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USB 3.1 - eine Multifunktions-Schnittstelle

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Icron USB-Extender-Plattform Maverick

Die Maverick-Plattform verwendet die patentierte ExtremeUSB-Technologie, um USB-Signale über große Distanzen zur übertragen. Die Herausforderungen liegen in der Verarbeitung der hochfrequenten Signale und der gleichzeitigen Implementierung der USB-2.0- und USB-3.1-Interfaces.

Der Extender nutzt die volle Bandbreite von 10 GBit/s (Gbps), die der PHY der Ethernet-Schnittstelle bietet, aus. 5 GBps davon werden für die USB-3.1-SuperSpeed-Übertragung verwendet, die restlichen 5 Gbps stehen für andere Zwecke zur Verfügung. Was liegt näher, die hohe Bandbreite zu nutzen, um gleichzeitig ein Videosignal zu übertragen? Ebenso wie USB 3.1 können Videosignale hoher Bandbreite nur über kurze Distanzen übertragen werden. Maverick setzt eine ähnliche Technologie wie USB Type C im Alt- Mode ein: Auf der Host-Seite werden Signale separat eingespeist, elektrisch gemultiplext, über den gemeinsamen Kanal übertragen und auf der Device-Seite wieder aufgetrennt.

Maverick verlängert DisplayPort-1.2a-Si-gnale mit bis zu 4k-Auflösung bei 60 Hz ohne Chroma-Subsampling. Das Audio-Signal ist bereits im DisplayPort integriert. Damit das Grafiksignal, das bei der genannten Auflösung eine höhere Bandbreite als die zur Verfügung stehende benötigt, übertragen werden kann, wird es nach dem von der TICO Alliance ins Leben gerufenen Algorithmus visuell nicht sichtbar komprimiert. Untersuchungen zeigen, dass dieser Standard selbst den strengen Anforderungen der Medizintechnik genügt.

Das USB-Interface ist zu USB 3.1 Gen. 1 (5 Gpbs) und den Vorgängerversionen USB 1.1 und 2.0 kompatibel. Über ein CAT-Kabel lassen sich Distanzen von 100 m überbrücken, mit Glasfaser sind es 200 m. Neben den bereits erwähnten Schnittstellen steht ein 1-GBit-Ethernet-Kanal mit Abwärtskompatibilität zu 100 MBit zur Verfügung sowie RS-232 mit bis zu 115 k Baud.

Bild 4 zeigt den Schaltungsaufwand, der für die vollständige Implementierung inklusive 4-fach USB-Hubs nötig ist. In der Mitte der Leiterplatte sitzt der Maverick-Chip, rechts mit Kühlkörper der USB-PHY.

Die von Icron entwickelte Technologie ist in einem Extender-Produkt, bestehend aus LEX und REX, integriert. Auf der Device-Seite steht USB mit 4 Ports zur Verfügung, die gleichberechtigt und alle USB-3-2-1-fähig sind. Varianten mit und ohne paralleler Videoübertragung existieren. Da Icron extensive Tests mit allen verfügbaren USB-Devices im Labor durchführt, ist diese Extenderlösung universell einsetzbar. Der Aufwand, USB 2.0 und 3.1 parallel zu implementieren, rechtfertigt sich, in dem alle USB-Device-Typen und Hubs bedingungslos unterstützt werden.

Die hier vorgestellte Lösung passt überall dort, wo USB- und Video-Signale hoher Bandbreite gleichzeitig über eine Distanz von bis zu 200 m übertragen werden müssen, und eine zuverlässige Funktion ohne separate Einstellungen oder Installation von Software-Treibern gefragt ist.

Dazu zählen insbesondere bildgebende Verfahren in der Medizintechnik, interaktive Digital Signage vom Whiteboard bis hin zum Lageplan im Einkaufszentrum, die Videoproduktion und abgesetzte HMI-Lösungen im industriellen Bereich. Der Rechner kann dabei im sicheren und klimatisierten Rechenzentrum verbleiben, und nur der Monitor mit Touchscreen sind exponiert.

Fazit und Ausblick auf zukünftige Entwicklungen

Die Entwicklung bleibt nicht stehen. Zukünftige Produkte werden weitere Merkmale integrieren, die die USB-Extender noch vielseitiger einsetzbar machen. Beispielsweise sei Device Class Filtering erwähnt: ExtremeUSB kann über diese Funktion bestimmte Device-Typen zulassen oder aber die Kommunikation mit ihnen verhindern, etwa über USB angebundene Speichermedien, Kameras oder Eingabegeräte wie Tastatur und Maus.

Mit Device Class Filtering prädestiniert sich ExtremeUSB für den Einsatz in sensiblen Bereichen, in denen Daten vertraulich und innerhalb des Systems verbleiben sollen. Ebenso wird eine Version zur Verfügung stehen, die die bestehende 10-G-Ethernet-Verkabelung mit nutzen kann und USB-Daten als IP-Paket überträgt.

* Rudolf Sosnowsky ist Leiter Marketing und Applikation bei HY-LINE Computer Components Vertriebs GmbH in Unterhaching.

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