USB-evolutie: van rommelige kabels naar snelle technologie

Herinnert u zich de wirwar van kabels die computerbureaus in de jaren 90 overhoop haalde? Het tijdperk van seriële, parallelle en eigen interfaces maakte het aansluiten van randapparatuur tot een nachtmerrie. De introductie van Universal Serial Bus (USB) revolutioneerde dit landschap en verving omvangrijke connectoren door de compacte en betaalbare USB Type-A (USB-A) interface. Tegenwoordig worden miljarden USB-apparaten dagelijks gebruikt, waardoor USB de dominante bedrade interface is voor laptops, tablets en smartphones.

USB heeft meerdere iteraties ondergaan (zie tabel 1), die elk verfijnen hoe kabels verbinding maken, communiceren en stroom leveren aan computers, mobiele apparaten en randapparatuur. De nieuwste USB4-standaard vertegenwoordigt, net als zijn voorgangers, een aanzienlijke sprong voorwaarts in gegevensoverdrachtssnelheden, videoresolutie en stroomleveringsmogelijkheden.

Moderne apparaten hebben doorgaans minstens drie verschillende USB-poorttypen. Hiervan heeft USB-C bekendheid gekregen in nieuwere apparatuur vanwege zijn compacte formaat, snelle gegevensoverdrachtsnelheden en de mogelijkheid om tot 240W aan stroom te leveren. USB-C-kabels ondersteunen ook high-resolution 4K- en 8K-videotransmissie. Hoewel functioneel vergelijkbaar, gebruiken Lightning-poorten een ander connectorontwerp.

Het ontwerp van de USB-C-connector speelt een cruciale rol in de gegevensoverdrachtsnelheden. Elke USB Type-C-connector bevat vier paren pinnen (genaamd "lanes") die zijn toegewijd aan het verzenden (TX) en ontvangen (RX) van gegevens. USB 3.0 (5 Gbps) en USB 3.1 (10 Gbps) gebruiken één TX- en één RX-lane, waarbij de oriëntatie bepaalt welke lanes actief zijn. USB 3.2 maakt gebruik van alle vier de lanes om snelheden van 20 Gbps te bereiken.

De huidige USB 3.2-naamgevingsconventie combineert snelheid met het aantal lanes. USB 3.2 Gen 1×2 staat bijvoorbeeld voor 5 Gbps × 2 lanes voor een totale snelheid van 10 Gbps. Zowel USB4 Gen 2×2 (op de markt gebracht als USB4 20 Gbps) als USB 3.2 Gen 2×2 leveren 20 Gbps-verbindingen. USB4 Gen 3×2 (USB4 40 Gbps) gebruikt een afwijkende gegevenscoderingsschema om 20 Gbps per lane te bereiken, wat in de dual-lane-modus neerkomt op in totaal 40 Gbps.

USB4 (officieel zonder spatie geschreven) vertegenwoordigt een belangrijke update die niet alleen nieuwe mogelijkheden introduceert, maar ook de verwarrende USB 3.x-naamgeving aanpakt en tegelijkertijd een voorspelbaardere gebruikerservaring biedt. Het USB4-protocol schrijft USB-C naar USB-C-kabels voor.

40 Gbps gegevensoverdracht: USB4-apparaten moeten 20 Gbps (2,4 GB/s) ondersteunen, met optionele 40 Gbps (4,8 GB/s) ondersteuning bij gebruik van kortere 0,8 meter Gen 3-kabels.

Meerdere gegevens- en weergaveprotocollen: USB4 gebruikt protocollen tunneling om USB 3.2, PCIe en DisplayPort 1.4a te ondersteunen. DisplayPort- en Thunderbolt 3-compatibiliteit wordt gehandhaafd via Alt Mode.

Achterwaartse compatibiliteit: USB4 behoudt compatibiliteit met USB 3.2, USB 2.0 en Thunderbolt 3-standaarden via TB3 Alt Mode.

