USB-hubs en docks: met of zonder voeding

Een hub splitst één USB-poort in meerdere; een dock doet dat en voegt video-uitgangen, Ethernet en opladen toe via één kabel. Het verschil dat bepaalt of je apparaten werken is voeding: een ongevoede (busgevoede) hub haalt alles wat hij nodig heeft uit de hostpoort, terwijl een gevoede hub een eigen adapter heeft en elk apparaat goed kan voeden. Een dock is normaal een gevoede hub met extra functies ingebouwd, meestal via USB-C of Thunderbolt.

Busgevoede en gevoede hubs

Een busgevoede hub haalt zijn stroom uit de hostpoort. Die poort levert 500 mA bij 5 V (2,5 W) op USB 2.0, of 900 mA (4,5 W) op USB 3.x. Elk apparaat op de hub deelt dat budget, dus een toetsenbord en een muis zijn prima en een draagbare schijf plus een telefoon die oplaadt niet. Wanneer het totaal meer is dan de poort kan geven, weigert de hub het apparaat of valt het apparaat midden in een overdracht weg.

Een gevoede hub heeft een eigen adapter en haalt zijn bedrijfsstroom niet uit de host. Elke downstream-poort kan dan de nominale stroom leveren, en de hub blijft werken wanneer de hostpoort bijna op zijn limiet zit. Dit is de enige verandering die de meeste gevallen van “usb-hub werkt niet” oplost: er werd van de hub gevraagd apparaten te draaien waarvoor hij geen voeding had.

Wat een dock toevoegt ten opzichte van een hub

Een dock voegt video-uitgangen, Ethernet en opladen toe via één kabel, meestal via USB-C of Thunderbolt. De videokant is geen USB-datafunctie in de gewone zin: het is DisplayPort Alt Mode die over de USB-C-connector wordt vervoerd, of een Thunderbolt-verbinding die DisplayPort naast PCIe en USB vervoert. Een gewone USB-hub kan geen video-uitgang maken die de host niet al levert.

Thunderbolt 4 geeft 40 Gbps, PCIe met 32 Gbps, twee 4K-schermen of één 8K, en het opladen van een laptop tot 100 W op ten minste één poort. Thunderbolt 5 geeft 80 Gbps in beide richtingen, tot 120 Gbps in één richting voor schermen, PCIe met 64 Gbps en opladen tot 240 W. USB4 werkt op 20 Gbps of 40 Gbps, en USB4 Version 2.0 op 80 Gbps, of 120 Gbps in één richting. USB4 is gebouwd op het Thunderbolt 3-protocol, dat Intel in 2019 aan de USB-IF schonk, en Thunderbolt 4- en 5-kabels werken ook als USB-C-kabels voor data en opladen. De verschillen tussen de twee families staan in Thunderbolt 3, 4 en 5 vs USB4.

Opladen is waar docks en hubs het vaakst verkeerd worden gelezen. Elke USB-C-naar-USB-C-kabel moet 3 A vervoeren, dus 60 W bij 20 V. Stromen boven 3 A vragen een 5 A-kabel met een e-marker-chip: 100 W-kabels, en 240 W Extended Power Range-kabels. USB Power Delivery Standard Power Range gaat tot 100 W (20 V bij 5 A) met vaste spanningen van 5 V, 9 V, 15 V en 20 V; PD 3.1 (2021) Extended Power Range gaat tot 240 W (48 V bij 5 A), met 28 V, 36 V en 48 V erbij. Een dock dat het opladen van een laptop adverteert, heeft een kabel en een hostpoort nodig die het wattage ondersteunen, niet alleen een dock dat het vermeldt.

Gedeelde bandbreedte op één hostlink

Een hub deelt één uplink onder al zijn apparaten. De linksnelheid wordt bepaald door de hostpoort en de hub, niet door het aantal poorten op de hub. USB 2.0 is 480 Mbps; USB 3.0, ook wel USB 3.1 Gen 1, USB 3.2 Gen 1 of USB 5Gbps genoemd, is 5 Gbps; USB 3.1 Gen 2, ook wel USB 3.2 Gen 2 of USB 10Gbps genoemd, is 10 Gbps; USB 3.2 Gen 2x2 is 20 Gbps en is alleen USB-C.

In de praktijk betekent dit dat een snelle SSD en een gigabit-Ethernet-adapter op dezelfde hub om dezelfde uplinkbandbreedte concurreren. Een enkele 5 Gbps-link zit ruim boven wat een gigabit-adapter nodig heeft, maar twee schijven die tegelijk kopiëren krijgen elk minder dan de volledige snelheid van de link. Een dock met zijn eigen Thunderbolt- of USB4-link heeft veel meer ruimte, en daarom worden docks in plaats van hubs gebruikt voor video en opslag samen.

