Tuning von USB-Kabeln

gregor
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Beitrag von gregor »

Werte USB-Kabelbastler,

einige der Ideen aus diesem Thread habe ich ausprobiert, was sehr spannend war. Die meisten der dabei entstandenen Kabel klangen besser als die RME Standardstrippe, geringfügige klangliche Unterschiede untereinander führe ich im Wesentlichen auf Impedanzunterschiede zurück. Die 90 Ohm Wellenwiderstand des USB-Standards scheinen aber für die Strecke iMac-Fireface UC nicht so ganz zu passen, jedenfalls habe ich bisher mit Kabeln um die 110 Ohm die besten Erfahrungen gemacht.

Sehr bald habe ich mich auf Anlöten der PINs 2 und 3 beschränkt und diverse Leiterbündel aus Kat5 und Kat7 Kabeln verwendet. Die Fireface benötigt nicht mehr. Ein Kat7 Leiterbündel aus einem Verlegekabel schlägt sich hervorragend, dabei bin ich geblieben (siehe auch Tauschangebot http://www.aktives-hoeren.de/viewtopic. ... 742#p66742). Ich habe erst ein Kat6-Kabel probiert und bin immer noch neugierig.

Interessanterweise ließ sich bei allen Kabeln eine weitere Verbesserung erzielen, wenn zusätzlich die 5V Versorgungsspannung extern und sauber dazukam, bei mir durch das sBooster Netzteil. Sobald die PC-Versorgungsspannung auf PIN 1&4 mit dabei war, wurden die Ergebnisse schlechter. Kabelkonzepte, die etwas Luft schaffen zwischen Datenleitung und Versorgung sind m. E. zu bevorzugen, wenn man auf die 5V vom Rechner nicht verzichten kann.

Insgesamt war ich sehr überrascht von dem deutlichen Unterschied zwischen Standardstrippe und meinem bisherigen "Referenzkabel". Dabei ist DIY bei USB-Kabeln kinderleicht und darüber hinaus auch noch extrem preiswert - im Falle der Fireface braucht es gerade mal vier Lötstellen.

Was mir noch fehlt, wäre ein "USB-Jitter-Monitor". Gert?

Beste Grüße
gregor
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Breti
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Beitrag von Breti »

Ich habe vor einiger Zeit mal einige USB Geräte entwickelt und mich dazu auch etwas intensiver mit der USB Datenübertragung beschäftigt. Wenn man sich da die Details etwas genauer ansieht, dann wundert man sich doch über die angeblichen Effekte, die diese super tollen (und teuren) USB Kabel für Audio Anwendungen haben sollen. Insbesondere weil viele dieser "Highend USB Audio Kabel" selbst nicht ansatzweise den USB Standard einhalten.

Für die, die sich nicht so gut auskennen versuche ich mal die Datenübertragung von USB etwas vereinfacht darzustellen:
  • Die Datenübertragung geschieht bei USB über ein differentielles Adernpaar. Signalpegel ist 3.3V.
  • Die Datenübertragung ist grundsätzlich paketbasiert mit Checksummen und Acknowledgements abgesichert. Kommt auch nur ein Bit falsch an, geschieht eine erneute Übertragung des fehlerhaften Paketes.
  • Die einzelnen Pakete auf der untersten Ebene können unterschiedlich lang sein - je nach Bedarf und Rechenkapazität des Empfängers. Eine übliche Größe wären z.B. bei USB Fullspeed 64byte + Header. Größere Pakete werden dabei mitunter in mehrere kleinere zerlegt und einzeln übertragen. Der Empfänger setzt sie dann wieder zusammen.
  • Jedes einzelne Paket startet mit einer Präambel. Auf diese synchronisiert der Empfänger seine clock. Damit werden fehlerhafte Übertragungen aufgrund von Timingabweichungen von vorn herein unterbunden.
  • Der PC kann nur in bestimmten Zeitslots (bei USB Fullspeed sind diese mit 1ms getaktet) übertragen. Wann ein Paket genau übertragen wird ist nicht vorhersehbar. Es können mehrere Pakete pro Slot direkt nacheinander übertragen werden.
Man sieht also, dass aufgrund der Übertragung von Paketen in 1ms Taktung, den möglichen Retransmits bei Fehlern und der Willkür der PC Treiber eine präzise zeitgenaue Übertragung überhaupt gar nicht machbar ist. Im Gegensatz zu SPDIF, wo das Signal auch gleichzeitig den Sampletakt mitliefert, wird bei USB keinerlei Takt für die Musik Samples übertragen. Es werden schlichtweg die Daten - früher oder später - in Blöcken beim Empfänger bitgenau in einem Puffer ankommen. Der kann sie dann mit eigenem Takt nach analog wandeln und ausgeben.