Dynamische bandbreedtetoewijzing: In tegenstelling tot de vaste bandbreedtetoewijzing van USB 3.2 (of 100% videobandbreedte in DP Alt Mode), verdeelt USB4 de bandbreedte dynamisch tussen video en gegevens op basis van real-time behoeften.

100W opladen: Alle USB4-apparaten ondersteunen USB Power Delivery (USB PD) en onderhandelen over stroomcontracten tot 100W (5A/20V) bij aansluiting op USB4-poorten.

Thunderbolt™ 3-compatibele producten komen al op de markt en bieden vier keer zoveel stroomlevering en bidirectionele gegevensoverdrachtsnelheden als USB 3.2 Gen 2, terwijl ze ongekende computermogelijkheden creëren voor persoonlijke apparaten.

USB-C is ontworpen voor dunnere, lichtere apparaten en werkt even goed in smartphones, tablets en laptops. Veel moderne laptops hebben USB-A- en RJ45 Ethernet-poorten volledig geëlimineerd en vertrouwen uitsluitend op USB-C voor video, netwerken, gegevensoverdracht en opladen. Deze verschuiving heeft de adoptie van USB-C als de standaard bronconnector voor Thunderbolt™ 3, DisplayPort, MHL en HDMI-protocollen gestimuleerd.

De USB-C Type 2.1-specificatie (uitgebracht in mei 2021) verhoogde de stroomcapaciteit van kabels en connectoren van 100W naar 240W, waardoor stroomlevering mogelijk werd voor grotere apparaten met een hoog verbruik, zoals 4K-monitoren, e-bikes en gaming-laptops.

Hoewel USB in wezen een communicatieprotocol is tussen hosts en randapparatuur, is het geëvolueerd tot een multifunctionele interface. Moderne apparaten kunnen een of meer van deze geavanceerde functies ondersteunen:

Een enkele USB-C-kabel kan voldoende stroom leveren om afzonderlijke adapters voor randapparatuur met een hoge vraag, zoals externe harde schijven, overbodig te maken. Houd er rekening mee dat niet alle apparaten of poorten USB Power Delivery ondersteunen - raadpleeg de productspecificaties voor compatibiliteitsdetails.

De BC 1.2-specificatie introduceerde speciale oplaadpoorten die sneller en veiliger opladen mogelijk maken. Terwijl standaard USB 2.0- en 3.0-poorten respectievelijk 500 mA en 900 mA leveren, leveren BC 1.2-compatibele poorten tot 1,5 A - zelfs tijdens gegevensoverdracht - en stellen apparaten in staat om hun stroomvereisten te communiceren voor optimaal opladen.

Deze functie stelt mobiele apparaten in staat om te functioneren als hosts voor randapparatuur zoals flashdrives, toetsenborden en muizen. OTG-compatibele apparaten vereisen een adapter voor randapparatuurverbindingen, terwijl ze hun mogelijkheid behouden om te dienen als computer-aangesloten massaopslagapparaten.

USB-C-connectoren en -kabels kunnen tegelijkertijd USB-gegevens verzenden naast VGA-, DVI-, HDMI- of DisplayPort-video-/audiosignalen. Adapters maken DisplayPort-over-USB-C-verbindingen met verschillende weergavetypen mogelijk zonder dat er extra stuurprogramma's nodig zijn.

Deze technologie ondersteunt gelijktijdige 4K-video-uitvoer naar twee DisplayPort-monitoren - ideaal voor digitale signage en high-performance gaming-toepassingen.

Compacte USB- of Thunderbolt™ 3-docks ter grootte van een smartphone kunnen de connectiviteit voor MacBooks en laptops verbeteren. De nieuwste Thunderbolt™ 3-docks bieden opmerkelijke bidirectionele gegevensoverdrachtsnelheden van 40 Gbps voor snelle overdracht van grote bestanden, bedrade Ethernet-connectiviteit in gebieden met een tekort aan wifi en dual-monitor 4K-video met digitale audio-ondersteuning.