Aktiv-optische Verkabelungen für CLHS und USB3.1 Gen2
Auf der Zielgeraden
Immer größere Sensoren mit immer höheren Auflösungen und Bildraten führen zu immer höheren Ansprüchen an die Schnittstellentechnologie und Verkabelung. Hohe Datenraten über immer längere Distanzen stabil und industrietauglich zu übermitteln, ist dabei eine große Herausforderung. Warum die Verkabelung in solch einem Fall nicht zum Nadelöhr wird, zeigen die neuen aktiv-optischen Lösungen von Alysium.
Bild 1 | Um aktuell geforderte Kabellängen für USB3.1 Gen2, Camera Link HS (CLHS) oder CoaXPress (CXP) zu ermöglichen, sind zukünftig optische statt kupferbasierende Verkabelungen notwendig. (Bild: Alysium-Tech GmbH)
Die Firma ist seit Jahren führend im Bereich der Überlängen im industriellen Kabelkonfektionssegment. Bereits 2005 konzentrierte man sich bei 1394b (FireWire) darauf, durch spezielle Rohmaterialien und Konfektionstechniken, elektrisch stabile und industrietaugliche Verkabelungen mit Überlängen von 10m passiv zu ermöglichen. Zudem wurden auch für Schnittstellen wie Camera Link (passiv, 10m, Full Config, >80MHz) oder USB2.0 über 8m Lösungen erarbeitet. Die neuesten Produkte sind aktuell im Bereich USB3.1 Gen1 zu finden. USB3.1-Kameras mit Micro-B-Anschlüssen können bereits seit über sechs Jahren mit bis zu 8m passiven Verkabelungen verbunden werden. Die neuesten Type-C-Kameras bieten aktuell Kabel bis zu 5m. Dies alles wurde meist durch einen optimalen Aufbau des Rohkabels inklusive enger Fertigungstoleranzen erreicht und – speziell für die A+ Familie – durch eine für die Industrie ausgelegte mechanische Robustheit ergänzt. Allerdings blieb Alysium dabei mit seinen Lösungen immer im rein passiven Bereich. Nur für einige Projekte wurden aktive Komponenten mit den bestehenden Kupferlösungen kombiniert. Bisherige aktive Lösungen basieren meist auf dem Lego-Baukasten-Prinzip (Zusammenstecken mehrerer Baugruppen) oder sind auf den üblichen Konsumertechnologien aufgebaut. Was aber im privaten Bereich zu einem Ausfall und einem erneuten Einstecken der Kamera bzw. des Computers führen kann, bedeutet im schlimmsten Fall im Industriebereich ein tagelanger Ausfall der Produktionsstraße, und dies ´nur´ wegen einer defekten, instabilen oder nicht für das industrielle Umfeld geeigneten Verkabelung. Alysium hatte daher schon immer den Anspruch, dass Verkabelungen auch in der Industrie Plug&Play-fähig sein müssen. Daher hatte man in den letzten Jahren keine aktive Lösung auf dem Markt forciert. Ein Blick über die derzeit gängigsten High-Speed-Schnittstellen zeigt aber, dass kupferbasierende Lösungen immer stärker an Ihre Grenzen gelangen. Gerade die aktuellen Weiterentwicklungen im Bereich USB3.1 Gen2, Camera Link HS (CLHS) und CoaXPress (CXP) führen dazu, dass kupferbasierende Verkabelungen nur noch in Applikationen zum Einsatz kommen (können), bei denen Kabellängen über wenige Meter ausreichend sind.
