USB-C: Der Alleskönner

USB-C: Der Alleskönner

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USB Typ-C kann mehr als bisherige USB-Anschlüsse und verhindert Kabelsalat: Monitor, Mobilgerät oder Kopfhörer werden mit PC oder Notebook über ein Kabel verbunden – und gleichzeitig mit Strom versorgt.

Ein Kabel für alles, das ist die Grundidee hinter USB Typ C. Der kleine verdrehsichere Anschluss beansprucht wenig Platz und passt deshalb auch in superschlanke Notebooks und dünne Smartphones. Über USB-C werden nicht nur Daten transportiert, sondern auch Video- und Audiosignale und sogar Ladestrom für Smartphone, Tablet oder Notebook.

Der auffälligste und praktischste Vorteil von USB-C ist der verdrehsichere Stecker – er kann beliebig herum in die Buchse gesteckt werden und funktioniert in beiden Orientierungen. Das lästige Gefummel wie bei herkömmlichen USB-Steckern entfällt also.

Außerdem ist die USB-C-Buchse ein Alleskönner, denn sie vereint gleich mehrere Funktionen: Sie ist klassischer USB-Port zur Datenübertragung ebenso wie Anschluss für Tastatur und Maus, DisplayPort für externe Monitore, HDMI für TV-Geräte, Ersatz für die Audio-Klinkenbuchse für Kopfhörer und Ladebuchse für Mobilgeräte.

Ein weiterer Vorteil liegt in der schnellen Datenübertragung, denn dank USB 3.1 SuperSpeed Plus fließen Daten doppelt so schnell wie per USB 3.0 – an neuen MacBooks dank Thunderbolt 3 sogar noch schneller. Allerdings beherrschen nicht alle USB-C-Anschlüsse SuperSpeed Plus mit 10 GBit/s; an einigen USB-C-Ports muss man sich mit SuperSpeed und 5 GBit/s begnügen, in seltenen Fällen sogar nur mit USB-2.0-Geschwindigkeit und 40 MByte/s. Welche Ausführung unterstützt wird, hängt vom jeweiligen Gerät ab.

Die kommende Version 3.2 der USB-Spezifikation soll die Datentransferraten bei USB Typ C dank Multi-Lane-Technik nochmals auf 20 GBit/s verdoppelt. USB 3.2 Multi-Lane funktioniert mit denselben USB-C-Buchsen und -Kabeln wie bisher, sofern die Kabel komplett beschaltet sind. Es sind aber neue USB-Controller und Peripheriegeräte nötig. Wann USB 3.2 verabschiedet wird und wann solche Produkte erscheinen, ist noch offen – erfahrungsgemäß dauert das nach der Veröffentlichung mindestens ein Jahr.

Wer Geräte oder USB-Sticks mit Typ-A-Stecker an Notebook, Smartphone oder PC mit Typ-C-Buchse betreiben möchte, benötigt einen Adapter.

Um ältere Geräte mit USB-A-Steckern an USB-C-Buchsen zu nutzen, benötigt man Adapter. Passive Adapter verbinden lediglich die für USB 2.0, USB 3.x und die zur Stromversorgung nötigen Kontakte eines Typ-C-Steckers mit der Typ-A-Buchse. Sie dienen ebenso wie vergleichbare Adapter von USB-C auf USB mit Typ-B-Eingang als elektromechanische Brücke.

DisplayPort-Adapter für Typ-C-Buchsen haben mehr Eigenintelligenz; sie verwenden den „Alt Mode“ von USB-C (siehe Info-Kasten unten). Damit ein Monitor an USB-C per Alt Mode funktioniert, muss die Signalquelle – also das Notebook oder der PC – DisplayPort-Signale an seiner USB-C-Buchsen ausgeben.

Zusätzliche Wandler-Chips im Alt-Mode-Adapter bereiten DisplayPort-Signale für HDMI 1.4 oder sogar HDMI 2.0 mit dann 4K-Auflösung auf. Die meisten dieser aktiven Adapter begnügen sich derzeit allerdings mit Full-HD-Auflösung und übermitteln 4K-Signale nur mit 30 Hz Bildwiederholfrequenz – sogar HDMI-Adapter, die als "4K-fähig" gekennzeichnet sind.

Einige Monitore haben bereits selbst einen USB-C-Port eingebaut. Sie nehmen darüber Videosignale von USB-C-Quellen entgegen – aktuell handelt es sich dabei ausschließlich DisplayPort-Signale im Alt Mode von USB-C.

USB-3.1-Hubs, die tatsächlich SuperSpeed Plus übertragen, kann man in Deutschland noch nicht kaufen (Stand Mitte 2017): Alle bisherigen Hub schaffen maximal SuperSpeed. Trotzdem dürfen sie die Bezeichnung „USB 3.1“ tragen, allerdings mit dem Zusatz "Gen 1".

