Hochstromstrippen

USB-C-Kabel für kurze Ladezeiten und schnelle Daten im Test

Die USB-C-Schnittstelle überträgt Daten turboschnell und lädt mit Hilfe des Schnellladeverfahrens Power Delivery Mobilgeräte mit 100 Watt und in Zukunft sogar mit bis zu 240 Watt. Wir haben dazu nötige Hochstromkabel getestet und ihren digitalen Ausweis kontrolliert.

Von Rudolf Opitz

Mit dem verdrehsicheren USB-C-Stecker erreicht die USB-Schnittstelle über spezielle High-Speed-Datenleitungen mit jeder neuen Version immer höhere Datenraten bis mittlerweile 20 oder sogar 40 Gbit/s. Wahlweise lassen sich die Leitungen für alternative Übertragungsmodi – etwa für Video (DP-Alt, HDMI), Audio oder für Thunderbolt und PCIe umwidmen. Dazu kommt die Ladefunktion, denn aus der Universaldatenschnittstelle für PC-Peripheriegeräte ist eine einheitliche Ladeschnittstelle für Kameras, Smartphones, Tablets und sogar Notebooks geworden.

Die Anforderungen an ein USB-C-Kabel, das sowohl große Datenmengen in kurzer Zeit als auch hohe Leistungen übertragen soll, sind Abschirmung, Dämpfung und Leitungswiderstand betreffend hoch. Wir haben exemplarisch neun verschieden lange Kabel getestet, die laut Anbieter sowohl mindestens 20 Gbit/s als auch 100 Watt übertragen können.

Bis auf die Kabel von Anker, Club 3D, Sabrent und StarTech sind alle Testkabel mit Gewebe ummantelt und ziemlich steif. Das könnte besonders beim Zweimeterkabel von Primewire problematisch werden, da die Kabelhülsen am hinteren Ende der USB-C-Stecker dem steifen Kabel wenig Halt bieten und bei wenig Platz an der Buchse Abknickgefahr besteht. Deutlich flexibler sind die Kabel ohne Stoffummantelung.

USB-Power

Auch wenn die USB-Schnittstelle ursprünglich hauptsächlich für den Datentransfer gedacht war, sollte sie kleine Geräte wie Mäuse und Tastaturen auch mit Energie versorgen. Bis USB 2.0 war der Strom über die 5-Volt-Leitung der Schnittstelle auf maximal 0,5 Ampere begrenzt, was einer Last von 2,5 Watt entspricht. Das reicht selbst für moderne Gamingmäuse mit LED-Beleuchtung (etwa 200 mA), während beleuchtete Tastaturen schon an die Grenzen stoßen können. Mit USB 3.0 wurde der erlaubte Strom auf 0,9 Ampere erhöht (4,5 W), das reichte auch für stromhungrige 2,5-Zoll-Festplatten.

Der entscheidende Impuls, USB zur Energieübertragung zu nutzen, kam von den Smartphones und den Richtlinien zur Vereinheitlichung der Ladebuchsen und Netzteile. Der 2011 von der EU als Standard-Ladestecker geforderte Micro-USB-Kontakt verträgt laut Spezifikation bis zu 1,8 Ampere. Viele USB-Ladegeräte und Powerbanks mit USB-A-Augang liefern sogar 2 Ampere und mehr oder setzen gleich auf proprietäre Schnellladeverfahren der Smartphone- und Chiphersteller, wovon Quick Charge von Qualcomm die größte Verbreitung fand.

Der Trick von Quick Charge und anderen Schnellladeverfahren: Um bei begrenzter Stromstärke eine höhere Leistung zu übertragen, erhöhen sie die Spannung auf der VBus-Leitung des USB-Kabels, die normalerweise nur 5 Volt führt. Das geschieht aber nur dann, wenn die Gegenstelle sich beim Netzteil etwa als Quick-Charge-fähig ausweist und eine bestimmte Spannung anfordert. Anderenfalls würden USB-Geräte Schaden nehmen, die nur die üblichen 5 Volt vertragen.

2014 stellte die Industrievereinigung USB Implementers Forum (USB-IF) als neue Standards dann den USB-Typ-C-Stecker und die Version 2.0 des Schnellladeverfahrens „Power Delivery“ (PD) vor. Ein voll beschaltetes USB-C-Kabel stellt nicht nur spezielle Konfigurationsleitungen und einen weiteren Hochgeschwindigkeitskanal für Daten bereit, sondern auch je vier Adern und Steckkontakte für den VBus und Masse, sodass die Stromstärke bis zu 3 Ampere betragen darf. Hochwertige Kabel schaffen sogar 5 Ampere, müssen sich dann aber mit einem in einem der Stecker verbauten E-Mark-Chip als Hochstromkabel ausweisen.

Dazu kommt, dass PD wie Quick Charge die VBus-Spannung für mehr Leistung erhöhen kann. Die Verhandlung zwischen Stromquelle und Senke – und wer welche Rolle einnimmt, denn ein USB-C-Kabel ist bidirektional – findet aber nicht wie bei Quick Charge über den USB-2-Kanal, sondern über den Konfigurationskanal (CC) statt. Mit PD 2.0 und Spannungsstufen bis 20 Volt (siehe Tabelle) lässt sich über ein normales USB-C-Kabel mit 60 Watt, über ein 5-Ampere-Kabel mit 100 Watt laden – das reicht nicht nur zum Laden von Smartphones und Tablets, sondern auch für Notebooks.