Im Gegensatz zu einem SPDIF DAC muss ein USB DAC also grundsätzlich ein Reclocking machen - anders geht es gar nicht, denn er bekommt (anders als bei SPDIF Übertragungen) ja gar keinen Sampletakt mitgeliefert.

Diskussionen über die Kabelqualität eines USB Kabels zur Ansteuerung eines Audio DAC erübrigen sich daher solange die Kabel die Normen einhalten. Diese extrem teuren USB Kabel kann man sich getrost schenken.

Ich frage mich ja, wie gut dieses Acapella Kabel noch funktioniert, wenn man damit eine USB 2.0 Festplatte anschließt, die dann mit den vollen 480MBit/s Daten übertragen möchte? Aber vermutlich soll sich das "USB 2.0" in dem Titel nur auf die Stecker beziehen, die da verlötet sind... :roll:

Viele Grüße,
Thomas
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Hans-Martin
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Beitrag von Hans-Martin »

Hallo Thomas

dieses Magazin (mir liegt die gedruckte Ausgabe vor)

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hat einen Blindtest bei USB Kabeln gemacht, auf s.43-51 gehörte Klangunterschiede beschrieben und messtechnisch untermauert. Die Testkabel hatten Anstiegszeiten zwischen 11 und 13,5ns, gemessen zwischen 10% und 90% Signalamplitude. Es gab Unterschiede in der Anstiegsflanke, der Signalform und im überlagerten Rauschen.

Unter http://milleraudioresearch.co.uk/avtech kann man sich Messwerte zu den getesteten Geräten herunterladen, leider nicht zu den USB Kabeln.

Grüße Hans-Martin
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uli.brueggemann
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Beitrag von uli.brueggemann »

Breti hat geschrieben:Kommt auch nur ein Bit falsch an, geschieht eine erneute Übertragung des fehlerhaften Paketes.
Ist da nicht der Ansatzpunkt?

Was passiert, wenn nun entsprechend der eben von Hans-Martin zitierten Eigenschaften ein Bit falsch ankommt? Klar, macht nix, es wird ja neu übertragen. Und übertragen und übertragen und ...

Prima, wenn es doch irgenwann richtig ankommt. Trotzdem unverkennbar, dass dabei evtl. Prozessorlasten entstehen oder vielleicht der Chip, der das dann tut, in Rotation ist. Was elektrisch parallel auf der Masseverbindung sich tut oder sogar auf der 5V-Leitung, wenn diese noch mit im Spiel ist?

Dann könnte duch parasitärer Schmutz übertragen werden oder nicht? Selbst wenn das Datenpaket mit Prüfsummen gepampert irgendwann korrekt eintrudelt. Oder?

Grüsse
Uli
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Thias
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Beitrag von Thias »

