USB-C-Schaltplan erklärt: Pinbelegung, Stromversorgung und Daten
USB-C-Schaltplan erklärt: Pinbelegung, Stromversorgung und Daten
USB-C-Kabel sehen zwar alle gleich aus, doch ihre interne Verkabelung kann sehr unterschiedlich sein.
Ein einfaches USB-C-Kabel unterstützt möglicherweise nur das Laden und USB-2.0-Datenübertragung, während ein Kabel mit vollem Funktionsumfang Hochgeschwindigkeitsdaten, Video und höhere USB-Power-Delivery-Stufen übertragen kann.
In dieser Anleitung werden die wichtigsten Bestandteile eines USB-C-Schaltplans erläutert und erklärt, wie man das richtige Kabel auswählt.
Die USB-C-Pinbelegung verstehen
Ein USB-Typ-C-Anschluss verfügt über 24 Kontakte. Diese Kontakte lassen sich in mehrere Funktionsgruppen unterteilen:
VBUS: Leitet elektrischen Strom
GND: Stellt den Erdungsrückleiter bereit
D+ und D−: USB-2.0-Daten übertragen
TX- und RX-Paare: Übertragung von Daten über Hochgeschwindigkeits-USB
CC1 und CC2: Anschlussausrichtung erkennen und Stromversorgungsfunktionen verwalten
SBU1 und SBU2: Unterstützung von Seitenbandfunktionen wie kompatiblen alternativen Betriebsarten
Dank der doppelten Kontakte funktioniert ein USB-C-Stecker in beiden Ausrichtungen.
Ein USB-C-Anschluss bedeutet jedoch nicht automatisch, dass ein Kabel Schnellladen, Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung oder Videoausgabe unterstützt.
Aufbau eines USB-C-Kabels
Ein typisches USB-C-Kabel besteht aus mehreren inneren Schichten:
Außenjacke
Geflochtene oder Folienabschirmung
Stromleiter
Erdungsleiter
Verdrillte Datenpaare
Ablassdraht
Steckverbinder-Leiterplatte
Optionaler E-Marker-Chip
Die genaue Bauweise hängt von den vorgesehenen Leistungs- und Datenübertragungsfähigkeiten des Kabels ab.
Beispielsweise benötigt ein USB-2.0-Ladekabel nicht dieselbe Anzahl an Hochgeschwindigkeits-Datenpaaren wie ein USB-4-Kabel.
Vereinfachte Kabelzeichnungen sollten nicht als exakte Pinbelegungs- oder Fertigungszeichnungen betrachtet werden.
Drei gängige USB-C-Kabeltypen
1. USB 2.0-USB-C-Kabel
Ein einfaches USB-2.0-Typ-C-Kabel enthält normalerweise:
VBUS-Stromleiter
Erdungsleiter
Ein D+/D−-Datenpaar
Konfiguration der Kanalverbindung
Abschirmung
Es unterstützt das Laden und die Datenübertragung mit bis zu 480 Mbit/s, bietet jedoch in der Regel keine Unterstützung für Hochgeschwindigkeits-USB-Datenübertragung oder Videoausgabe.
Diese Bauweise wird häufig für Ladegeräte, Zubehör und preisbewusste Produkte verwendet.
2. USB-C-Kabel mit vollem Funktionsumfang
Ein Kabel mit vollem Funktionsumfang verfügt über Hochgeschwindigkeits-TX/RX-Differentialpaare und SBU-Leiter.
Je nach Nennleistung unterstützt das Gerät möglicherweise:
USB 5 Gbit/s
USB 10 Gbit/s
USB 20 Gbit/s
USB4 mit 40 Gbit/s oder höher
Kompatible Video-Alternativmodi
Die Hochgeschwindigkeitsleistung hängt von der kontrollierten Impedanz, der Adernverdrillung, der Abschirmung, dem Anschlussabschluss und der allgemeinen Signalintegrität ab.
Ein Kabel kann einen einfachen Durchgangstest bestehen und dennoch bei der Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung ausfallen.
3. USB-C-Kabel mit E-Kennzeichnung, 5 A
Ein USB-C-Kabel, das für eine Stromstärke von mehr als 3 A ausgelegt ist, benötigt einen E-Marker-Chip.
Der Chip erfasst unter anderem folgende Informationen:
Maximalstrom
Unterstützter Spannungsbereich
Nennleistung
Kabeltyp
Datenkapazität, sofern zutreffend
Ein normkonformes 5A-Kabel kann bis zu 240 W übertragen, sofern es für den erweiterten Leistungsbereich von USB PD ausgelegt und elektronisch entsprechend gekennzeichnet ist.
Ein 240-W-Kabel unterstützt jedoch nicht automatisch hohe Datenübertragungsraten. Die Leistungsfähigkeit und die Datenübertragungsrate müssen separat angegeben werden.
Sind die Farben der USB-C-Kabel standardisiert?
Nein. Die Farben der USB-C-Kabel sind nicht standardisiert.
