DE USB JUNGLE
INLEIDING
11 november 1994 is de geboortedag van USB (Universal Serial Bus) versie 0,7. Dit was de eerste poging om op eenvoudige (Universele) manier externe (Seriële) apparaten zoals muizen, klavieren, printers, scanners, geluidskaarten enz... aan te sluiten op computers.
Inmiddels is de toepassing van USB zo ver uitgebreid dat alle mogelijke apparaten nu gebruik maken van deze ‘Bus’. Dit heeft echter in de loop der jaren ook geleid tot een woud van stekkers, connectoren, protocols en allerlei mogelijke en onmogelijke toepassingen die ver buiten de eerste opzet uitgaan. USB was namelijk in eerste plaats bedoeld als snelle opvolger van de toenmalige trage seriële transmissies via COMpoorten (RS-232C) en de parallele printer- en scannerpoorten via Centronics.
Vanaf versie 1.0 zijn zowel de stekkers, de connectoren, de signaal-niveaus/pinning en het symbool vastgelegd in een eerste protocol:
In dit eerste protocol werden ook de vorm (formaat) en type (A/B) van de stekkers vastgelegd, de pinning (4), de maximale datasnelheid v1.0 (1,5Bps - Low Speed) en v1.1 (12 Mbps – Full Speed) en de kleur van de sleutel (wit).
Het type USB-A (vrouwelijk computer chassisdeel) v1.0 en v1.1 werden gelanceerd in 1996/1998. Het was vooral bedoeld voor de eerste USB-muizen en klavieren. Een sleutel om te vermijden dat de stekker verkeerd om wordt geplugd kreeg de witte kleur. De connector heeft vier contacten: twee stroomcontacten (0 en +5V=) en 2 datacontacten (data – en data +). De maximale stroom die dergelijke USB-A mag leveren is 500mA of 0,5A.
De stekker noemt eveneens USB-A (mannelijke versie dan) en is uitgevoerd met 4 of 4+1 draden:
De pinfunctie en draadkleuren zijn als volgt van links te beginnen:
Pin 4 is de GND (0 volt) en is in de kabel de zwarte draad. Pin 3 is de data + en heeft in de kabel de rode kleur. Pin 2 is de data - draad en heeft de witte kleur draad en pin 1 is de +5V= stroomdraad en heeft de rode kleur draad in de kabel.
Als er ook een 5e draad is dan heeft deze de functie van afscherming en verbind het metalen gedeelte van de stekker met het chassis van de computer met het chassis van het externe apparaat. Dit is meestal een gezamelijke koper-omvlechting van de overige 4 draden. Er bestaan ook USB-kabels waarbij elke kleurdraad is omgeven door zijn individuele omvlechting (afscherming).
De maximale lengte van 1 segment USB 1.0 of 1.1 mag niet langer zijn dan 3 m. Mits tussenschakelen van gevoede hubs kan 15 m gehaald worden. Wil je grotere afstanden overbruggen moet je overschakelen op een ander ‘medium’ zoals ethernet of fiber (glasvezel).
De klassieke voorbeelden: een USB-muis en USB-klavier:
Al snel ontstond de noodzaak om niet alleen vaste USB-kabels te voorzien aan externe apparatuur maar ook printers, scanners, externe geluidskaarten, microfoons edm, waarbij verschillende lengtes van USB-kabels moesten voorzien worden. De geboorte van de USB-B apparaatconnector.
De klassieke USB-B stekker en chassisdeel. Dit soort connectoren zitten vooral op printers en op de (oudere) externe IDE-HDD stations.
En al snel kwamen ook de kleinere versies op de markt voor aansluiten van kleinere apparaten zoals externe HDD: de USB mini en USB-micro connectoren.
En vanaf dit moment beginnen ook de gevaren: in de ontluikende audio- en videowereld is ook een ‘miniaturisatie’ aan de gang van de connectoren en stekkers. Zoals aangeven in het rode kader hierboven zijn de connectoren voor micro-HDMI en mini-HDMI omzeggens gelijk van formaat en het zal de eerste niet zijn die z’n dure apparaat om zeep helpt door er de verkeerde stekker in te steken! Kijk dus steeds goed na welke stekker op welke connector moet gebruikt worden.