USB-Standards
Name schnellster Transfermodus Transferrate brutto (Pracis)
USB 3.1 (USB 3.1 Gen 2) SuperSpeedPlus 10 GBit/s (> 900 MByte/s)
USB 3.0 (USB 3.1 Gen 1) SuperSpeed 5 GBit/s (480 MByte/s)
USB 2.0 HighSpeed 480 MBit/s (36 - 44 MByte/s)
USB 1.0 FullSpeed 12 MBit/s (1 MByte/s)
USB 1.0 LowSpeed 1,5 MBit/s (Tastatur, Maus)
... zum Vergleich
Thunderbolt 3/NVMe-SSD PCIe 3.0 x4 40 GBit/s (> 3 GByte/s)
Thunderbolt 2 PCIe 2.0 x4 20 GBit/s (> 1,3 GByte/s)
PCI Express 3.0 x1 10 GBit/s (1 GByte/s)
SATA 6G 6 GBit/s (560 MByte/s)
Gigabit Ethernet 1 GBit/s (110 MByte/s)
WLAN 802.11ac MIMO nah 4 x 4 400 MBit/s (50 MByte/s)
DSL 50 MBit/s 50 MBit/s (6,3 MByte/s)

Nicht jedes Gerät und jede USB-C-Buchse haben denselben Funktionsumfang. So bieten beispielsweise Smartphones mit USB-C-Buchse häufig nur eine Aufladefunktion und Datenübertragung im HighSpeed-Modus von USB 2.0, also mit eher lahmen 480 MBit/s. An Notebooks mit mehreren USB-C-Buchsen taugt zuweilen ein Port als Display-Anschluss, die anderen dagegen nur zur Datenübertragung oder zum Laden von Mobilgeräten. USB-C-Buchsen von Desktop-PCs liefern häufig lediglich Strom und Daten, aber weder DisplayPort-Signale noch eine höhere Ladeleistung.

Zur leichteren Identifizierung gibt es einen umfangreichen Logo-Satz, der beschreibt, was das jeweilige Typ-C-Gerät kann. Leider verwendet nicht jeder Hersteller diese Logos – dann hilft nur noch der Blick ins Datenblatt oder Handbuch.

In der Praxis wird man wahrscheinlich auch etwas probieren müssen, da es nicht nur auf die Ports der beteiligten Geräte ankommt, sondern auch auf die Fähigkeit des Kabels. So braucht man für höhere Ladeleistung beispielsweise spezielle Typ-C-Kabel.

Obwohl viele heute erhältliche Typ-C-Docks HDMI-Buchsen für Monitore oder Fernseher bereitstellen, kommt in den Docks mitnichten der HDMI Alternate Mode zum Einsatz. Ein Grund: Die HDMI-Alt-Spezifikation ist noch zu neu, weshalb es noch keine entsprechenden Controller-Chips gibt. Stattdessen werden die Videosignale per DP-Alt übertragen und dann im Adapter nach HDMI gewandelt. Da das etablierte DP-Alt schon jetzt die neuste Iteration DisplayPort 1.4 unterstützt und die Display-Port-Signale im Adapter auf eine HDMI-2.0.Buchse umgesetzt werden können, besteht für Gerätehersteller und Chip-Entwickler kaum Anreiz, HDMI-Alt in der derzeitigen Form überhaupt zu verwenden.

Die Typ-C-Buchse soll auch eine Alternative zur 3,5-Milimeter-Klinkenbuchse werden. Der USB-Audio-Standard „USB Audio Device Class 3.0“ spezifiziert einen Alt-Mode, um Audio-Signale analog über zwei der Typ-C-Pins auszugeben. Das ist eine absolute Ausnahme, denn alle anderen Alt-Modi arbeiten ausschließlich mit digitalen Signalen. Langfristig ist deshalb auch bei USB-Audio eine reine digitale Audio-Übertragung geplant.

Das neue Notebook hat als einzigen Anschluss nur noch USB Typ-C und an diesen sollen der Monitor, USB-Laufwerke, Tastatur, Maus und Drucker angeschlossen werden: Hier helfen Hubs oder Mini-Docks, die an einem Ende den USB-C-Stecker und am anderen die fehlenden Ausgänge tragen. Im Beitrag:

Aus eins mach viele: USB-C-Adapter im Test

haben wir diverse USB-C-Hubs von Adapter-Anbietern sowie Originalzubehör von Apple, Asus und Samsung an verschiedenen Geräten getestet.