Hans-Martin hat geschrieben: Die Testkabel hatten Anstiegszeiten zwischen 11 und 13,5ns, gemessen zwischen 10% und 90% Signalamplitude.
Es gab Unterschiede in der Anstiegsflanke, der Signalform und im überlagerten Rauschen.
Wenn das die Unterschiede der Testkabel sind, kann man getrost sagen, dass sie keinerlei Einfluss auf den Klang haben können bei USB-Übertragung (davon abgesehen kann ein Kabel keine Anstiegszeiten haben, höchstens Kapazitäten und Induktivitäten).
1. Anstiegszeit
Bei einem Logikpegel spielt der gesamte Spannungshub keine Rolle. Bei z.B. CMOS 5V-Pegel spielt nur der Hub von 1,5-3,5 V am Eingang eine Rolle für L und H.
2. Anstiegsflanke
Wie schnell der Hub übersprungen wird (Flankensteilheit) spielt für die Daten keine Rolle, solange es in der Spezifikation bleibt. Schneller heißt also nicht "ein besseres" L oder H.
3. überlagertes Rauschen
So lange das Rauschen, Brummen oder sonstige Störeinflüsse die 3,5 V des L-Signals nicht übersteigen, bleibt es ein L und wird auch kein L+ :wink:
4. Jitter
Wie weiter oben schon beschrieben werden Pakete mit Prüfsummen verarbeitet, die Musiktaktung gibt es noch nicht.
Im Puffer liegt ein Datenwort und es ist völlig egal, ob dieses Datenwort mit hoher, niedriger oder auch sich ändernder Taktung übertragen wurde. Diese Zahl kann sich bei der Übertragung nicht ändern oder es ist ein Fehler. Jitter kommt erst ins Spiel, wenn der DAC diese Zahlen aus dem Puffer ausliest.

So weit jedenfalls die Theorie oder Stand der Technik auf der Digitalseite.
Ob da was an dem Klang dran ist, werde ich vielleicht in den nächsten Tagen mal testen. Und wenn, dann kann es nur ein "Durchschschlagen" von Störungen auf die Analogseite sein. Aber diese müsste man deutlich hören können, egal welche Zahlen rüber gereicht werden, also auch Nullen, sprich 0V Analogsignal.

Grüße
Thias
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Thias
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Beitrag von Thias »

uli.brueggemann hat geschrieben: Und übertragen und übertragen und ...

Prima, wenn es doch irgenwann richtig ankommt. Trotzdem unverkennbar, dass dabei evtl. Prozessorlasten entstehen oder vielleicht der Chip, der das dann tut, in Rotation ist.
Uli???
ein zu sehr rotierende und gestresster Prozessor äußert sich bei mir nur in sehr gut hörbaren dropouts :roll:
Das kann man ja sehr gut provozieren, ich habe aber noch nie gehört, dass vorher der Klang schlechter werden würde und die Bühne je nach Last immer mehr zusammenbricht :wink: .
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uli.brueggemann
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Beitrag von uli.brueggemann »

Thias hat geschrieben:Und wenn, dann kann es nur ein "Durchschschlagen" von Störungen auf die Analogseite sein.
Thias hat geschrieben:ich habe aber noch nie gehört, dass vorher der Klang schlechter werden würde und die Bühne je nach Last immer mehr zusammenbricht :wink: .
Thias,

gutes Argument.

Doch woher sollen denn Störungen kommen, wenn nicht durch den Prozessor bzw. schlechte Übertragungsketten mit repetierender Übertragung? Vielleicht per Kirlian-Strahlung durch den Zuhörer :mrgreen: ?

Ich kann mich erinnern, einmal demonstriert bekommen zu haben, wie der Klang eines CD-Spieler "zusammenbrach" als eine Münze unter einen Fuss gelegt wurde. Geht doch auch nicht, wenn die Daten wiederum mit Fehlerkorrektur versehen sind. Dass dabei die Regelung des Lesekopfes mehr Mühe hat, denselbigen in der Spur zu halten, macht sich dann vielleicht doch in der Spannungsversorgung bemerkbar.

Die Versorgungsspannung ist Bestandteil der Signalkette. Die Masseleitung auch.

Grüsse
Uli

PS: bin selbst Verfechter gepufferter Daten. Aber es macht auch einmal Freude mitzuspekulieren.
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Fujak
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Beitrag von Fujak »

Hallo zusammen,

die Diskussion, ob unterschiedliche USB-Kabel unterschiedliche Klangeigenschaften bewirken, ist m.E. nicht mit dem pauschalen Bits-are-Bits-Argument zu beantworten.

