Alles über USB

Oct 12, 2023

USB-C-Kabel und -Anschlüsse: Das sind kontroverse Themen, und das zu Recht – ich möchte keine Kompromisse eingehen. Ich zeige Ihnen auch, dass es für Sie gar nicht so schlimm sein muss, solange Sie bereit sind, ein paar Tricks anzuwenden und Ihre Erwartungen anzupassen.

Möglicherweise verfügen Sie über eine Reihe von USB-C-Kabeln, die alle genau gleich aussehen, aber Sie haben wahrscheinlich schon die Erfahrung gemacht, dass sie intern nicht gleich sind und oft kein Etikett zu sehen ist. Ja, es ist ziemlich schlimm, und man könnte sagen, dass es schlimmer wird.

Ich möchte klarstellen, dass ich hier nur von USB-C-Stecker-USB-C-Stecker-Kabeln spreche. Obwohl Kabel wie USB-A zu USB-C beliebt sind, sind sie recht einfach; Sie erhalten USB 2.0- oder USB 3.0-Daten und höchstens 2 A Strom, und der USB-C-Stecker ist normalerweise fest als „Host, liefert fünf Volt“ verdrahtet, was durch einen Pullup-Widerstand definiert wird. Auch wenn Kabel wie „Typ-C zu DisplayPort“ auf den ersten Blick wie Kabel aussehen mögen, handelt es sich dabei um Adapter mit einer beträchtlichen Menge an aktiven Schaltkreisen.

Rein nach der Spezifikation gab es früher sechs Arten von USB-C-zu-USB-C-Kabeln. Dann wurden es acht. Nun, ich fürchte, es sind zwölf davon, die nur der Spezifikation entsprechen, und es sind noch viel mehr, wenn man alle nicht den Spezifikationen entsprechenden Kabel mitzählt. Die gute Nachricht ist, dass die meisten dieser Kabel in den meisten Fällen für einfache Aufgaben wie Laden und Datenübertragung geeignet sind und Situationen, in denen Sie ein ganz bestimmtes Kabel benötigen, eher selten vorkommen. Schauen wir es uns dennoch einmal genauer an und Sie werden sehen, dass sie leichter zu unterscheiden sind, als es vielleicht den Anschein macht.

Zunächst einmal gibt es zwei Variationen der Strombelastbarkeit – 3 A und 5 A, wobei 3 A das absolute Minimum für jedes verfügbare Kabel ist und die 5 A-Unterstützung optional ist. Natürlich sind die günstigen Kabel, wie Sie sich denken können, vielleicht sogar für 3 A unterdimensioniert, aber die meisten Kabel halten 3 A problemlos durch. Letztes Jahr führte die USB-C-Gruppe EPR ein, wodurch die maximale Spannung von 20 V auf 48 V erhöht wurde und Änderungen an Kabeln und Anschlüssen erforderlich wurden, um die Isolierung zwischen Strom- und Datenpins zu verbessern. Das sind zwei weitere Kategorien: SPR (max. 20 V) und EPR (max. 48 V). Allerdings gibt es keine 3-A-EPR-Kabel, daher ist es etwas weniger verwirrend, als es sich anhört.

Dann gibt es mindestens vier Variationen der Datenübertragungsgeschwindigkeiten. Früher gab es nur USB-2- und USB-3-nur-Typ-C-Kabel sowie Thunderbolt-zertifizierte Kabel. Jetzt gibt es einen neuen USB-3-Standard, der höhere Geschwindigkeiten erfordert und Kabel mit höheren Spezifikationen erfordert. Darüber hinaus gibt es aktive USB-C-Kabel, die das Signal über Redriver oder Glasfaserkabel weiterleiten, um einen Betrieb über große Entfernungen zu ermöglichen. Wenn Sie dachten, dass es möglicherweise nur eine gewisse Verkabelungsvariabilität gibt, die zusätzliche kleine Permutationen innerhalb und außerhalb der Spezifikation mit sich bringt, haben Sie leider Recht.