Neu bei USB-C ist die Fähigkeit, bei der Stromversorgung zwischen speisender und konsumierender Rolle zu wechseln. Eine USB-Buchse vom Typ C kann somit auch als Ladeanschluss genutzt werden und ist bei Tablets, Smartphones und sogar Notebooks bereits als solcher etabliert.

Viele Notebooks und PCs mit Typ-C-Buchsen liefern höhere Leistungen, um Peripheriegeräte zu speisen. USB 2.0 war lediglich für 2,5 Watt ausgelegt (5 V/0,5 A), USB 3.0 immerhin schon für 4,5 Watt (5 V/0,9 A). USB-C-Hosts können bis zu 15 Watt (5 V/3 A) liefern; das reicht zum Laden von Tablets und Smartphones aus. Für den Betrieb von USB-3.1-SSDs genügen in der Regel 7,5 Watt (2,5 V/3 A). Für Notebooks benötigt man meist mehr Ladeleistung – dies ermöglicht USB Power Delivery (USB-PD).

Stromversorgung per USB
Spezifikation Spannung/Strom Leistung
USB 2.0 5 V / 0,5 A 2,5 W
USB 3.0 / 3.1 5 V / 0,9 A 4,5 W
USB BC 1.2 5 V / 1,5 A 7,5 W
USB Typ C 5 V / 3 A 15 W
USB PD 5 ... 20 V / 5 A 25 ... 100 W

Unabhängig von der Übertragung der USB- und Video-Daten haben sich (Micro-)USB-Buchsen als Standard zum Aufladen von Smartphones und Tablets etabliert. Leider hat sich ein Wildwuchs an Schnellladeverfahren entwickelt. Um diesen einzudämmen und zugleich den höheren Strombedarf von Notebooks zu decken, lädt USB-C angeschlossene Mobilgeräte mit bis zu 3 Ampere.

Parallel wurde die ergänzende Spezifikation USB Power Delivery entwickelt: USB-PD erlaubt ganz offiziell höhere Spannungen – außer 5 V sind dies 9 V, 12 V, 15 V und 20 V. Bei 20 V dürfen sogar bis zu 5 A fließen, was insgesamt beachtliche 100 Watt ergibt; für die höchsten Leistungen sind allerdings spezielle Typ-C-Kabel nötig. Eine offizielle Erweiterung des USB-PD-Standards über 100 W hinaus ist nicht angedacht.

Die Kommunikation zwischen den beteiligten Geräte über die benötigte Ladeleistung erfolgt über die CC-Pins des USB-Typ-C-Steckers. Deshalb funktioniert USB-PD nicht an älteren Buchsenformaten.

Im Alltag sorgen die verschiedenen möglichen Spannungen für Verwirrungen, denn nicht alle Netzteile und Geräte sind frei kombinierbar. Außerdem gibt die USB-PD-Spezifikation nirgends vor, wie sich Geräte verhalten sollen, wenn Stromangebot und -nachfrage nicht zusammenpassen. Die Spezifikation sorgt zwar dafür, dass nichts kaputt geht, weil Spannungslevel jenseits der USB-typischen 5 V explizit angefordert beziehungsweise nur auf Anfrage bereitgestellt werden. Es fehlt aber eine Richtlinie, gemäß der sich PD-fähige Typ-C-Notebooks an einem Smartphone-Netzteil laden lassen müssen, das ausschließlich 5 V bereitstellen kann. Deshalb lassen sich die USB-Netzteile und -Geräte bis auf Weiteres nicht beliebig kombinieren.

Mit den neuen USB-C-Buchsen kommen auch neue Kabel. Üblicherweise läuft die Kommunikation über die Typ-C-Fähigkeiten zwischen den beiden Endpunkten über beliebige Typ-C-Kabel ab. Es gibt aber Fälle, in denen das Kabel selbst mitteilen muss, dass es mehr als üblich kann. Diese Kabel werden als elektronisch markiert (EMCA: Electronically Marked Cable Assembly) bezeichnet. Zu dieser Kategorie gehören Typ-C-Kabel mit dicken Querschnitten, die zur USB-PD-Stromversorgung gedacht sind und die vollen 5 A statt der üblichen 3 A vertragen.

Außerdem müssen Typ-C-Kabel, die dank besserer Abschirmung SuperSpeedPlus-Datenraten (10 GBit/s) ermöglichen, dies ihren Endpunkten ausdrücklich mitteilen; andernfalls laufen nur 5 GBit/s übers Kabel.

Alle Adapterkabel, die nur einen Typ-C-Stecker haben und den anderen im Nicht-USB-Format (z.B. DisplayPort-Stecker), fallen ebenfalls in die EMCA-Kategorie. Hier muss das Kabel dem Typ-C-Gerät mitteilen, dass es explizit nur für diesen Alt-Modus gedacht ist. (uk)

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