USB-Grundlagen

Kabel und Potentiale

Zur Verbindung der Geräte dient ein vieradriges Kabel. Zwei Adern sind verdrillt und übertragen das Datensignal in symmetrischer Form (differential) in einem 3,3-Volt-System. Für die Stromversorgung der Peripheriegeräte (5 V nominell) kommt das andere Drahtpaar (unverdrillt) zum Einsatz.

Wegen der Punkt-zu-Punkt-Topologie entfallen externe Abschlusswiderstände (Terminatoren), diese sind bereits fest in den Geräten eingebaut. Die Belastung der Datenleitungen durch die Widerstände dient zudem zur automatischen Erkennung von im laufenden Betrieb neu hinzugekommenen oder entfernten Geräten.

Beim USB wird eine Spannungsdifferenz von etwa einem Volt zur Signaldarstellung verwendet. Ist die Leitung +Data (D+) positiver als die Leitung -Data (D-), gilt dies als eine logische EINS. Ist die Leitung D- positiver als die Leitung D+, dann stellt dies eine logische NULL dar. Die minimale Spannungsdifferenz beider Leitungen beträgt 0,2 V, die absolute Spannung darf 3,6 Volt nicht überschreiten. Die Flankensteilheit des Signals soll zwischen 4 und 20 ns liegen. Im Ruhezustand ergeben sich durch die Abschlusswiderstände für die +Leitung etwa +3 V und etwa 0 V für die -Leitung (logical "1"). Für die Kennzeichnung des Endes einer Paketübertragung gibt es den unsymmetrischen NULL-Zustand (Single-ended 0 State). Dazu müssen beide Datenleitungen einen Pegel unterhalb +1,6 V für die Dauer von mindestens zwei Taktzeiten einnehmen. Danach wird der symmetrische EINS-Zustand (differential "1") hergestellt. Dieser Zustand ist so lange hochohmig, bis eine neue Übertragung beginnt. Das geschieht dann zwangsweise mit einem symmetrischen NULL-Bit.

Für die Codierung der Bits wird NRZI verwendet. Sollen sechs oder mehr EINS-Bits unmittelbar nacheinander übertragen werden, dann wird automatisch eine NULL (Flankenwechsel) eingefügt. Diese wird beim Empfänger ebenso automatisch wieder entfernt.