Dies gibt uns eine Drei-mal-Vier-Matrix darüber, „welches Kabel Sie möglicherweise zur Hand haben“. Drei für 3 A, 5 A oder EPR 5 A und vier für Kabelgeschwindigkeiten. Es gibt auch jede Menge Kabel, die offensichtlich nicht den Spezifikationen entsprechen – etwa reine Ladekabel ohne 2.0-Pins, was gemäß der USB-Spezifikation blasphemisch ist. Natürlich können Sie diese auch versehentlich oder absichtlich kaufen. Wie finden Sie heraus, welche Sie haben? Vereinfachen wir die Situation auf den Drei-mal-Vier-Fall und lassen wir die Ausnahmen weitgehend außer Acht – mit der Zeit werden die seltsamen Kabel immer weniger in den Vordergrund treten, da selbst Hersteller von Schnäppchenprodukten lernen werden, sie zusammenzuhalten.

Der unbestreitbare Vorteil so vieler Kabelvarianten besteht darin, dass Sie tatsächlich ein USB-C-Kabel für 5 US-Dollar kaufen können, wenn Sie nur Funktionen im Wert von 5 US-Dollar benötigen, und ein Kabel für 40 US-Dollar, wenn Sie Funktionen im Wert von 40 US-Dollar benötigen. 2.0-Kabel sind außerdem dünner, leichter und flexibler – Sie sollten auf keinen Fall ein Thunderbolt-Kabel verwenden, wenn Sie Ihren Laptop unterwegs aufladen möchten. Außerdem verfügt USB-C über Funktionen zur Unterscheidung verschiedener Kabel! Lass es mich dir zeigen.

Wenn ein Netzteil in der Lage ist, mehr als 3 A über ein Kabel bereitzustellen, geschieht dies nicht sofort – es prüft zunächst, ob das Kabel einen solchen Strom verarbeiten kann und ob das angeschlossene Gerät diesen verarbeiten kann.

Wie wird die Kabelfähigkeit genau überprüft? Durch Ablesen des „Emarkers“ des Kabels. Ein Emarker ist ein Speicherchip im Kabelstecker, der die Kabelfunktionen und -parameter kodiert und auf den CC-Kanal zugreift, um sie zu übertragen. Es ist für mehr als USB-3-Geschwindigkeiten oder 3A-Strom erforderlich, und es gibt eine Vielzahl von Parametern, die in einem Emarker codiert werden könnten, darunter sogar, ähm, Ländercodes. Möchten Sie mehr erfahren? Hier ist ein Datenblatt zum programmierbaren Emarker (VL151), in dem eine Menge interessanter Informationen aufgeführt sind, die Sie aus einem durchschnittlichen Emarker herausholen können!

Wenn Sie jemals Lust dazu haben, können Sie Emarker einfach online kaufen und in Ihre Kabel stecken – hier ist ein WLCSP VL151 auf Lager, und es gibt auch derzeit nicht vorrätige UDFN-Versionen davon; Sie können es über I2C leider nur dreimal neu flashen. Wenn Sie USB-C-Kabel mit 5A-Unterstützung selbst bauen möchten, können Sie auch Kabelstecker mit angelöteten Markierungen kaufen. Man kann nur hoffen, dass wir Doom bald auf USB-C-E-Markern sehen.

So können Sie die Kabelfähigkeiten überprüfen, indem Sie den Emarker lesen. Linux-Benutzer denken vielleicht, dass diese Informationen irgendwo in /sys/ für Sie verfügbar sein sollten, aber anscheinend gibt es noch nicht so viel Unterstützung dafür – /sys/class/typec/ ist auf meinem Framework-Laptop mit 6.0.3 leer Kernel, auch wenn ein Typ-C-Monitor angeschlossen ist. Mittlerweile gibt es USB-C-Tester, die Emarker-Informationen auslesen können. Im weiteren Verlauf dieser Artikelserie zeige ich Ihnen vielleicht auch, wie Sie selbst einen Emarker-Reader bauen können!