En toen kwam in 2000 de opvolger:
USB 2.0 (High Speed) is geboren en de verwarring begint eveneens, want alle connectoren, stekkers en kabels zijn identiek aan de versie 1.0 en 1.1 en onderling verwisselbaar. De enige verschillen zijn de maximale snelheid die nu 480 Mbps kan halen en de maximale lengte van de enkelvoudige link mag nu de 5 m niet overschrijden. Mits tussenschakelen van (powered) hubs kan 30 m gehaald worden. Nog verder kan via een ander ‘medium’ zoals ethernet, glasvezel (fiber) of draadloos.
De kleur van de “sleutel” is nu zwart en beide types zijn onderling verwisselbaar, met dien verstande dat de haalbare snelheid door beide USB-apparaten ondersteund wordt. Een USB 1.0/1.1 apparaat past weliswaar in een ‘snelle’ High Speed USB 2.0 (480 Mbs) connector maar haalt “maar” tot 1,5 of 12 Mbps. Andersom kan ook: een snel High Speed USB-2.0 (480 Mbs) zal op een USB 1.0/1.1 “slechts” 1,5 of 12 Mbps datatransfer halen.
Maar gelukkig (?) is er opnieuw vooruitgang en nieuwe symbolen, nouja vooruitgang?
Oftewel USB 3.0 (ook wel 3.1 gen 1 en USB 3.2 Gen 1 genoemd) ☹
De voornaamste wijziging is nu de sleutelkleur (blauw), andere connectoren en stekkers (*), meer pinnen (9) en draden (9 of 10) in de kabels en een veel grotere datasnelheid van zo’n 5 GBps!
Merk op (en test gewoon eens uit...) in deze USB 3.0 connector passen nog steeds de “oude” USB 1.0/1.1 en USB 2.0 stekkers! Met een vies woord heet dit ‘downward compatibility’ – eerdere versies passen dus in deze connector. Maar: uiteraard zitten op deze oudere stekkers maar 4 contacten en niet de normale 9 die bij deze versie 3.x horen. Dus zal die SuperSpeed van 5 GBps alleen maar gehaald worden als niet alleen het aangesloten apparaat die snelheid kan leveren maar dat ook de juiste kabel wordt gebruikt!
De techniek gaat verder ondertussen gewoon verder en in 2013 volgt alweer:
De snelheid wordt opgevoerd en dit type USB 3.1 (Gen 2) kan datadebieten halen van 10 GBps indien beide links dit ondersteunen. De gebruikte link is nu meestal de 20 pins USB-C connector en stekker. Het grote voordeel van deze stekker is het feit dat die zowel recht als omgekeerd in de connector past en nog steeds perfect functioneert. Zowel de computer als het randapparaat hebben dezelfde connector.
En in 2017 komt USB 3.2 (gen 2) die debieten haalt van zo’n 20 GBps! En net als bij de diepvriezers en koelkasten gaat het hier om SuperSpeed++ (SS++)
Deze USB-versie (SS++) draait alleen maar op USB-C connectors/stekkers en kabels tot een maximale lengte van 2 m.
En nog is het niet gedaan! In 2019 kregen we USB 4.0 (gen 1)
Leuk toch? 40 GBps datatransfer over een ‘simpele’ USB-C kabel.
En de voorlopig laatste telg uit de USB-familie (USB 4 v2) is deze leukerd:
In deze beide laatste versies USB 4 v1 en USB 4 v2 kunnen zowel passieve als actieve USB-C kabels gebruikt worden. In actieve kabels zit ingebouwde electronica in de connectoren die zorgen voor de nodige werking. De maximale afstand voor dit soort “snelheid” te halen met een passieve USB-C kabel is amper 80 cm!!! Met speciale actieve kabels (via glasvezel bv) kan je gaan tot 1,5 KILOMETER.
SPECIALS 1
Hier begint de USB-jungle waarbij fabrikanten zich nauwelijks aan internationaal gemaakte afspraken houden en maar wat eigen kleuren protocols bedenken en uiteraard verkopen.
Sleutelkleuren USB-A connector op een computer/laptop/HUB...enz...?
Een overzichtstabel van kleuren in het wild:
(*) Fabrikanten gebruiken soms ook zwart (SS) en groen.
(**) Ook al staat de computer uit, dan nog levert deze poort nog stroom. Kan rood, oranje of geel zijn.
