USB

Mit den im letzten Herbst eingeführten USB4-Spezifikationen der Version 2.0 könnte USB-C der einzige Anschluss sein, den wir brauchen.

Der Übergang von analogen zu digitalen Audio- und Videosignalformaten in den letzten zwei Jahrzehnten hat die Pro-AV-Branche völlig neu definiert. Dadurch konnten wir mehr Pixel auf dem Bildschirm unterbringen und immersiven Klang an Lautsprecher-Arrays verteilen. Wir können Daten blitzschnell übertragen, Netzwerk-Switches und Software zur Verteilung von Audio und Video nutzen und 4K-Inhalte mit hohem Dynamikumfang über schnelle Netzwerke nach Hause streamen.

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Eine Aufgabe muss jedoch noch erfüllt werden: die Konsolidierung aller verschiedenen Arten von Anschlüssen, die für Video, Audio, Steuerung und Stromversorgung verwendet werden. Angesichts der Vielzahl von Anschlüssen, die wir in der analogen Zeit verwenden mussten, haben wir einen großen Schritt in Richtung Konsolidierung zurückgelegt: HDMI und DisplayPort können beide eingebettetes Audio übertragen, und die letztere Schnittstelle bietet auch Niederspannungsstrom. Twisted-Pair-Signalverstärker können Strom über Ethernet (PoE) zusammen mit RS-232 (immer noch verfügbar!) und Infrarotsignalen (ebenfalls immer noch verfügbar!) transportieren, aber das erhöht die Komplexität noch weiter.

Bis vor einigen Jahren existierten diese Video- und Audioschnittstellen getrennt von den Hochgeschwindigkeitsdaten, die über die USB-Schnittstelle (Universal Serial Bus) transportiert wurden. HDMI, DisplayPort und USB 2.0 waren bei Signal-Extendern (und einigen Matrix- und Präsentations-Umschaltern) häufig gemeinsam anzutreffen, blieben jedoch in ihren eigenen Spuren. Bis zur Entwicklung des USB-Typ-C-Anschlusses, zeitgleich mit der Veröffentlichung des USB-3.0-Standards.

Der Typ-C-Anschluss ist ein völlig anderes Tier als ältere USB-Typ-A-, Mini- und Micro-Versionen. Zum einen ist Typ-C ein kompakter symmetrischer 24-Pin-Anschluss, sodass es keinen Unterschied macht, wie Sie ihn anschließen. (Dies ist eine sehr praktische Eigenschaft, wenn Sie versuchen, Ihr Telefon nach einer langen Nacht aufzuladen.) Typ-C ist auch ein „intelligenter“ Steckverbinder, dessen Pins so konfiguriert werden, dass sie zur Anwendung passen. Müssen Sie Dateien verschieben und ein Gerät aufladen? Ohne großen Aufwand erledigt. Benötigen Sie mehr Spuren zum Verschieben von Daten? Du hast es.

Was Type-C wirklich zum Schlafanzug der Katze macht, ist, dass er auch Anzeige- und Audiosignale im sogenannten Alternate Mode transportieren kann. Wenn Ihr Laptop über Typ-C-Anschlüsse verfügt, benötigt er keine separate HDMI- oder DisplayPort-Buchse – schließen Sie einfach einen Monitor über ein Typ-C-Kabel an, genau wie Sie ein externes Solid-State-Laufwerk anschließen würden. (Obwohl der Alternate-Modus vollständig mit DisplayPort kompatibel ist, funktioniert er nur mit HDMI-Version 2.1, nicht mit 2.0 oder 1.3/1.4.)

Jetzt ist USB noch schneller geworden. Im vergangenen Oktober veröffentlichte das USB Implementers Forum (USB-IF) seine Spezifikation USB4 Version 2.0, die eine maximale Datenrate von 80 Gbit/s über Typ-C-Kabel und -Anschlüsse vorsieht. Das ist eine deutliche Leistungssteigerung für UHD-Displays, Speichergeräte sowie USB-basierte Hubs und Docks. Die Spezifikationen für USB Type-C und USB Power Delivery (USB PD) wurden ebenfalls aktualisiert, um dieses höhere Maß an Datenleistung zu unterstützen.

