend mit dem MacBook Retina Anfang 2015, unterstützt USB 3.1, USB-C, alternative Modi und Power Delivery.
- Windows 8.1 fügte USB-C und Billboard-Unterstützung in einem Update hinzu.
- Windows 10 und Windows 10 Mobile unterstützen USB 3.1, USB-C, alternative Modi, Billboard-Geräteklasse, Stromzufuhr und USB Dual-Role. ⓘ
Hardware-Unterstützung
USB-C-Geräte
Immer mehr Hauptplatinen, Notebooks, Tablet-Computer, Smartphones, Festplattenlaufwerke, USB-Hubs und andere Geräte, die ab 2014 auf den Markt kommen, verfügen über USB-C-Buchsen. Die anfängliche Akzeptanz von USB-C wurde jedoch durch die hohen Kosten für USB-C-Kabel und die breite Verwendung von Micro-USB-Ladegeräten eingeschränkt. ⓘ
Video-Ausgang
DisplayPort ist derzeit der am weitesten verbreitete alternative Modus und wird für die Videoausgabe auf Geräten verwendet, die nicht über DisplayPort- oder HDMI-Anschlüsse in Standardgröße verfügen, wie z. B. Smartphones und Laptops. Alle Chromebooks mit einem USB-C-Anschluss müssen den alternativen DisplayPort-Modus in den Hardware-Anforderungen von Google für Hersteller unterstützen. Ein USB-C-Multiport-Adapter wandelt den nativen Videostream des Geräts in DisplayPort/HDMI/VGA um, so dass er auf einem externen Display wie einem Fernseher oder Computermonitor angezeigt werden kann. ⓘ
Er wird auch in USB-C-Docks verwendet, um ein Gerät über ein einziges Kabel mit einer Stromquelle, einem externen Display, einem USB-Hub und optionalen Extras (wie einem Netzwerkanschluss) zu verbinden. Diese Funktionen sind manchmal direkt in das Display implementiert und nicht in ein separates Dock, was bedeutet, dass ein Benutzer sein Gerät über USB-C mit dem Display verbindet, ohne dass weitere Verbindungen erforderlich sind. ⓘ
Kompatibilitätsprobleme
Probleme mit der Stromversorgung bei Kabeln
Viele Kabel, die vorgeben, USB-C zu unterstützen, entsprechen nicht dem Standard. Die Verwendung dieser Kabel kann dazu führen, dass die Geräte, an die sie angeschlossen sind, beschädigt werden. Es wird von Fällen berichtet, in denen Laptops aufgrund der Verwendung von nicht konformen Kabeln zerstört wurden. ⓘ
Einige nicht konforme Kabel mit einem USB-C-Stecker an einem Ende und einem herkömmlichen USB-A-Stecker oder einer Micro-B-Buchse am anderen Ende schließen den Konfigurationskanal (CC) fälschlicherweise mit einem 10-kΩ-Pullup auf VBUS ab, anstatt mit dem in der Spezifikation vorgeschriebenen 56-kΩ-Pullup, was dazu führt, dass ein an das Kabel angeschlossenes Gerät die Strommenge, die es aus dem Kabel beziehen darf, falsch bestimmt. Kabel mit diesem Problem funktionieren möglicherweise nicht richtig 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 angezeigte Spannung von der Spannung abweichen, die das Gerät erwartet. Dies kann zu einer Überspannung am VBUS-Pin führen. Außerdem kann der VBUS-Stift des Kabels aufgrund der feinen Teilung der USB-C-Buchse mit dem CC-Stift der USB-C-Buchse in Kontakt kommen, was zu einem Kurzschluss mit dem VBUS-Stift führt, da der VBUS-Stift für bis zu 20 V ausgelegt ist, während die CC-Stifte für bis zu 5,5 V ausgelegt sind. Um diese Probleme zu vermeiden, muss ein USB-Typ-C-Portschutz zwischen dem USB-C-Anschluss und dem USB-C-Power-Delivery-Controller verwendet werden. ⓘ
Kompatibilität mit Audio-Adaptern
Bei Geräten, bei denen die 3,5-mm-Audiobuchse weggelassen wurde, kann der USB-C-Anschluss verwendet werden, um kabelgebundenes Zubehör wie Kopfhörer anzuschließen. ⓘ
Es gibt hauptsächlich zwei Arten von USB-C-Adaptern (aktive Adapter mit DACs, passive Adapter ohne DACs) und zwei Modi der Audioausgabe von Geräten (Telefone ohne integrierten DACs, die digitales Audio ausgeben, Telefone mit integrierten DACs, die analoges Audio ausgeben). ⓘ
Wenn ein aktiver USB-C-Kopfhörer oder Adapter verwendet wird, wird digitales Audio über den USB-C-Anschluss gesendet. Die Umwandlung durch den DAC und den Verstärker erfolgt im Kopfhörer oder Adapter und nicht auf dem Telefon. Die Klangqualität hängt vom DAC des Kopfhörers/Adapters ab. Aktive Adapter mit integriertem DAC bieten nahezu universelle Unterstützung für Geräte, die digitales und analoges Audio ausgeben, und entsprechen den Spezifikationen der Audio Device Class 3.0 und des Audio Adapter Accessory Mode. ⓘ