USB-3.1 Gen 2
Die in Zusammenarbeit mit Corning neu entwickelte aktiv-optische USB-3.1-Verkabelung befindet sich aktuell in finalen elektrischen und mechanischen internen Tests. Erste Freigabemuster gibt es ab dem 4. Quartal dieses Jahres an ausgewählte Partner und sind ab dem 1. Quartal 2018 ab Lager verfügbar. Die Besonderheit bei dieser Variante liegt in dem Fokus, eine wirklich industrietaugliche aktiv-optische Verkabelung anzubieten. Die neue Version wird im typischen A+ Die-Cast-Gehäuse angeboten und ist für Applikationen entwickelt, in der mit Störstrahlungen zu rechnen ist. Das eingesetzte Rohkabel ist direkt für Schleppkettenapplikationen ausgelegt, d.h. die Verkabelung auch Schleppketten-tauglich. Gerade im direkten Vergleich mit den bisherigen USB3.1-Gen1-Schleppkettenlösungen im Kupferbereich kristallisiert sich ein weiterer Vorteil der neuen Variante heraus: Die Kabel werden dünner und sind somit leichter verlegbar. Zusätzlich ist die optische Variante in der Verkabelung bereits auf Gen2 (10G) ausgelegt, d.h. die weiteren Entwicklungsschritte in den kommenden ein bis zwei Jahren werden in deutlich kürzeren Entwicklungszyklen zurückgelegt.
Bild 2 | HighFlex-USB3.1-Gen1-Kupferkabel im direkten Vergleich mit einer optischen Variante. Die optischen Kabel sind deutlich dünner und bereits auf Gen2 (10G) ausgelegt. (Bild: Alysium-Tech GmbH)
Camera Link HS
Nun zu der ersten hausinternen Entwicklung von aktiv-optischen Verkabelungen: Die Camera-Link-HS-Verkabelungen, die in den kommenden Monaten als HighFlex oder mit Standard-OM3-Kabel zur Auslieferung bereit stehen. Die neuen Verkabelungen wurden nach Gesprächen mit der Camera-Link-HS-Standardisierungsgruppe entwickelt. Sie bieten bereits heute für Applikationen genügend Reserven, bei denen die Anforderung an immer höhere Bandbreiten und eine sichere Übertragung über Distanzen >10m gefordert sind. Die Verkabelungen basieren mechanisch auf der CX4-Schnittstelle und sind voll kompatibel mit bestehenden Systemen. Die Schnittstelle ist weit über dem Camera-Link-HS-Bereich im High-Speed-Markt gängig und wird bereits seit vielen Jahren auch von Herstellern aus dem Datencenter-Bereich eingesetzt. Die von Alysium entwickelte optische Engine ist aktuell einzigartig in diesem Markt: Durch eine asynchrone 7/1-Auslegung der Leitungen bietet die Verkabelung die Möglichkeit von Bandbreiten bis zu 7×12.5G und einer Leitung retour. In Applikationen wurde die Verkabelung bereits erfolgreich mit 7x5G eingesetzt, weitere Tests mit 7x10G waren ebenso erfolgreich. Falls die maximale Bandbreite von 7×12.5G zukünftig nicht mehr ausreichen sollte, kann durch kleinere Modifikationen eine 7x20G-Version auf den Markt gebracht werden. Neben der elektrischen Leistungsfähigkeit und der Hardwareausnutzung des bestehenden CX4-Steckverbinders wird die neue Verkabelung sämtliche im Camera-Link-HS-Bereich üblichen Performance- und Kabellängen-Problematiken beseitigen und somit auch neue Märkte und Möglichkeiten eröffnen. Maximale Kabellängen von bisher 10m gehören somit endgültig der Vergangenheit an. Neben einer Variante mit einem gängigen OM3-Rohkabel wurde auch speziell eine neue HighFlex-Version entwickelt. Diese bietet im Vergleich zu den bisherigen Kupferlösungen einen deutlich schmaleren und flexibleren Kabelaufbau. In ersten Kundenapplikationen wurde bereits auf über 2Mio. Flexzyklen getestet. Die neue Lösung bietet absolut wettbewerbsfähige Preise, gerade im Vergleich mit ähnlichen kupferbasierten High-SpeedVerkabelungslösungen.
Auch für CoaXPress?
Bild 3 | CLHS-HighFlex-Kupferlösung im Vergleich mit der optischen Alternative. Durch eine asynchrone 7/1-Auslegung der optischen Leitungen sind Bandbreiten bis zu 7×12.5G und einer Leitung retour möglich. (Bild: Alysium-Tech GmbH)