Wenn kein Emarker vorhanden ist, kann man von USB-2.0-Geschwindigkeiten und 3-A-Stromunterstützung ausgehen, aber nicht unbedingt von viel mehr. Neben der Stromtragfähigkeit des Kabels kann Ihnen der emarker auch sagen, ob das Kabel Hochgeschwindigkeitspaare enthält und welche Art.

Ein USB-C-Kabel sollte entweder keine Hochgeschwindigkeitspaare oder vier davon enthalten, natürlich zusätzlich zum erforderlichen USB 2.0-Paar. Es gibt gesetzliche Ausnahmen – wenn Sie ein USB-A-auf-USB-C-, USB-3-fähiges Kabel haben, enthält dieses nur zwei Paare. Und ein USB-C-zu-HDMI-Adapter mit einem festverdrahteten (unverlierbaren) Kabel verfügt wahrscheinlich auch nur über zwei Paare. Außerdem habe ich in der Praxis ein Kabel, das mit meinem USB-zu-M.2-NVMe-Gehäuse geliefert wurde und nur zwei Paare enthält. Es funktioniert für USB 3.0, aber nicht für DisplayPort oder ähnliches – dafür ist die Länge sowieso nicht lang genug.

Möchten Sie es selbst überprüfen? Zum Glück ist es nicht nötig, das Kabel auseinanderzuschneiden. Wir haben uns bereits ausführlich mit USB-C-Testern befasst, hier ist nur ein aktuelles Beispiel. Es ist Open Source und Sie können es ganz einfach selbst zusammenstellen. Ansonsten haben Tindie und Aliexpress eine ganze Reihe fertiger Produkte. Dadurch werden keine Unterschiede zwischen einem 20-Gbit/s- und einem 40-Gbit/s-Kabel angezeigt, Sie können jedoch zwischen 2.0- und 3.0-fähigen Kabeln unterscheiden.

Sie können Kabel auch in vivo testen. Wenn Sie ein 100-W-Ladegerät und einen 100-W-Laptop verwenden, können Sie ganz einfach überprüfen, ob Ihr Kabel 100-W-fähig ist, indem Sie einfach beide über einen günstigen USB-C-Leistungsmesser miteinander verbinden und prüfen, ob der Stromverbrauch 3 A übersteigt. Das Gleiche gilt, wenn Sie eine Reihe von Kabeln haben und wissen möchten, ob diese USB3 oder höher unterstützen – und Sie beispielsweise auch ein M.2-NVMe-Gehäuse mit einer USB3-fähigen Typ-C-Buchse haben.

Vor diesem Hintergrund finden Sie hier einen Schnelltest: Schließen Sie das Gehäuse über ein Kabel an einen mit USB-C ausgestatteten Laptop an und führen Sie dann lsusb -t aus. Dadurch wird die Verbindungsgeschwindigkeit angezeigt (480 für USB2-Kabel und 5000/10000 für USB3-fähige Kabel). ). Als Bonus können Sie auch prüfen, ob eines Ihrer USB3-Kabel den Reversibilitätstest nicht besteht – da dies offenbar immer noch ein Problem darstellt.

Natürlich kennt der Hersteller beim Bau die Kabelfähigkeiten und den genauen internen Aufbau. Beschriftungen sollen vorhanden sein, auf den Kabeln sind jedoch kaum Beschriftungen angebracht. Manchmal befinden sich Etiketten auf der Verpackung. Wenn Sie sie also noch nicht weggeworfen haben, sollten Sie sich die Angaben darauf notieren – oder den Store-Eintrag noch einmal durchsehen. Angenommen, Sie haben ein Kabel ohne Markierung und haben gerade festgestellt, um welche Art von Kabel es sich handelt. Was machst du?

Nun, hol die Nagellackflaschen raus und folge dem Vorschlag von [@_saljam]. Es handelt sich um ein Farbschema zum Markieren von USB-C-Kabeln, nachdem Sie erfahren haben, wozu sie in der Lage sind. Ein Streifen bedeutet 3A, zwei Streifen bedeuten 5A. Orange ist USB 2.0, Blau ist USB 3 20 Gbit/s (Gen 1), Grün ist USB3 40 Gbit/s (Gen 2), Gelb ist Thunderbolt. Mir gefällt besonders, wie bei diesem Schema die Thunderbolt 5A-fähigen Kabel wie Bienen aussehen. Außerdem sagt [_saljam], dass dieses Schema einigermaßen farbenblind ist!

