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Schnittstellen

USB 3.2

Inhaltsverzeichnis

1. Allgemeines

Mit dem im Juli 2013 veröffentlichten Standard USB SuperSpeed plus (auch SS+ oder USB 3.1 Generation 2) zog USB mit 10 GBit/s leistungsmäßig auf Augenhöhe mit den konkurrierenden Schnittstellenstandards MHL / superMHL und DisplayPort. Allerdings reicht auch diese Datenrate kaum z.B. für die zukünftigen höheren (Vertikal-) Auflösungen des UHD- (Ultra High Definition-) / 4K-Formats aus. Im September 2017 hat das USB Implementers Forum (USB-IF) die Spezifikation von USB 3.2 finalisiert und veröffentlicht. Durch den Einsatz eines zweiten Datenübertragungspfades (Lane) kann die Datenübertragungsrate auf theoretisch 20 GBit/s verdoppelt werden. Dieses ermöglicht:

  • über 2 GByte/s Transfer-Rate von/zu Datenspeichern
  • 8K/60Hz, 4K/120Hz Videosignal mit DSC-Komprimierung
    4k/60Hz Videosignal ohne Kompression
  • mehrere parallele 10 GBit/s oder 5 GBit/s-Streams aus Downstream-Hubports.

Der Schritt von USB 3.1 Gen. 2 nach USB 3.2 ist evolutionär. Das USB-Grundprinzip des intelligenten Hosts und einfachem (Peripherie-) Gerät bleibt erhalten. Die wichtigsten Neuerungen betreffen hauptsächlich die Bereiche USB SuperSpeed+ 20 GBit/s (die Übertragung der Nutzdaten) und USB Power Delivery (Bereitstellung und Verteilung von Lade- und Betriebsstrom).

2. USB SuperSpeed+ 20 GBit/s

2.1 Struktur

Die Dual Bus-Architektur von USB 3.2 gewährleistet eine Rückkompatibilität bis zu USB 2.0. Ein Bus ist ein USB 2.0-Bus, der zweite ist ein Enhanced SuperSpeed-Bus. Beide Bussysteme können simultan aktiv sein. Der Enhanced SuperSpeed-Bus (= Link) wurde für USB 3.2 von einer (USB 3.1 Gen. 1 und Gen. 2) auf zwei Lanes erweitert.

Die Bezeichnung "Enhanced SuperSpeed-Bus" steht bei USB 3.2 für jeden zulässigen Bus (Single Lane, Dual Lane, ...) neben dem USB 2.0-Bus.

Die generelle Busarchitektur von USB 3.2 hat sich gegenüber USB 3.1 Gen. 2 nicht geändert.
Abb. 2.01: Die generelle Busarchitektur von USB 3.2 hat sich gegenüber USB 3.1 Gen. 2 nicht geändert.

Die Struktur des Enhanced SuperSpeed-Busses gliedert sich in den Upstream Sublink und den Downstream Sublink. Diese Sublinks verbinden die (Receiver-) Rx-Ports des einen Ports mit den (Transmitter-) Tx- Ports des anderen und umgekehrt. Die Anzahl der Verbindungen in den Sublinks ist abhängig von der Anzahl der zur Verfügung stehenden Lanes (bei USB 3.2-Verbindungen sind es zwei).

Struktur des Enhanced SuperSpeed-Busses (= Link) bei USB 3.2.
Abb. 2.02: Struktur des Enhanced SuperSpeed-Busses (= Link) bei USB 3.2.

2.2 Verbinder

Wie schon bei USB 3.1 Gen 2 werden auch bei USB 3.2 USB Type C-Verbinder eingesetzt. Da bei Standard USB Type C-Kabel schon von jeher zwei Lanes vorgesehen waren (wegen der Verdrehsicherheit, d.h. ein Stecker kann in beiden Richtungen in einen Port eingesteckt werden) können diese auch für einen USB 3.2-Betrieb mit zwei aktiven Lanes verwendet werden.

Die zwei Data Lanes am USB Typ C-Verbinder (Frontansicht Buchse)
Abb. 2.03: Die zwei Data Lanes am USB Typ C-Verbinder (Frontansicht Buchse)
Zur Rückwärtskompatibilität zu USB 3.1 Gen. 1 wird bei Single Lane-Betrieb nur Lane 0 verwendet.
Abb. 2.04: Zur Rückwärtskompatibilität zu USB 3.1 Gen. 1 wird bei Single Lane-Betrieb nur Lane 0 verwendet.
Signale in einem voll ausgestattetem Kabel (Full Featured Cable).
Abb. 2.05: Signale in einem voll ausgestattetem Kabel (Full Featured Cable) im Dual Lane-Betrieb..

2.3 Dual Lane-Betrieb

Ein Dual Lane-Betrieb ist nur in einer USB Typ C-Umgebung möglich. Zuerst wird über den Configuration Channel (CC) eine Verbindung zwischen zwei Ports aufgebaut und Lane 0 als Configuration Lane eingerichtet, d.h. Verbindungaufbau und -unterhalt der Enhanced SuperSpeed-Verbindung wird ausschließlich über Lane 0 per LFPS (Low Frequency Periodic Signal) gesteuert.

Der zu übertragene Datenstrom wird blockweise abwechselnd auf beide Lanes verteilt (sog. Striping). Steuerblöcke werden dupliziert und auf beiden Lanes übertragen.

Data Striping im Dual Lane-Betrieb: Die Symbole werden wechselweise übertragen
Abb. 2.06: Data Striping im Dual Lane-Betrieb: Die Symbole werden wechselweise übertragen

3. USB Power Delivery 3.0

Mit der Freigabe der Spezifikation für USB 3.2 im September 2017 ersetzt, bzw. erweitert die Spezifikation von USB Power Delivery 3.0 die von USB Power Delivery 2.0.

Die wichtigsten Änderungen von USB PD 3.0 USB gegenüber USB PD 2.0 sind:

  • Die Geräteprofile werden durch PD Power Rules (Richtlinien) ersetzt.
  • Programmierbare Netzteile (Programmable Power Supply (PPS))
  • Es werden Mechanismen zur Vermeidung von Kollisionen und zur Vereinfachung der Kommunikation eingeführt.
  • Die Eigenschaften und der Status von Batterien/Akkus können übertragen werden(APDO (Augmented Power Data Objekt)).
  • Die Fähigkeit von Fast Power Role Swap (schnelle Rollenumkehrung bei der Stromversorgung).
  • Unterstützung von USB Typ-C-Authentifikation
  • Unterstützung von USB PD-Firmware Update (PDFU)
  • Extended Messages erlauben auch die Übertragung von Nachrichten, die länger sind als die 20 Byte Nutzdaten von USB PD 2.0.

Eine detaillierte Beschreibung von USB PD 3.0 finden Sie im Kapitel 4 des Artikels USB Power Delivery.

Referenzen

Weblinks

Spezifikationen zu USB 3.2, Power Delivery, Type C-Verbinder: http://www.usb.org/developers/docs/

Informationen zu USB Power Delivery: http://www.usb.org/developers/powerdelivery/

Präsentation von den USB DevDays Taipei 2017: http://www.usb.org/developers/presentations/

 

Zuletzt bearbeitet am 20. März 2018

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