Beispiele für solche aktiven Adapter sind externe USB-Soundkarten und DACs, die keine speziellen Treiber benötigen, sowie USB-C-auf-3,5-mm-Kopfhöreranschluss-Adapter von Apple, Google, Essential, Razer und HTC. ⓘ
Wird hingegen ein passiver USB-C-Kopfhörer oder -Adapter verwendet, wird analoges Audio über den USB-C-Anschluss gesendet. Die Umwandlung durch den DAC und den Verstärker erfolgt auf dem Telefon; die Kopfhörer oder der Adapter leiten das Signal einfach durch. Die Klangqualität hängt vom integrierten DAC des Telefons ab. Passive Adapter ohne eingebauten DAC sind nur mit Geräten kompatibel, die analoges Audio ausgeben und der Spezifikation für den Audio-Adapter-Zubehörmodus entsprechen. ⓘ
| Ausgabe-Modus | Spezifikation | Geräte | USB-C-Adapter ⓘ | |
|---|---|---|---|---|
| Aktiv, mit DACs | Passiv, ohne DACs | |||
| Digitales Audio | Audio-Geräteklasse 3.0 (digitales Audio) | Google Pixel 2, HTC U11, Essential Phone, Razer Phone, Samsung Galaxy Note 10, Samsung Galaxy S10 Lite, Sharp Aquos S2, Asus ZenFone 3, Bluedio T4S, Lenovo Tab 4, GoPro, MacBook etc. |
Konvertierung per Adapter | Konvertierung nicht verfügbar |
| Analoges Audio |
|
Moto Z/Z Force, Moto Z2/Z2 Force/Z2 Play, Moto Z3/Z3 Play, Sony Xperia XZ2, Huawei Mate 10 Pro, Huawei P20/P20 Pro, Honor Magic2, LeEco, Xiaomi-Handys, OnePlus 6T, OnePlus 7/7 Pro/7T/7T Pro, Oppo Find X/Oppo R17/R17 Pro, ZTE Nubia Z17/Z18 usw. |
Konvertierung per Adapter | Passthrough |
Kompatibilität mit anderen Schnellladetechnologien
Im Jahr 2016 wies Benson Leung, ein Ingenieur bei Google, darauf hin, dass die von Qualcomm entwickelten Technologien Quick Charge 2.0 und 3.0 nicht mit dem USB-C-Standard kompatibel sind. Qualcomm antwortete daraufhin, dass es möglich sei, Schnellladelösungen an die Spannungsanforderungen von USB-C anzupassen und dass es keine Berichte über Probleme gebe; allerdings ging das Unternehmen damals nicht auf die Frage der Standardkonformität ein. Später im Jahr veröffentlichte Qualcomm die Quick Charge 4-Technologie, die - als Fortschritt gegenüber früheren Generationen - "USB Typ-C- und USB PD-kompatibel" war. ⓘ
Vorschriften für Kompatibilität
Im Jahr 2021 schlug die Europäische Kommission nach der Beauftragung von zwei Folgenabschätzungsstudien und einer Technologieanalyse die Einführung einer Standardisierung für USB-C-Iterationen von Telefonladegeräten vor, die die Interoperabilität und Kompatibilität von Geräten, die Konvergenz und den Komfort für Verbraucher erhöhen und gleichzeitig die Materialentnahme, die Redundanz und den Elektronikschrott verringern kann. Die Kommission und das Parlament haben sich darauf geeinigt, die Einführung eines gemeinsamen USB-C-Netzteils für alle Geräte bis Herbst 2024 anzuordnen. Auch Laptops müssen 40 Monate nach Inkrafttreten der Vorschrift über diese Anschlüsse verfügen. Das Europäische Parlament und der Europäische Rat müssen später im Jahr 2022 über die Regelung abstimmen. Wenn sie angenommen wird, tritt die Regelung 24 Monate nach der Annahme in Kraft. ⓘ
Geschichte
Schritte zur Vereinheitlichung
Aus internen Dokumenten und E-Mails der Generaldirektion Binnenmarkt ging am 25. Januar 2021 hervor, dass die EU an einem Gesetzesentwurf zur Vereinheitlichung von Ladesteckern für Tablets, Laptops, Kopfhörer, Kameras etc. arbeite. Die Initiative schloss dabei Geräte mit ähnlichem Strombedarf wie Smartphones mit ein. Die EU-Kommission stellte am 23. September 2021 einen Gesetzesentwurf vor, der USB-C als Ladebuchse für Smartphones, Tablets, Kameras und andere kleine Geräte fordert, Widerstand gegen eine Standardisierung kam von Apple. Nach Verhandlungen verlautete am 7. Juni 2022, dass eine Einigung auf USB-C als ab Mitte 2024 gültige Standardladebuchse für den EU-Raum erzielt worden sei. ⓘ