@Thomas: Als jemand, der sich mit USB eingehender befasst hast, weißt Du sicher, dass es mehrere Übertragungsmodi innerhalb der USB-Spezifikation gibt. Davon besitzt genaugenommen nur der sog. Control-Transfer (zur Detektierung und "Kontaktaufnahme" zweier USB-Geräte/Endpunkte) sowie der sog. Bulk-Modus, der durch eine Prüfsumme gemäß CRC16 die Korrektheit der übertragenen Daten absichert und ggf. die Übertragung einzelner Datenpakte wiederholt.

In Audio-Anwendungen hingegen kommt der sog. Isochrone Übertragungsmodus zur Anwendung. In ihm werden - wie der Name schon sagt - gleichbleibende - d.h. garantierte - Bandbreiten für die Datenübertragung ausgehandelt (was bei Audiodaten-Übertragung unabdingbar ist). Die Unterscheidung innerhalb des Isochronen Datentransfers zwischen isochronen und asynchronen Endpunkten (d.h. ob im Sender oder im Empfänger die Funktion des Hostcontrollers zur Steuerung der Datenpakete vorgesehen ist) lasse ich außen vor, da für beide Varianten das gleiche gilt.

Ob die Daten korrekt ankommen oder nicht, wird im Isochronen Transfer zwar ebenfalls mit einer Prüfsumme (CRC16) kontrolliert, aber nicht abgesichert in dem Sinne, dass bei Übertragungsfehlern das entsprechende Datenpaket wiederholt wird. Die fragmentierten Daten werden also einfach weiterverarbeitet. Übertragungsgfehler kann man sich zwar protokollieren und anzeigen lassen, aber dann ist es bereits passiert.

Dieses Vorgehen ist insofern sinnvoll, als damit die Taktung innerhalb der ausgehandelten Bandbreite konstant bleiben kann. Ein nochmaliges Versenden ist nur bei zeitunkritischen Übertragungen (Kopieren von Daten etc.) sinnvoll (und im Sinne der Datensicherheit sogar unabdingbar).

Es ist aber insofern kritisch, weil damit in Audioanwendungen fehlerhaft ankommende Daten klangliche Auswirkungen haben, obwohl der Datenstrom weiterhin intakt ist, also die ausgehandelte Bandbreite weiterhin zur Verfügung steht.

Die zweite Fehlerquelle ist der Takt selbst, der im Unterschied zum SPDIF-Protokoll kein im Audiostream implementiertes Taktsignal enthält sondern sich die Taktung aus der zeitlichen Abfolge des Versandes (isochrone Endpunkte) bzw. der Anforderung (asynchrone Endppunkte) der Datenpakete ergibt.

Dieser Takt wird durch einen Oszillator am USB-Bus bereitgestellt, der für die korrekte Arbeitsweise gerade im Isochronen Transfer auf einen Wellenwiderstand im Kabel von 90 Ohm angewiesen ist, um die Datenpakte im richtigen Zeittakt zu versenden (isochrone Endpunkte) bzw. anzufordern (asynchrone Endpunkte).

Ich will das nicht weiter auswalzen - es gibt genügend Informationsquellen dazu - ich möchte lediglich deutlich machen, dass hier viele Faktoren eine Rolle spielen, aus denen ableitbar ist, dass die Qualität des Kabels durchaus klangentscheidend ist. Gerade die Zeitdomäne ist der Faktor, der in der Diskussion um den klanglichen Einfluss digitaler Übertragungskabel oft ignoriert wird und die Diskussion stattdessen eindimensional auf Bitgenauigkeit reduziert wird.