SPECIALS 2
De 2e ‘specials’ is het beperkte of oneigenlijke gebruik van de USB-stekkers en connectors. Zo worden de MINI-USB en MICRO-USB tegenwoordig zeer veel gebruikt om mobiele apparaten te laden (GSM, SMARTPHONE, TABLET etc...) Soms is dat een volwaardige kabel met 4 (of 5) draden maar evengoed kan dit een kabel zijn waarin alleen de beide stroomdraden aanwezig zijn. Om te laden is dit geen probleem, maar er is dan geen data-uitwisseling mogelijk omdat de beide data-draden ontbreken.
Gelukkig dat steeds meer de universele USB-C link gebruikt wordt.
In de regel levert een USB-poort maximaal 5V. Er zijn echter uitzonderingen (vooral bij tablets) waarbij tot 9V kan gebruikt worden tussen een voedingsadapter en het USB-apparaat om de accu sneller te laden. Op een USB-C connector kan tot 20V aangeboden worden. Gelukkig zitten daar voldoende draden in en controle signalen om alleen die apparaten te voorzien van deze spanning die de zogenaamde ‘handshaking’ ondersteunen.
SPECIALS 3
In dit geval wordt de USB volledig “misbruikt”. Er worden weliswaar dezelfde stekkers en connectoren gebruikt maar het zijn geen USB-links. Een praktijvoorbeeld: een aantal CB-toestellen (radiozender/ontvangers) beschikken over een MINI-USB (B) connector. Deze poort is bedoeld om via speciale software op een computer het toestel te configureren. De MINI-USB poort op de CB is echter absoluut géén USB maar een klassieke seriële (RS-232C) compoort. Er past weliswaar een USB-A naar MINI-USB kabel op maar dat gaat niet werken. Erger nog: met deze ‘gewone’ kabel kan je zowel de USB-poort van de computer als de RS-232C poort van de CB beschadigen.
Voor het gestelde doel moet je een speciale kabel kopen met een ingebouwde UART die de seriële signalen van de CB omzet naar USB-signalen dit de computer kan begrijpen.
SPECIALS 4
Er zijn in de wereld nog tal van andere zogezegde USB-kabels in omloop die weliswaar voorzien zijn aan 1 of beide kanten van de kabel van gangbare USB-stekkers maar helemaal niet voor USB bedoeld zijn.
SPECIALS 5
Als volgende de zogenaamde OTG (On The Go – onderweg) USB-links. Deze zijn de laatste jaren in opmars gekomen in de smartphone- en tabletwereld. Deze kabels zijn intern op een speciale manier bedraad zodat een toestel dat beschikt over deze OTG-mogelijkheid kan koppelen met externe USB-apparatuur zoals geheugen-sticks, SSD/HDD-drives, IR- en andere cameramodules, externe microfoons, SDR-radio-ontvangers, DMX lichtstuurcontrollers...enz....
Uiteraard moet je de handleiding van je toestel lezen om te zien of OTG ondersteund wordt en ten 2e moet je over de juiste OTG-kabel beschikken met aan de ene zijde een USB-A (vrouwelijke) connector en aan de andere zijde een micro-USB, mini-USB, USB-A of USB-C connector.
SPECIALS 6
Hier gaat het over USB PD (Power Delivery - stroomlevering). Sinds de opkomst van de USB-C connector en USB 4 (v1 & v2) is meer en meer behoefte ontstaan om via USB stroom te kunnen leveren aan mobiele en/of externe apparaten, hetzij om ze te laden of gewoon om ze te kunnen gebruiken. Zo’n beetje analoog zoals POE (Power Over Ethernet) maar dan eerder Power Over USB. 😊
Hierna de tabel met de logo’s en de verschillende vermogens die kunnen geleverd worden:
SPECIALS 7
En tenslotte nog een laatste weetje: Thunderbolt-3 is een nieuw transmissiemodel dat eveneens gebruik maakt van de USB-C link. Normaal gezien zou dit wederzijds compatibel moeten zijn met USB 4 (v1 & v2) en zo’n 40 GBps datadebiet halen. De bedoeling van zowel USB 4 als Thunderbolt-3 is het mogelijk maken dat zeer data-intesieve apparatuur kan gebruikt worden: 4K beamers, 8K monitors, videocamera’s enz...
De toekomst ligt nog helemaal open en hopelijk wordt de jungle iets kleiner of eenvoudiger.
The UVArx team
73’s van Big Brother