Wird USB 3.1 endlich universell?

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USB hat als Standard im Consumer-Bereich viele Schnittstellen komplett verdrängt. Warum aber blieb die ganz große Verbreitung im industriellen Bereich aus?

USB hat bislang ein Imageproblem: USB-Steckverbinder gelten als kostengünstiges Zubehör für anspruchslose Anwendungen, aber nicht als robuste Industriesteckverbinder. Und das nicht zu Unrecht: Viele Produkte hatten schlicht Qualitätsmängel, der Preisdruck wurde extrem groß. So waren die verwendeten Rohstoffe oft nicht auf die Anforderungen der Applikation abgestimmt, was zu Problemen bei der Lötbarkeit und in der Folge zu Schwächen bei Arretiermechanismus und Haltbarkeit führte. Aber nicht nur die Materialien spielten eine wichtige Rolle, sondern die mechanischen Designs des Steckverbinders: Einsteck- und Auszugskräfte konnten negative Auswirkungen haben. Im schlimmsten Fall zerstört der Steckverbinder beim Stecken oder Ziehen die Buchse.

Ein weiteres latentes Thema: Eigentlich sollte USB wegen der symmetrischen Datenübertragung sehr störfest sein. Durch die Verdrillung der Adern wird im Falle der induktiven Störeinwirkung (Magnetfeld) eine Kompensation der Störeinwirkung erreicht. Theoretisch kompensieren sich die Störeinflüsse. In der Praxis kann diese Störfestigkeit aber beeinträchtigt werden. Die Gründe: mangelnde Symmetrie der Aus-/Eingänge des USB-Controllers oder eben mangelnde Qualität der Module. Nur wer als Entwickler in der Industrie damit rechnete, dass der zugekaufte Controller oder das vom Endanwender benutzte Kabel unter Umständen nicht störfest genug sein könnten und für EMV-Absicherung sorgte, umging diese Probleme. Wer das Thema EMV mit Blick auf die theoretischen Eigenschaften der USB-Steckverbinder ignorierte, bekam in der Praxis Probleme.

Überzeugende Argumente 

Wer aus den genannten Gründen USB bisher als ungeeignet für seine Anwendung hielt, wird seine Entscheidung angesichts der zusätzlichen Vorteile von USB 3.1 überdenken. Schon die verdoppelte Datenrate von 10 GBit/s ist ein starkes Argument. Äußerst interessant für industrielle Anwendungen ist zudem die deutlich erhöhte Versorgungsleistung von bis zu 100 W gegenüber 9 W. Was dabei zusätzliche Anwendungen ermöglichen: Die Stromversorgung kann bei USB 3.1 jetzt auch in der Gegenrichtung – also vom Client zum Host – erfolgen.

Zu guter Letzt macht USB 3.1 Schluss mit dem nervigen „Stochern“, um einen USB-Stecker richtig herum einzustecken: Der Typ-C-Stecker hat in der Version USB 3.1 keine Richtung mehr. Diese schnellere und einfachere Handhabung werden nicht nur die Entwickler von Consumer-Elektronik ihren Anwender zugutekommen lassen wollen.

10 GBit/s, 100 W, einfache Handhabung – mit diesen Argumenten eröffnet sich für USB 3.1 ein breites Applikationsfeld in industriellen Anwendungen. In der Industrieelektronik kann USB dadurch jetzt die in ihrer Anwendung komplizierteren Technologien PCI Express oder Thunderbolt ersetzen – natürlich auch mit dem Kostenargument der Massenproduktion.

Es braucht hochwertige USB-Steckverbinder

Die Einsatzszenarien sind tatsächlich universell. Ein einziger Stecker ist die Antwort auf so unterschiedliche Anforderungen wie Datenaustausch, Stromversorgung, Videoinhalte und Netzwerke, aber auch als Ersatz für D-Sub und HDMI sowie modulare Buchsen. Beispiele für typische Applikationen sind externe Festplatten und Server, medizinische Anwendungen mit integrierten Monitoren, Industrieapplikationen, die eine Datensicherung erfordern, Smartphones und alle tragbaren Geräte wie Sensoren, Power Banks und kleine Monitore.

Dennoch: Auch mit den erweiterten technischen Möglichkeiten müssen die Grundbedingungen für den industriellen Einsatz weiter beachtet werden. Für eine industrielle USB-Anwendung sind EMV-Absicherung und hochwertige Module unverzichtbar.

Beispiel für eines der Details, die hochwertige Steckverbinder auszeichnen: der optimierte Anbindungswinkel. Beträgt der Anbindungswinkel mehr als 40 Grad, können die Kontakte beim Einstecken des Steckers beschädigt werden. In der Theorie verfügen Steckverbinder über eine Fase von 30 Grad, um das Risiko zu begrenzen. In der Praxis sind diese Fasen aber nicht immer integriert. „Low-Cost-Steckverbinder“ können also die Endanwendung des Kunden beschädigen, was dann Beschwerden, Servicekosten und Risiken von Imageschäden nach sich zieht – nur wegen einer USB-Buchse!

USB-3.1-Module mit verbesserter Schirmung und erhöhter Beschichtungsdicke der Kontaktflächen, um auch hohen mechanischen Ansprüchen zu genügen, sind der Ausweg – aber natürlich teuer. Doch mit einer Haltbarkeit von 10 000 Steckzyklen sind sie eben auch für Geräte geeignet, die länger halten sollen als schnelllebige Consumer-Produkte.

Wie geht es weiter mit USB 3.1?

Zunächst ist eine dynamische Marktentwicklung bei Consumer-Applikationen zu erwarten. Bereits heute verwenden viele Hersteller von Smartphones USB 3.1, Typ C, als Ersatz für USB 2.0 oder Micro USB 3.0, Typ B. Steckverbinderhersteller gehen davon aus, dass Industrieunternehmen in einem Jahr nachziehen werden, wenn Entwicklungsteams ihre Anforderungen und mögliche Beschränkungen beim Einsatz der neuen Technologie ausgewertet haben. Vor allem dann, wenn dabei auf hochwertiges Material und EMV-bezüglich saubere Lösungen geachtet werden, ist USB 3.1 ein echter Fortschritt.

Bildquelle: Würth Elektronik eiSos
Bildquelle: Würth Elektronik eiSos

Nicolas Prou, Produktmanager USB-Steckverbinder von Würth Elektronik eiSos (electronica, Halle B6, Stand 404)

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USB-3.1-Steckverbinder, Typ C: das Ende des Herumprobierens beim Einstecken.