Avkodning av USB-standarderna från 1.0 till 4.0

(Bildkälla: Same Sky)

Universal Serial Bus, mer känd som förkortningen USB, är troligen den mest välkända anslutningsstandarden på marknaden i dag. Många människor, särskilt de som inte är verksamma inom teknikbranschen, kanske inte tänker så mycket på vad USB innebär. Enkelt uttryckt är "buss" ett sätt att överföra data eller ström i ett elektroniskt system mellan olika komponenter, medan termen "seriell" anger att data överförs en bit i taget över samma tråd (eller ett par trådar). Tillsammans utgör USB en teknisk standard som fastställer "universella" specifikationer för de kontakter och kablar som används för att koppla samman de olika enheterna i ett elektroniskt system.

USB är ett enkelt och bekvämt sätt att koppla samman och och överföra data mellan enheter, och har utvecklats till att kunna göra så mycket mer än vid lanseringen 1996. Innan den introducerades på 1990-talet var sammankoppling av utrustning komplicerat med långsam överföringshastighet. Tack vare mer än 25 års ständiga förbättringar och förändringar har USB och USB Implementers Forum(USB-IF) skapat möjligheter till sammankoppling som sträcker sig längre än vad man ursprungligen trodde var möjligt, med ständigt ökande datahastigheter, strömöverföring och mycket mer. Med dessa ständiga förbättringar har dock nya standarder, uppdateringar av befintliga standarder och en mängd olika benämningar uppstått. Att försöka hålla sig uppdaterad kring de senaste USB-standarderna kan därför vara en uppgift som leder till både förvirring och motsägelser. Syftet med artikeln är att ge en detaljerad historik över USB-standarderna och samtidigt klargöra de senaste benämningarna av USB.

Sammankoppling före USB

Som nämnts ovan, var det före USB vanligt med långsamma dataöverföringshastigheter, ofta från 100 kBit/s för parallella och 450 kbit/s per sekund för seriella dataöverföringar. Datortillverkarna använde sig inte bara av både seriella och parallella portar, utan det fanns även en mängd olika propritetära kontakter, anslutningar och kablar som ofta krävde särskilda drivrutiner och kort. Dessutom var möjligheten till in- och urkoppling under drift begränsad, vilket innebar att hårdvaran måste stängas av innan en enhet anslöts, och sedan slås på igen.

USB-IF började utveckla USB-standarden 1994 med flera förhandsversioner (USB 0.8 och 0.9) som tillkännagavs, men som aldrig blev kommersiellt tillgängliga. År 1995 avslutade USB 0.99 listan över förhandsutgivna standarder och var ännu en gång inte kommersiellt tillgänglig.

USB 1.0 och 1.1

USB 1.0 var den första större lanseringen av USB-standarden 1996 och erbjöd dataöverföringshastigheter på 1,5 Mbit/s vid låg hastighet och 12 Mbit/s vid full hastighet. Även om USB 1.0 erbjöd smidigheten med in- och urkoppling under drift och självkonfigurering, blev den inte allmänt accepterad som den första kommersiellt tillgängliga versionen av USB.

Två år senare, 1998, introducerades USB 1.1. Den motsvarade dataöverföringskapaciteten hos USB 1.0, men kunde även arbeta med lägre hastigheter för enheter med lägre bandbredd. USB 1.1, som fick namnet Full Speed, blev känd för användningen i Apples iMac G3, som slutade använda seriella och parallella portar. Detta banade väg för en bredare acceptans av USB-standarden i framtiden. USB 1.0 och 1.1 specificerade även användningen av standarder för fysiska USB-kontakter, typ A och typ B.

Figur 1: Diagram över USB-kontakter av typ A och typ B. (Bildkälla: Same Sky)

USB 2.0

I början av^2000-talet ökade behovet av högre dataöverföringshastigheter tack vare den ökande acceptansen av datorer och dess kringutrustning. Därför lanserades USB 2.0 på marknaden i april 2000. Standarden hade en dataöverföringskapacitet på 480 Mbit/s, men bussbegränsningar minskade den till 280 Mbit/s. USB 2.0 fick beteckningen High Speed och var bakåtkompatibel med de tidigare standarderna och deras hastigheter på 1,5 eller 12 Mbit/s. Vid denna tidpunkt började användningen av USB som strömkälla bli allt vanligare och de elektriska standarderna levererade upp till 500 mA ström vid 5 V.

Med USB 2.0 introducerades även USB On-the-Go, vilket gjorde det möjligt för två enheter att interagera utan behov av en separat USB-värd. Fram tills dess hade USB-anslutningar alltid bestått av en värd (en dator) och en kringutrustning (en mus, ett tangentbord, en musikenhet osv.).

När det gäller standarder för fysiska kontakter är USB 2.0 kompatibel med USB-kontakter av typ A, B och C samt Mini och Micro A och B. De fysiska kontakterna för Micro A och B och Typ C introducerades dock många år senare, 2007 respektive 2014.