Da immer mehr Hersteller Typ-C-Schnittstellen und Signalmanagementprodukte einführen, wird es einen Vorstoß geben, die Anzahl der Anschlüsse und Kabel, die wir mit Computern und Displays verwenden, zu konsolidieren und zu vereinfachen.

In seiner Pressemitteilung kündigte das USB-IF an: „… Bis zu 80 Gbit/s Betrieb unter Verwendung einer neuen Architektur der physikalischen Schicht basierend auf PAM3-Signalkodierung, über bestehende 40 Gbit/s USB-Typ-C-Passivkabel und neu definierte 80 Gbit.“ /s USB-Typ-C-Aktivkabel.“ (PAM steht für Pulse Amplitude Modulation, ein Signalsystem, das auch für HDBaseT-Signalverstärker verwendet wird.) Beachten Sie, dass die maximale Datenrate von 80 Gbit/s nur gilt, wenn alle Spuren für Daten und keine anderen Anwendungen verwendet werden.

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Ein weiteres Merkmal von USB4 und dem „intelligenten“ Typ-C-Anschluss sind adaptive Datenübertragungsraten. Aus der Pressemitteilung: „Optional kann die USB-Typ-C-Signalschnittstelle für bestimmte Anwendungen, wie z. B. die Ansteuerung von USB4-basierten Displays mit sehr hoher Leistung, asymmetrisch konfiguriert werden, um bis zu 120 Gbit/s in eine Richtung zu liefern und gleichzeitig 40 Gbit/s beizubehalten. Es geht in die andere Richtung.“

Mit älteren HDMI-Versionen, DVI-Versionen oder analogen Anschlüssen wäre das nicht einmal vorstellbar. USB4 ermöglicht außerdem Enhanced SuperSpeed ​​USB-Datentunneling mit mehr als 20 Gbit/s (pro Lane) und ist mit DisplayPort Revision 2.1 und PCI Express Revision 4 kompatibel.

Warum ist diese zusätzliche Geschwindigkeit so wichtig? Bedenken Sie, dass ein UltraHD-Monitor (3840 x 2160 Pixel) mit einer Bildwiederholfrequenz von 120 Hz (für Spiele) und 10-Bit-RGB-Farbe eine Anzeigedatenrate von etwa 43 Gbit/s erfordert. Sowohl HDMI als auch DisplayPort haben ihre Spezifikationen in den letzten Jahren auf deutlich über 50 Gbit/s verbessert, um hohe Bildraten und eine größere Farbbittiefe zu unterstützen. Jetzt verfügen sie über eine universelle serielle Datenschnittstelle, die auf dem Vormarsch ist.

Ich sage „universell“, weil eine Migration zu Typ-C – etwas, das Apple bereits unternimmt, um von seinem proprietären Lightning-Anschluss zu wechseln – Skaleneffekte für Hersteller von kommerzieller und Unterhaltungselektronik bietet. Wenn ein Steckverbinder die ganze schwere Arbeit erledigen kann, warum sollte man ihn dann nicht belassen und gleichzeitig die Anzahl der Teile reduzieren, die auf Leiterplatten bestückt werden müssen? Einige Laptops verfügen bereits über mehrere Typ-C-Anschlüsse, von denen einer typischerweise den Alternate Mode unterstützt und andere für Daten und Strom optimiert sind.

Wie jedes andere Signal können USB-Bits über Hubs (entspricht Verteilungsverstärkern) an mehrere Ziele weitergegeben werden. Sie können auch über Umschalter an bestimmte Ziele gesendet werden. Und die Funktionsweise dieser Produkte zur Übertragung von HDMI- und DisplayPort-Signalen ist uns bereits bekannt. Hersteller von Signalmanagement- und -verteilungsprodukten erweitern jetzt ihr Sortiment um USB-Hubs und -Switches.