Grüße
Fujak

P.S.: Noch ein Nachtrag: Die exakte zeitliche Taktung der Datenpakete ist deshalb wichtig, weil sie im DAC interpretiert wird für die D/A-Konvertierung. Anstiegszeiten an den Flanken und die Qualität der Flanken selbst haben damit klangentscheidende Bedeutung. Das ist genau der Hintergrund, weshalb USB-DACs asynchrone Endpunkten bevorzugen, also selbst den Takt vorgeben, mit dem die Datenpakete angefordert bzw. versendet werden. Das gelingt in einem DAC besser als in einem PC-System, in welchem es schwieriger ist einen Lowjitter-USB-Bus-Takt zu generieren.
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ESM
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Beitrag von ESM »

Hi zusammen,

da ich, wie vermutlich wir alle, das Bestreben nach weiterer Klangsteigerung habe, interssiert mich das Thema weiterhin berennend, denn ich möchte kein Potential verschenken, aber auch niemanden mein hart verdientes Geld hinterher schmeißen.
In den Weiten des WWW sind wir hier im AH-Forum nicht die einzigen, die nach Erklärungen für vielen der hier heiß und kontrovers diskutieren Klangverbesserer suchen.
Die einen meinen signifikante Unterschiede zu hören, die anderen hören nichts.
Es gibt da jemanden der zumindestens versucht, an die Sache mit Objektivität dran zu gehen.

Neben vielen anderen ernüchternden Tests hat Archimago auch einen WorstCase Test mit USB Kabeln gemacht UND er hat auch gemessen :wink:
MEASUREMENTS: USB Cables for Audio DAC's
Fujak, übrigens grad noch dort gelesen, das hier auch der von dir genannte Isochronous USB Modus getestet wurde.

Vieleicht ist das alles noch nicht professionell genug. Gegenüber dem, worüber wir hier die ganze Zeit diskutieren und spekulieren, finde ich, ist das schon mal ein echter Meilenstein....


viel Spass beim Lesen - auch der anderen Mess- und Hörergebnisse! Ganz aktuell hat er auch einen jPlay Test veröffentlicht. Den verlinke ich mal noch im jPlay Thread....

Gruß Erwin
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Fujak
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Beitrag von Fujak »

Hallo Erwin,

dieser Test ist für mich nur von begrenzter Aussagekraft. Immerhin wurde hier kein professionelles Jitter-Messgerät eingesetzt; die über 20 Jahre alte Dunn-Methode durch Interferenz zweier Frequenzen Jitter zu ermitteln, ist sicher ein gewisser Behelf, aber nicht gleichzusetzen mit modernen Analysegeräten. Das, was man bei diesen Tests zu sehen bekommt, ist wie bei allen Audio-Messungen das Ergebnis USB-Kabel plus Mess-System (PC, Audiointerface etc.) Über die Qualität des Mess-Systems ist nichts zu lesen. Somit ist auch nicht klar, was da nun in die Messung einfließt.

Zudem handelt es sich bei den vorgestellten Kabeln nicht um die qualitativen Unterschiede, um die es bei hochwertigen USB-Kabeln geht. An Goldkontakten oder Ferrit-Kern entscheidet sich sichelich nicht die Klangqualität (allein).

Bezeichnend finde ich übrigens diesen Ausschnitt:
Archimago hat geschrieben:(...) I really wasn't expecting much either. Since then, I've been satisfied with the selection of generic cables I've collected over the years as computer parts or 'freebies'. It is in this light that I selected among my assortment, 3 A/B USB 2.0 cables to test out:
Manchmal - wie auch bei diesem Test - kann ich mich des Eindruckes nicht erwehren, dass Messungen so durchgeführt werden, dass die vorgefasste Meinung bestätigt wird.

Grüße
Fujak
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Thias
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Beitrag von Thias »

Fujak hat geschrieben:Die exakte zeitliche Taktung der Datenpakete ist deshalb wichtig, weil sie im DAC interpretiert wird für die D/A-Konvertierung. Anstiegszeiten an den Flanken und die Qualität der Flanken selbst haben damit klangentscheidende Bedeutung.[/b] Das ist genau der Hintergrund, weshalb USB-DACs asynchrone Endpunkten bevorzugen, also selbst den Takt vorgeben, mit dem die Datenpakete angefordert bzw. versendet werden. Das gelingt in einem DAC besser als in einem PC-System, in welchem es schwieriger ist einen Lowjitter-USB-Bus-Takt zu generieren.