USB 3.0

För USB 3.0 och senare har USB-standarderna genomgått flera iterationer och ändringar av benämningarna. För att förhoppningsvis begränsa förvirringen kommer vi att hänvisa till standarderna med deras ursprungliga benämning innan vi förklarar de senaste benämningarna mer i detalj.

USB 3.0 lanserades 2008 och hade stöd för dataöverföring på upp till 5 Gbit/s, men uppnådde hastigheter på närmare 3 Gbit/s. USB 3.0, som kallades SuperSpeedUSB, fördubblade de fyra anslutningstrådarna i hårdvaran för USB 2.0 till åtta och möjliggjorde dubbelriktad dataöverföring, samtidigt som den förblev bakåtkompatibel med USB 2.0. Standarden ökade även strömförsörjningskapaciteten till 900 mA vid 5 V. Det är även viktigt att notera att USB 3.0-specifik hårdvara, t.ex. kontakter av typ A och B för USB 3.0, är blå för att visa att de är kompatibla.

I och med införandet av konventioner för benämning i USB 3.2, kallas USB 3.0 numera för USB 3.2 Gen 1.

USB 3.1

USB 3.1 är identisk med USB 3.0 och var en interimsk standard som släpptes 2013 som helt enkelt fördubblade datahastigheten till 10 Gbit/s. Den fick beteckningen SuperSpeed+ och hade vid ett tillfälle två benämningar: USB 3.1 Gen 1 (USB 3.0) och USB 3.1 Gen 2. I och med införandet av konventioner för benämning i USB 3.2, kallas USB 3.1 Gen 2 numera för USB 3.2 Gen 2.

USB 3,2

Standarden USB 3.2, som introducerades i september 2017, ersatte konventionerna för benämning av standarderna USB 3.0 och 3.1 och lade till en tredje nivå av datakapacitet på upp till 20 Gbit/s. Denna standard, som kallas USB 3.2 Gen 2x2, utnyttjar de dubbla banorna i dataöveringskanalerna i USB Type-C®-kontakten fullt ut, och kan överföra 10 Gbit/s i varje riktning via två trådpar. Det är även vanligt att de två lägre nivåerna av standarden USB 3.2 anges som USB 3.2 Gen 1x1 eller USB 3.2 Gen 2x1, vilket helt enkelt ger ytterligare information om antalet dataledningar som används.

För ytterligare förtydligande har USB-IF uppdaterat varumärket för varje nivå som består av det välkända märkningen SuperSpeed USB följt av gränsen för dataöverföring. Som framgår av tabell 1 nedan är dessa alternativa namn följande: SuperSpeed USB 5 Gbit/s, SuperSpeed USB 10 Gbit/s och SuperSpeed USB 20 Gbit/s.

Tabell 1: Definierade benämningar för USB 3.2. (Bildkälla: Same Sky)

USB 4.0

USB 4.0 som baseras på protokollet Thunderbolt 3 släpptes augusti 2019 med dataöverföring på upp till 40 Gbit/s och en dedicerad videoöverföringsmetod. Standarden Power Delivery 3.1 ökade även effektkapaciteten för USB till 240 W. Tekniskt sett är standarderna Power Delivery och USB 4.0 separata, men de utvecklades parallellt och förekommer ofta tillsammans. Båda de senaste standarderna utnyttjas endast fullt ut genom hårdvarufunktioner i den fysiska USB Type C-kontakten.

USB-IF har även förbättrat benämningarna för USB 4.0 genom att ändra dem till USB4 med följande två nivåer:

• USB4 20 Gbit/s (datahastigheten motsvarar namnet)
• USB4 40 Gbit/s (datahastigheten motsvarar namnet)

Var och en av de nivåer för USB4 och USB 3.2 som nämndes tidigare har en ny logotyp för användning på produkter i hopp om att reda ut eventuella förvirringar hos konsumenterna på marknaden. De många olika benämningarna på USB-standarderna har dock inneburit flera utmaningar, eftersom enheterna fortfarande ofta kallas för de gamla benämningarna.

Tabell 2: Nuvarande USB-benämningar och tillhörande logotyper (Bildkälla: Same Sky)

Framtiden för USB

Förhoppningsvis har den här artikeln lyckats reda ut en del av den förvirring som råder kring USB-standarderna och samtidigt gett en glimt av den snabba utvecklingen av dess ständigt förbättrade kapacitet och funktionalitet. Det kan vara lätt att ta detta lilla, kostnadseffektiva och enkla sätt att ansluta kringutrustning i smartphones, mobila enheter och till och med industriella tillämpningar, för givet. USB-kontakter som används enbart för laddningsändamål (USB Type C har utformats för tillämpningar med enbart ström) utan någon dataöverföring börjar till och med bli vanligt förekommande. Man kan nog med säkerhet påstå att USB kommer att fortsätta att hitta nya användningsområden och funktioner långt in i framtiden och Same Sky har sett till att konstruktörer har ett stort utbud av USB-kontakter och USB-kablar i olika format som är konstruerade för att uppfylla flera USB-standarder.