Hardware

USB is een seriële bus. De kabels, de connectors en de aansluitingen zijn gestandaardiseerd. Apparaten kunnen hun voeding rechtstreeks uit de USB bus halen. Als de stroombehoefte groter is dan de bus kan leveren, moet uiteraard een externe voeding aangebracht worden.

Kabels

De snoeren die gebruikt worden om USB apparaten aan te sluiten zijn gestandaardiseerd, evenals de stekkers die eraan moeten zitten. De stekkers die aan de kant van de ‘host’ (de kant van de PC) zitten, hebben een andere vorm dan de stekkers die in een apparaat gaan. Eén kant van de kabel past alleen in een hub (of in de PC, die eigenlijk ook een hub is), en het andere eind van de kabel past alleen in een randapparaat. Hierdoor is het uitgesloten dat bij vergissing bijvoorbeeld twee apparaten met elkaar worden verbonden, of dat een hub met één van zijn ‘uitgangen’ op de PC wordt aangesloten.

In de verbindingskabels zitten twee getwiste aders voor de data, en twee iets dikkere aders voor de voeding. Er zijn twee typen kabels gedefinieerd:

Voor low speed apparaten kan eventueel volstaan worden met een niet afgeschermde kabel. Deze mag maximaal 3m lang zijn.

Een niet afgeschermde kabel kan wat soepeler zijn dan een kabel met afscherming. Om bijvoorbeeld een muis, een joystick en een toetsenbord toch met een soepele kabel uit te kunnen rusten, is een niet afgeschermde kabel voor langzame apparaten met korte verbindingen toegestaan. De kabel zit aan één kant direct aan het apparaat vast, waardoor de niet afgeschermde kabel niet per ongeluk gebruikt kan worden om bijvoorbeeld een scanner (een full speed apparaat) aan te sluiten.

Zelfs de kleuren zijn vastgelegd:

Type A connectors

Dit type connector zit aan de kant van de kabel die in de PC of een hub moet. Dus aan de ‘PC-kant’ van de kabel.

Kabeldeel type A (vooraanzicht)

Type B connectors

Dit type connector zit aan de kant van de kabel die in het USB apparaat gaat. Vaak zit de kabel direct aan het apparaat vast, en dan wordt dit type connector niet gebruikt. Er zijn ook twee 'mini' varianten van dit type connector bedacht, om op kleine apparaten niet te veel ruimte kwijt te zijn aan de connector. Het standaard type B ziet er uit als op de volgende plaatjes:

Kabeldeel type B (vooraanzicht)

Chassisdeel type B (vooraanzicht)

Signalen

De aansluitingen zijn:

1. Vusb. Dit is een voedings spanning. Apparaten die niet te veel stroom gebruiken kunnen direct uit de bus gevoed worden.
   
   
2. D-. Dit is één van de twee signaal draden.
   
   
3. D+. Dit is de andere signaal draad.
   
   
4. GND.

Data wordt in één richting tegelijkertijd over de signaal draden gestuurd. Het signaal is differentieel, een ‘1’ betekent dat D+ hoog is, en D- laag, terwijl een ‘0’ betekent dat D+ laag is, en D- hoog. De data signalen zijn compatible met low-voltage (3.3V) TTL.

Een speciaal geval is wanneer D+ en D- beide laag zijn. Dit wordt gebruikt om het einde van een boodschap aan te geven, en om een reset signaal via de bus door te geven.

Als de bus niet in gebruik is (idle) wordt D+ hoog gehouden, en D- wordt laag gehouden. Als de bus langer dan 3ms achtereen idle is, moeten randapparaten in een energie zuinige toestand gaan (suspend.) In de suspend toestand mag een apparaat niet meer dan 500µA (gemiddeld) uit Vusb gebruiken.

Voeding

Apparaten kunnen worden aangesloten en losgenomen terwijl de bus in bedrijf is. Daarom zijn in de connectoren, de pinnen waarop de voedings spanning staat, iets verder naar voren geplaatst dan de pinnen waarover de data getransporteerd wordt. Bij aansluiten zal het apparaat eerst voedings spanning krijgen, en daarna pas zullen de pinnen met signalen contact maken.

Voeding uit de bus

Een USB apparaat kan geheel of gedeeltelijk uit de op de bus beschikbare Vusb gevoed worden. De stroom die een apparaat uit Vusb gebruikt, moet uiteindelijk door een hub geleverd worden. Ook een hub kan zodanig ontworpen zijn dat hij uit de bus gevoed moet worden. Een hub kan ook uitgerust worden met een eigen voeding. Een hub die uit de bus gevoed wordt, moet aan elk aangesloten apparaat 100mA kunnen leveren. Een hub met eigen voeding moet aan elk daarop aangesloten apparaat 500mA kunnen leveren. Voor een apparaat is dus nooit meer dan 500mA uit de USB voeding beschikbaar.

De root-hub (de hub die in de PC zit) wordt meestal uitgevoerd als een hub met een eigen voeding. Maar de hub in een notebook PC kan wel eens worden beschouwd als een hub met busvoeding, die dus niet veel stroom kan leveren.

Als een apparaat wordt aangesloten, mag het in eerste instantie nooit meer dan 100mA uit Vusb gebruiken. Gedurende deze eerste fase wordt het apparaat door de host (de PC) ondervraagd. Zo weet de PC wat voor soort apparaat werd aangesloten, en welke drivers er geladen moeten worden. Maar ook wordt informatie opgevraagd over het stroomverbruik van het apparaat wanneer het aan staat. Als er niet voldoende stroom beschikbaar is voor het apparaat, moet het misschien op een andere hub, die meer energie beschikbaar heeft, worden aangesloten.

Suspend

Als de bus langer dan 3ms achtereen idle is (geen dataverkeer), moeten alle randapparaten in een energie zuinige toestand gaan (suspend.) In de suspend toestand mag een apparaat niet meer dan 500µA (gemiddeld) uit Vusb gebruiken.