Hallo Fujak,

hast du dafür eine Quelle?
Genau das kann ich mir eben nicht vorstellen. Es ist doch egal mit welcher Flankensteilheit das Wort übertragen wird, solange es wieder richtig im Puffer steht. Jedenfalls bei einem asynchronen DAC.
Und wenn dann mal ein falsches oder kein Wort im Puffer steht, dann äußert sich das durch Knackser oder dropouts. In einem Register oder Puffer ist das Wort statisch, völlig unabhängig von der Zeit, die werden doch nicht im Flug gelesen... Wie soll da noch ein Jitter rausgelesen werden? Wie sollen dann bitte rein analoge Eigenschaften wie straffer Bass und weite Bühne entstehen?
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ESM
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Beitrag von ESM »

Hallo Fujak,

Ich hatte dazu geschrieben, dass die Methoden möglicherweise nicht die Goldrandmessmethoden sein müssen. Wir sind hier aber schon ein Stück weit weiter, als die reinen Spekulation und Thesen, die zu nichts anderem führen, außer das wir uns gefühlte 1000 Seiten im Kreis drehen.

Gruß Erwin
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ESM
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Beitrag von ESM »

Hallo Fujak,
Fujak hat geschrieben: Manchmal - wie auch bei diesem Test - kann ich mich des Eindruckes nicht erwehren, dass Messungen so durchgeführt werden, dass die vorgefasste Meinung bestätigt wird.

Grüße
Fujak
Das finde ich nicht fair es ist zudem ein reines Totschlagargument. Der "Kollege" macht soetwas sicher nicht mal eben nebenbei, das steckt eine Menge Aufwand hinter. Meinst Du also, er ist selbst gar nicht an einer guten Wiedergabe interessiert? Wem soll man, wenn man die Wahl hat eher glauben schenken, oder wo ist gesundes Misstrauen angebrachter? Bei Jemandem, der mit Interesse und Leidenschaft soetwas untersucht, oder einem Kabel- oder Softwareanbieter mit dem Hauptziel, einen kommerziellen Gewinn zu erzielen?

Gruß Erwin
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Fujak
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Beitrag von Fujak »

Hallo Thias, hallo Erwin,

Wie ich bereits dargelegt habe, geht es mir nicht darum, mich hier in eine technische Diskussion zu involvieren, in der alles belegbar ist. Das ist es aus meiner Sicht nämlich in Wirklichkeit nicht. Wie ich im JPlay-Thread heute schon mal geschrieben habe, stehen wir eher am Anfang dessen, hörbare Phänomene im digitalen Bereich technisch erklären zu können.

Und genau das stört mich auch an den zitierten Berichten von Archimago, der beansprucht, durch technische Messungen und Erklärungen begründen zu können, warum es keine Unterschiede geben kann, indem er Mess-Designs wählt, die in ihrem Aufbau und der Auswahl der gemessenen Parameter nur eine begrenzte Aussage zu lassen und dabei außer acht lässt, dass es weitere Faktoren gibt.

Ich stehe auf dem Standpunkt, dass wir mit der Diskrepanz leben müssen, zwischen dem, was wir hören, und dem was technisch (noch nicht) erklärbar ist. Diese Diskrepanz wird im Laufe der Jahre sicher mit dem Zuwachs an gesichertem Wissen geringer werden, und es interessiert auch mich, was die technischen Hintergründe sind bzw. versuche auch selber, mir einen Reim darauf zu machen - auch in solchen Diskussionen wie in diesem Thread.

Aber die Schlussfolgerung, dass man unmöglich diesen oder jenen Unterschied hören könne, weil es mit den gewählten Messverfahren oder den angeführten Theorien nicht beweisbar sei, halte ich für zu kurz gegriffen.

Grüße
Fujak
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Beitrag von Fujak »

Hallo Ulli,
modmix hat geschrieben:Hallo Fujak,
HiFace nutzt nicht isochrones sondern asynchrones USB.
So wie mir die Terminologie geläufg ist, nutzt es den isochronen Transfer mit asynchronen Endpunkten, was oft verkürzt als asynchrones USB bezeichnet wird.

Grüße
Fujak
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