Häufig verwendete USB-2.0-Kabel sind:
Rot steht für Kraft
Schwarz für Masse
Grün für D+
Weiß für D−
Dies sind lediglich gängige Fertigungsstandards. Verschiedene Hersteller können völlig unterschiedliche Farben verwenden, insbesondere bei Hochgeschwindigkeitspaaren und internen Signalkabeln.
Identifizieren Sie USB-C-Anschlüsse niemals allein anhand der Aderfarbe. Verwenden Sie einen Durchgangsprüfer, eine Pinbelegung oder einen professionellen Kabeltester.
Zwei Kabel mit identischen USB-C-Steckern können aus folgenden Gründen unterschiedliche Lade- und Datenübertragungsleistungen aufweisen:
Leiterstärke
Kabellänge
Kontaktwiderstand
Abschirmqualität
Anzahl der Datenpaare
Konfiguration des E-Markers
Entwurf von Leiterplatten für Steckverbinder
Fertigungsqualität
Dünne Leiter oder mangelhafte Lötstellen können zu Spannungsabfall und Erwärmung führen. Schlecht kontrollierte Datenpaare können instabile Verbindungen oder eine verminderte Übertragungsgeschwindigkeit zur Folge haben.
Die endgültige Leistung wird durch die schwächste Komponente des Systems begrenzt:
Eine professionelle Bewertung eines USB-C-Kabels kann Folgendes umfassen:
Prüfung der Pin-Durchgängigkeit und auf Kurzschlüsse
E-Marker-Messwert
Prüfung des Leiterwiderstands
Spannungsabfallprüfung
Prüfung der Ladungsbelastung und der Temperatur
Tests zur USB-PD-Aushandlung
Prüfung von Hochgeschwindigkeitssignalen
Biege- und Verbindungsfestigkeitsprüfungen
Ein Multimeter kann bei einfachen Durchgangsprüfungen helfen, kann jedoch weder die USB-PD-Kommunikation noch die E-Marker-Daten oder die Leistung des USB4-Signals überprüfen.
Wenn Sie ein OEM-USB-C-Kabel anfordern, geben Sie bitte mehr als nur den Steckertyp und die Nennleistung an.
Eine vollständige Spezifikation sollte Folgendes enthalten:
Steckerkombination
Ladeleistung
Maximaler Strom und maximale Spannung
Erforderliche Datenübertragungsgeschwindigkeit
Anforderungen an das Video
Anforderung an den E-Marker
Kabellänge
Mantel oder geflochtenes Material
Konstruktion des Steckergehäuses
Logo und Farbe
Prüf- und Zertifizierungsanforderungen
Dadurch wird ein häufiges Problem beim Kauf vermieden: dass man ein Kabel erhält, das zwar ordnungsgemäß lädt, aber nicht die erforderliche Datenübertragungsgeschwindigkeit oder Videoausgabe unterstützt.
Fragen?
Haben alle USB-C-Kabel 24 interne Adern?
Nein. Der Stecker verfügt über 24 Kontakte, bei einem einfachen USB-2.0-Kabel können jedoch die High-Speed- und SBU-Leiter fehlen.
Unterstützt jedes USB-C-Kabel USB Power Delivery?
Nein. Die Form des USB-C-Anschlusses garantiert keine bestimmte USB-PD-Leistungsstufe.
Nicht unbedingt. Ladeleistung und Datenübertragungsgeschwindigkeit sind unterschiedliche Kabelspezifikationen.
Warum lädt mein USB-C-Kabel zwar auf, gibt aber kein Bild aus?
Möglicherweise unterstützt das Kabel nur USB 2.0, oder eines der angeschlossenen Geräte unterstützt den erforderlichen Videomodus nicht.
Kann ich die Kabel anhand ihrer Farben unterscheiden?
Nein. Die Farben der internen Leitungen variieren je nach Hersteller und sollten stets durch einen Test überprüft werden.
Zusammenfassen
Ein USB-C-Schaltplan umfasst Stromleitungen, Masse, USB-2.0-Datenleitungen, Hochgeschwindigkeits-Differenzpaare, Signale des Konfigurationskanals und optionale Seitenbandverbindungen.
Die konkrete Verkabelung hängt davon ab, ob das Kabel für Standard-Ladevorgänge, USB-PD mit hoher Leistung, Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung oder Video ausgelegt ist.
Achten Sie bei der Auswahl eines USB-C-Kabels darauf, die Nennleistung, die Strombelastbarkeit, die Datenübertragungsgeschwindigkeit und den E-Marker separat zu überprüfen. Beurteilen Sie die Leistungsfähigkeit des Kabels nicht allein anhand des Aussehens des Steckers oder der Farbe der Adern.
ANSEIP produziert Maßgefertigte USB-C-Kabel zum Laden, zur Datenübertragung und für OEM-Anwendungen. Kabellänge, Nennleistung, Datenübertragungsgeschwindigkeit, Geflechtmaterial, Steckergehäuse, Logo und Verkaufsverpackung können entsprechend den Projektanforderungen individuell angepasst werden.
Kontaktieren Sie ANSEIP Geben Sie den gewünschten Kabeltyp, die Leistung, die Datenübertragungsgeschwindigkeit, die Länge und die Bestellmenge an, um eine empfohlene Lösung zu erhalten.