Kabellengtelimieten die gelden voor hubs en docks

De specificatie stelt de lengtes van USB Type-C-kabels vast op snelheid: USB 2.0 tot 4 m (13 ft); USB 5Gbps tot 2 m (6,6 ft); USB 10Gbps tot 1 m (3,3 ft); passieve USB4 40Gbps tot 0,8 m (2,6 ft). USB 2.0-kabels gaan tot 5 m (16 ft) per segment, en met maximaal 5 hubs in een keten tot 30 m (98 ft) in totaal. Passieve USB 3.x-kabels met Type-A- of Type-B-stekkers worden meestal verkocht tot 3 m (10 ft); actieve en optische verlengkabels gaan verder. Het volledige stel limieten staat in maximale USB-kabellengte.

Een hub voegt een segment toe, geen gratis verlenging. Hubs achter elkaar zetten om verder te komen werkt binnen de segment- en hublimieten, maar elke schakel voegt een plek toe waar voeding en signaal te kort kunnen schieten. Voor een lange afstand naar één apparaat is een actieve of optische verlengkabel het schonere antwoord dan een keten van hubs.

Waarom een apparaat wegvalt op een hub

De gebruikelijke oorzaken, in de volgorde waarin ze het nakijken waard zijn:

• Voeding. Het apparaat heeft meer stroom nodig dan de poort of de busgevoede hub kan leveren. Een gevoede hub of een poort op de host lost het op.
• De verkeerde kabel. Een USB-C-kabel kan een USB 2.0-kabel zijn (480 Mbps) of 10, 20, 40 of 80 Gbps vervoeren. Een oplaadkabel heeft helemaal geen dataparen. Overstappen op een kabel die geschikt is voor de snelheid en het vermogen in gebruik is vaak de hele oplossing.
• Een hub zonder voeding terwijl het apparaat stroom verwacht. Busgevoede hubs kunnen een telefoon niet op volle snelheid opladen of een schijf niet betrouwbaar laten draaien.
• Videoverwachtingen. De video-uitgang van een dock hangt af van de hostpoort die DisplayPort Alt Mode of Thunderbolt ondersteunt. Een poort zonder dat heeft een actieve adapter nodig, en een hub kan die niet toevoegen.
• Driver- en firmwaregedrag. USB-naar-serieel-adapters bevatten een omzetterchip die de juiste driver nodig heeft, en nagemaakte chips kunnen door de drivers van de echte maker worden geblokkeerd. Hetzelfde geldt voor sommige Ethernet-chips in docks.

Hubs, docks en KVM-switches samen

Een KVM-switch deelt één toetsenbord, monitor en muis tussen computers, en EDID-emulatie zorgt dat elke computer een monitor blijft zien terwijl er weggeschakeld is, zodat vensters niet verspringen. Veel KVM-switches vervoeren nu USB-C of Thunderbolt, wat betekent dat het dock aan de apparaatzijde van de KVM kan zitten in plaats van direct op de computer. De bekabeling en het EDID-gedrag van die opstelling staan in KVM-switches: kabels, EDID en USB.

Kiezen tussen een hub en een dock

Kies een busgevoede hub wanneer de apparaten weinig stroom vragen: toetsenbord, muis, usb-stick, een printer met een eigen voeding. Hij is klein, heeft geen adapter nodig en is prima voor in de laptoptas.

Kies een gevoede hub wanneer meerdere apparaten tegelijk draaien, wanneer een ervan een schijf is of een telefoon die oplaadt, of wanneer de hostpoort al bijna op zijn limiet zit. De adapter is het punt van het product.

Kies een dock wanneer één kabel video, Ethernet, USB-apparaten en het opladen van een laptop moet vervoeren. Controleer drie dingen voor je koopt: de mogelijkheden van de hostpoort (USB-C met DisplayPort Alt Mode, Thunderbolt 4, Thunderbolt 5 of USB4), het oplaadwattage dat het dock en de kabel kunnen doorgeven, en de schermresolutie en verversingssnelheid die de host ondersteunt. Een dock kan niet meer dan wat de hostpoort levert.

Wat niet zal werken

• Een busgevoede hub die tegelijk een draagbare schijf en een opladende telefoon draait. Het stroombudget van de poort wordt gedeeld en het totaal overschrijdt het.
• Een oplaadbare USB-C-kabel die data vervoert, of een USB 2.0-kabel die een 10 Gbps-apparaat op volle snelheid vervoert.
• Een passieve USB-C-adapter die HDMI aanstuurt vanaf een poort zonder DP++ of DisplayPort Alt Mode. Dat vraagt een actieve adapter.
• Een lading van 100 W of 240 W via een kabel zonder e-marker-chip. Boven 3 A moet de kabel ervoor geschikt en gemarkeerd zijn.
• Een passieve USB4 40Gbps-kabel langer dan 0,8 m (2,6 ft) op volle snelheid.
• Ethernet of video van een dock dat werkt wanneer de hostpoort een gewone USB-datapoort zonder alternatieve modus is.
• Een USB-naar-parallel-adapter die een programmeur of dongle aanstuurt. Deze adapters werken met printers, waar ze als USB-printer verschijnen, maar niet met andere apparaten met parallelle poort.
• Een USB-naar-TTL-adapter die als RS-232 wordt behandeld. TTL/CMOS-serieel op 3,3 V of 5 V is geen RS-232, en de twee direct verbinden kan de laagspanningszijde beschadigen.