Mit PD 3.0 kamen zu den Profilen mit fester Spannung flexible Profile hinzu, bei denen die Senke – beispielsweise das zu ladende Smartphone – in 20-Millivolt- und 50-Milliampere-Schritten flexibel seinen Bedarf anpassen kann, etwa wenn der Akku fast voll ist und sich die Ladeelektronik vorsichtig an die Ladeschlussspannung herantastet. Diese Profile bezeichnet das USB-IF als „Programmable Power Supply“ (PPS). 2021 folgte die aktuelle PD-Version 3.1, die zusätzliche Profile mit höheren Spannungen (Extended Power Range, EPS) bis 48 Volt anbietet, was bei 5 Ampere satte 240 Watt ergibt. Damit sollen künftig auch leistungshungrige Gaming-Notebooks per USB ladbar sein.

Kurz halten

Notebooks und Netzteile, die PD 3.1 EPS unterstützen, gibt es noch nicht zu kaufen. Mit dem Kabel von Club 3D haben wir aber ein Testmuster, das sich laut Hersteller für Ladeleistungen bis 240 Watt eignen soll. Voraussetzung dafür ist wie bei den 5-Ampere-Kabeln das Vorhandensein eines E-Mark-Chips oder E-Markers. Der E-Marker meldet über die CC-Leitung dem USB-Gerät, welches die PD-Rolle der Quelle übernommen hat, für welche Spannungen und Ströme das Kabel ausgelegt ist. Im Fall eines 240-Watt-Kabels sind das „50V 5A“. Handelt es sich um ein für die EPS-Profile von PD 3.1 geeignetes Kabel, braucht es den E-Marker auch, wenn es nur für 3 Ampere ausgelegt ist.

Der E-Marker enthält weitere Informationen wie die Länge des Kabels („0-1m“, „1-2m“), die USB-Generation und die alternativen Modi. Meist handelt es sich bei den alternativen Modi um Thunderbolt 3 – die Schnittstelle verlangt bei mehr als 80 Zentimeter langen Kabeln einen eigenen Chip im Stecker.

Eine maximale Kabellänge gibt die USB-PD-Spezifikation des USB-IF nicht vor, konsequenterweise aber den Leitungswiderstand des USB-Kabels von Stecker zu Stecker: Der darf maximal 100 Milliohm (0,1 Ω) betragen. Anders gesagt darf bei 5 Ampere Ladestrom die durch das Kabel verursachte Verlustleistung 2,5 Watt nicht übersteigen. Die 50 Zentimeter langen Kabel im Test und das mit 20 Zentimetern sehr kurze Kabel von Sabrent hielten die Vorgabe problemlos ein, die Kabel von Club 3D und StarTech lagen knapp und das Zweimeterkabel von Primewire deutlich über der Grenze. Wie schon für schnelle Datenübertragung gilt auch für den Einsatz als Ladekabel: je kürzer, desto besser.

Eine weitere Besonderheit der USB-C-Kabel ist die Richtungsunabhängigkeit. Anders als Ladekabel mit USB-A- und Micro-USB-Steckern oder USB-C-Adapterkabel für Ladegeräte mit USB-A-Ausgang interessiert sich ein USB-C-Kabel nicht dafür, welches der USB-Geräte die Quelle und welches die Senke ist – das sollen die beiden unter sich ausmachen. Im einfachsten Fall tun sie es, indem die Quelle die Leitung des Konfigurationskanals über einen Pullup-Widerstand mit dem VBus verbindet und die Senke die CC-Leitung per Pulldown-Widerstand auf Masse legt. Allerdings gibt es auch Dual-Role-Power-Ports, die beide Rollen einnehmen können, beispielsweise Powerbanks mit USB-C-Buchse. Beim Laden eines Smartphones mit einer Powerbank sollte man daher kontrollieren, ob das Smartphone wirklich geladen wird oder seine Restenergie auf die Powerbank überträgt.

Falls letzteres der Fall ist und das Smartphone nicht per Menü zum Rollenwechsel animiert werden kann – die USB-PD-Spezifikation sieht ein „Power Role Swap“-Kommando vor, über das die Geräte im Betrieb die Rollen tauschen können –, hilft oft Abziehen und Neuanstecken des Kabels oder ein Steckertausch. Bis die Rollenverteilung klar ist, legen USB-C-Netzteile oder -Powerbanks noch nicht einmal die standardmäßigen 5 Volt auf den VBus, denn das Gegenüber könnte ja das Gleiche tun. Bastler, die sich wundern, warum aus ihrer mit dem USB-C-Netzteil verbundenen USB-C-Buchse nichts herauskommt, sollten den CC-Pin über einen 5,1-Kiloohm-Widerstand auf Masse legen, dann klappt es.

Fazit

Nicht alle Kabel im Test erreichten die beworbenen hohen Datenraten, speziell mit den Zweimeterkabeln von Primewire und StarTech gab es Verbindungsprobleme. Wer hier auf Nummer sicher gehen will, greift zu den teureren Marken-Kabeln von Anker und Club 3D.

Als Ladekabel eignen sich im Prinzip zwar alle Testkabel. Bei der Auswahl hilft aber die wichtige Regel: je kürzer das Kabel, desto höher der Datendurchsatz und desto geringer die Leitungsverluste beim Laden per Power Delivery mit hohen Leistungen. Generell sollte ein Hochleistungskabel für schnelle und störungsfreie Datentransfers und hohe Ströme maximal einen Meter lang sein. Braucht man unbedingt längere Kabel, sollte man nicht aufs Geld schauen und hochwertige Markenware kaufen.

Wer nicht viel Geld ausgeben will und wem Kabellängen von 50 Zentimetern reichen, findet bei den China-Angeboten auf Amazon aber interessante Schnäppchen wie die günstigen und gut verarbeiteten Kabel von ULT-WIIQ, UseBean und Yottamaster. (rop@ct.de)