Die verschiedenen Übermittlungsoptionen mit USB 3.0.

Nach vier Jahren hat sich die USB 3.0-Schnittstelle erfolgreich im Bereich der industriellen Bildverarbeitung durchgesetzt. Der USB3-Standard spielt eine wichtige Rolle bei diesem Erfolg.

Für die Kabel definiert der USB3 Vision Standard nur die mechanischen Spezifikationen der Anschlüsse für die USB 3.0-Schnittstelle. Darüber hinaus gibt es seit der Einführung von USB 3.0 das Gerücht, dass diese Schnittstelle auf eine maximale Kabellänge von 3 Metern beschränkt ist. Diese Einschränkung gilt jedoch nur für passive Kabel, die streng nach dem allgemeinen USB-Standard ausgelegt sind. Die Erfahrung zeigt, dass die Spezifikationen des USB-Standards für den Markt der industriellen Bildverarbeitung zu streng sind. Bei passiven Kabeln erlaubt USB 3.0 Kabellängen von bis zu 8 Metern. Es gibt auch aktive und optische Lösungen für die Datenübertragung über USB 3.0 für größere Entfernungen. Hier erläutern wir die verschiedenen Übertragungsmöglichkeiten mit USB 3.0 und geben Empfehlungen für verschiedene Anwendungen.

 

Passive Datenübertragung

Während Twisted-Pair-Kabel weniger fehleranfällig sind, eignen sich Twinax-Kabel für längere Übertragungsstrecken. Beim Kontaktieren und Anschließen der Stecker an das Rohkabel ist es wichtig, nur niederohmige Diskontinuitäten im Übergangsbereich zu haben. Außerdem müssen die Leiterquerschnitte ausreichend dimensioniert sein. Deshalb ist es wichtig, dass das Kernmaterial nicht verunreinigt wird.

Zu niedrige Toleranzgrenzen können zu Instabilität des Systems führen, wie z.B. Bildverlust.

 

 

Datenübertragung aktiv

Der Computer erkennt den Redriver nicht als Teilnehmer zwischen der Kamera und dem Host. Die Signalaufbereitung wird nicht als zusätzlicher Interpretations-Schritt empfunden. Zusätzlich zu den Redrivern können Booster-Konverter installiert werden, die die Spannung des elektrischen Signals künstlich erhöhen. Die Schritt-für-Schritt-Wandler verbrauchen zusätzlichen Strom, gewährleisten aber auch die notwendige 5-V-Stromversorgung an der Seite.

Die bisher am Markt erhältlichen Ausführungen der aktiven Kabelprodukte sind jedoch noch nicht ausgereift.

 

Optische Datenübertragung

Con el mayor voltaje y los núcleos pasivos más delgados, es posible implementar rutas de transmisión más largas incluso para la fuente de alimentación sin grandes pérdidas. Alternativamente, el voltaje también puede ser suministrado al final del camino de transmisión independientemente del cable óptico para que la longitud máxima de transmisión del cable óptico de fibra pueda ser utilizada.

 

Empfehlungen zur Verwendung von USB 3.0

Aufgrund der Eigenschaften der verschiedenen Übertragungsmöglichkeiten werden für die feste Verlegung von USB 3.0-Datenkabeln folgende Längen empfohlen:

 

USB 3.0- cables de datos
Länge 0,1 m – 5 m > 5 m – 8 m > 8 m – 20 m > 20 m
Technik Passiv:
Gedrehtes Paar
Passiv:
Twinax
Optisch:
Hibrido
Optisch:
Rein optisch
Wesentliche
Aspekte
– Industrietaugliche Qualität
– Großes Kamerasystem
– Große Spannungsquelle
( 5 V / 900 mA)

 

Die Erfahrung zeigt, dass die aktiven Komponenten der USB-Kabel für die Datenübertragung im Bildverarbeitungsmarkt noch nicht ausgereift sind und nur den sicheren Anschluss von insgesamt zwei 4 Meter langen passiven USB 3.0-Datenkabeln erlauben.

USB 3.0-Datenkabel können daher nur dann empfohlen werden, wenn eine Kabelunterbrechung unvermeidbar ist, wenn ein sauberes Design für einen Redriver vorliegt und wenn kein passives Twinax-Kabel verwendet werden kann.

 

USB 3.0, Gigabit Ethernet und Camera Link.

Mit der Einführung des USB3 Vision Standards wurde neben Gigabit Ethernet und Camera Link auch USB 3.0 als wertvolles Übertragungswerkzeug geschaffen. Die Vorteile von USB 3.0 sind eine Bandbreite von bis zu 380 MB/s, geringe Integrationskosten durch das Plug-and-Play-System und die Möglichkeit, mit verschiedenen Übertragungstechniken Kabellängen von mehr als 8 Metern zu erreichen. Gigabit Ethernet hingegen bietet die Vorteile der erfolgreichen Integration von Mehrkamerasystemen und ermöglicht lange Kabel von bis zu 100 Metern bei einer geringen Bandbreite von bis zu 100 MB/s. Schlechte USB 3.0-Kabel können zu Fehlermeldungen wie “verlorene Bilder” oder komplett unterbrochene Verbindungen zwischen Kamera und Host führen.

Dies kann den Eindruck erwecken, dass das USB 3.0-System unzuverlässig oder instabil ist.

 

Resumen

Die USB 3.0-Schnittstelle bietet verschiedene Übertragungsmöglichkeiten in Form von passiver, aktiver und optischer Datenübertragung. Eine Empfehlung für den Einsatz der verschiedenen Technologien basiert auf der erforderlichen Länge des Datenkabels. Mit dem richtigen Kabel und USB 3.0-Zubehör kann die passive Datenübertragung bis zu einer Länge von 8 Metern garantiert werden. Optische oder hybride Kabel machen die USB 3.0-Schnittstelle auch für Datenübertragungen weit über 8 Meter geeignet; sie hat sich bereits als unverzichtbare Datenschnittstelle im Bildverarbeitungsmarkt etabliert. Die USB 3.0-Datenschnittstelle schließt mit ihrer einfachen Aktivierung, hohen Bandbreite und Kosteneffizienz des gesamten Kamerasystems die Lücke zwischen Gigabit Ethernet und Camera Link.

Breitere Kerne reduzieren die Dämpfung von Datenübertragungen.

Passive Datenleitungen können dazu führen, dass Anwender fälschlicherweise glauben, dass Adern mit höheren Querschnitten die Dämpfung von Datenübertragungen reduzieren können. Dies gilt nur bedingt. Bei höheren Übertragungsfrequenzen tritt der sogenannte Skin-Effekt auf: Das Verhalten von Strömen in einem Leiter hängt von der Frequenz ab. Je höher die Frequenz, desto höher die Stromkonzentration außerhalb des Leiters. Dadurch wird ab einer bestimmten Frequenz der Strom hauptsächlich am Rand des Querschnitts übertragen. Durch den Skin-Effekt trägt das Zentrum eines Kerns mit größerem Querschnitt nicht mehr wesentlich zur Leitfähigkeit des Leiters bei.

Glasfaserkabel sind viel robuster als ihr Ruf vermuten lässt.

Entgegen vieler Annahmen sind Lichtwellenleiter optimal geschützt, haben minimale Biegeradien und sind EMV-beständig. Daher erfüllen sie in einer festen Installation die gleichen Anforderungen wie passive Kupferkabel. Mit dem richtigen Design können sie auch in mobilen Anwendungen eingesetzt werden.

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