Es kommen auch Hybrid-Switcher-Produkte auf den Markt, die Typ-C- und HDMI-Eingänge kombinieren, allerdings ist die maximale Datenrate über die Typ-C-Anschlüsse derzeit begrenzt. Ein Beispiel, das ich von Lightware gefunden habe, bietet zwei Typ-C- und zwei HDMI 2.0-Eingänge mit einer maximalen Datenrate von 18 Gbit/s (gut genug für UltraHD/60 mit 8-Bit-RGB-Farbe) und zwei HDMI 2.0-Ausgänge. Das sind zwar kleine Schritte, aber es ist noch am Anfang, alle Funktionen der Typ-C-Schnittstelle auszunutzen.

Wie wir jetzt alle wissen, werden wesentliche Veränderungen in den Funktionen und der Konnektivität kommerzieller elektronischer Hardware durch Veränderungen in der Unterhaltungselektronik vorangetrieben. Die Umstellung von Apple auf USB-Typ-C-Anschlüsse wird wahrscheinlich dazu führen, dass andere Laptop-Marken dasselbe tun, auch wenn es einige Zeit dauern kann, bis sie damit einverstanden sind, auf separate HDMI-Schnittstellen zu verzichten. (Die Migration von DisplayPort zu Typ-C erfolgt viel schneller, da dieser Anschluss nicht so weit verbreitet ist wie HDMI.)

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Und was passiert mit der Thunderbolt-Datenschnittstelle? Thunderbolt 3- und Thunderbolt 4-Anschlüsse sehen genauso aus wie USB-C-Anschlüsse und ihre Anschlüsse sind physisch identisch. Sie können ein USB-C-Gerät problemlos an einen Thunderbolt 3- oder 4-Port anschließen. Derzeit ist Thunderbolt führend bei der Datenübertragungsgeschwindigkeit (40 Gbit/s) und wird dies auch noch eine Weile bleiben, da die Einführung von USB4 – wie bei jedem neuen Signalschnittstellenformat – einige Zeit in Anspruch nehmen wird. Und Thunderbolt kann auch Anzeige- und Audiosignale transportieren.

Dennoch sind die Zeichen für diskrete Signalschnittstellen nicht mehr wegzudenken. Da immer mehr Hersteller Typ-C-Schnittstellen und Signalmanagementprodukte einführen, wird es einen Vorstoß geben, die Anzahl der Anschlüsse und Kabel, die wir mit Computern und Displays verwenden, zu konsolidieren und zu vereinfachen. Und aus meiner Sicht ist USB4 Typ-C der wahrscheinlichste Kandidat, der als Sieger hervorgehen wird.

Im Januar stellte Pure Fi sein Pure Fi USB Type-C Active Optical Cable (AOC) vor. Das neue Kabel ist eines der ersten aktiven optischen USB-C-Kabel mit Geschwindigkeiten von bis zu 40 Gbit/s auf bis zu 30 Fuß und eignet sich ideal für Anwendungen, die Hochgeschwindigkeitsverbindungen zwischen Geräten erfordern, die nicht nahe beieinander liegen. Es ist mit den neuesten USB4- und Thunderbolt 3- und 4-Geräten kompatibel und bietet bidirektionale Konnektivität für eine Vielzahl aktueller und älterer USB-Geräte.

Mit einem Kabeldurchmesser von nur 0,2 Zoll gewährleistet der schlanke Formfaktor des Pure Fi USB-C AOC Konnektivität, ohne durch dickere Kabeloptionen behindert zu werden. Darüber hinaus können Benutzer mit dem 30 Fuß langen Kabel externe Laufwerke und andere Peripheriegeräte in einem Schrank oder in einem anderen Raum unterbringen und so die Geräusch- und Wärmeentwicklung vom Arbeitsplatz fernhalten. Seine Fähigkeit, bis zu 60 W Leistung über USB-C zu liefern, ist auch ideal für VR-Anwendungen, da das Kabel eine konstante Ladung für stundenlange ununterbrochene Nutzung liefert.

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Pete Putman, CTS, KT2B, ist der Präsident von ROAM Consulting.

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