Allerdings begann USB-C, die Probleme zu beheben. Sie führten ein neues Kennzeichnungssystem ein, über das viele Leute lachten. Dieses neue Logo-Schema ist jedoch recht einfach und sinnvoll. Wenn ein Kabel 40 Gbit/s unterstützt, trägt es das 40-Gbit/s-Logo. Wenn das Kabel 240 W unterstützt, ist das 240-W-Logo darauf angebracht. Wenn es beides unterstützt, wird es beide Logos haben. Vielleicht möchten Sie diese Logos nicht mit Nagellack übermalen, aber ich vertraue darauf, dass Sie etwas herausfinden.

Möglicherweise haben Sie Geräte wie Docks gesehen, an denen kurze USB-C-Kabel dauerhaft angeschlossen sind – im Gegensatz zu einem weiblichen Anschluss am Dock und der Verwendung eines Stecker-Stecker-Kabels. Dies wird als „Captive-Kabel“ bezeichnet. Für Captive-Kabel gelten eigentlich nicht die gleichen Regeln, und die dafür erforderlichen Schaltkreise sind viel einfacher, weshalb sie so oft bei billigen Geräten verwendet werden.

Kurz gesagt: Wenn Sie Hochgeschwindigkeitsspuren auf Ihrem Gerät verwenden möchten und ein unverlierbares Kabel darin einbauen, müssen Sie keinen Hochgeschwindigkeits-Multiplexer-Chip hinzufügen, um zwei verschiedene Kabelrotationen zu unterstützen – denn dann liegt es in der Verantwortung des Hosts, um sich an die Ausrichtung des unverlierbaren Kabels anzupassen. Da die einzig mögliche CC-Leitung fest verdrahtet ist, benötigen Sie außerdem nur einen 5,1-KΩ-Widerstand statt zwei – und Sie benötigen auch keinen Emarker. Wenn Sie Ihrem Dock hingegen einen weiblichen Port mit Hochgeschwindigkeitsspuren hinzufügen, benötigen Sie jedoch einen Multiplexer.

Bei einer knauserigen Vereinbarung, bei Aliexpress ein hochfunktionelles USB-C-Dock für 15 US-Dollar zu verkaufen, reicht das einfach nicht aus. Aus diesem Grund werden viele günstige Geräte mit unverlierbaren Kabeln geliefert, was die Sache sowohl einfacher als auch schwieriger macht. Ein Vorteil ist, dass Sie sich nicht mehr darum kümmern müssen, das richtige Kabel zum Anschließen eines solchen Geräts auszuwählen, und es ist wahrscheinlicher, dass es auf nützliche Weise standardkonform ist, einfach weil es so einfach ist, ein unverlierbares Kabel zu implementieren. Der Nachteil ist, dass man sich auf das Kabel beschränkt, das in das Gerät eingelötet ist, und wenn es kaputt geht, geht das ganze Gerät kaputt. Außerdem kann man es nicht ganz erweitern. Oder kannst du?

Lassen Sie uns das nächste Mal über Verlängerungen sprechen, sowie über andere Arten von USB-C-Kabeln, die möglicherweise spezifikationskonform sind oder nicht. Vorerst sollten Sie Folgendes bedenken: Kabel sollen leicht austauschbar sein. Wenn ein Kabel nicht mehr Ihr Freund ist oder es seltsam ist, kleben Sie ein Schamzeichen darauf, platzieren Sie es an einem Ort, an dem Sie nicht in Versuchung kommen, es zu verwenden, und bestellen Sie einen Ersatz. Besser noch, ein paar Ersetzungen. Genau wie bei MicroUSB-Kabeln ist deren Austausch der wichtigste Weg, um die meisten Ihrer Kabelprobleme zu beseitigen.