Design-Praxis
Displayschnittstellen im Vergleich
Fortsetzung des Artikels von Teil 4
Zielspezifikation: nur ein Kabel!
Häufig integrieren reale Anwendungen mehr als nur einen Monitor. Oft hat dieser Monitor einen Touchscreen, der über USB mit dem Rechner kommuniziert, oder weitere Tasten, die an der Maschine Sonderfunktionen auslösen, oder einen Leser für den Bedienerausweis. Dann ist es lästig, neben den Leitungen für Grafik und Stromversorgung weitere für USB oder andere Signale zu verlegen. Kann man denn nicht weitere Informationen über nur ein Kabel übertragen?
Thunderbolt
Thunderbolt ist eine Schnittstelle, die gemeinsam von Intel und Apple spezifiziert wurde. Alle Signale laufen über nur einen Stecker, der den PC mit der Peripherie verbindet. Die Revision 2 kombiniert DisplayPort und PCI Express in einem Kupferkabel. Die Datenübertragungsrate ist 20 Gbps, die sich auf beide Richtungen aufteilen.
Das Video-Protokoll ist an DisplayPort 1.1 angelehnt, das Datenprotokoll an PCI Express 2.0. Revision 3 steigert die Datenrate auf 40 Gbps; der Video-Teil entspricht DisplayPort 1.2, der Daten-Teil PCI Express 3.0.
HDBaseT
HDBaseT wird von der HDBaseT-Alliance mit den Gründungsmitgliedern Valens (Halbleiter), Panasonic (Bildschirme) und Sony Entertainment (Inhalte) unterstützt. Ziel ist es, fünf Signaltypen, 5-Play genannt, über nur ein CAT6-Kabel mit RJ45-Stecker zu übertragen. Die fünf Signale sind Video einschließlich Audio, Ethernet, USB, Steuersignale und Stromversorgung.
Die Übertragungs-Technologie ist proprietär, setzt aber auf einem Standard Ethernet PHY auf (10 Gbps). Dadurch können bis zu 100 m Distanz mit einem preisgünstigen Medium überbrückt werden. Beachtlich ist die gleichzeitig übertragene Leistung. Geräte mit bis zu 100 W Aufnahme können über das HDBaseT-Kabel versorgt werden.
USB-Type-C: DisplayPort Alternate Mode
Die aktuelle Variante von USB setzt auf die mit USB3.0 eingeführte Technologie. Zusätzlich zu den bekannten USB2.0-Signalen existieren separate High-Speed-Leitungen mit Bezeichnung Super Speed, getrennt für Sende- und Empfangsrichtung. Damit entfällt die Geschwindigkeitsreduktion durch Half-Duplex-Betrieb wie bei den Vorgänger-Versionen.
Die Idee ist diese Schnittstelle mit ausreichend Bandbreite für viele Anwendungen noch universeller zu nutzen. Dies schlägt sich in der Spezifikation von USB-Type-C nieder. Dabei werden die Schwachpunkte der bisherigen USB-Versionen, beginnend mit dem Stecker, umgangen.
Der neu definierte Stecker für USB-Type-C ist deutlich kompakter und passt auch in schlanke Gehäuse von Mobilgeräten. Er kann um 180° gedreht eingesteckt werden. Die Stecker sind an Host- und Device-Seite identisch, damit kann das Kabel jetzt bidirektional verwendet werden. Diese Designideen ermöglichen erst den wirklich universellen Einsatz der Schnittstelle: Unabhängig von der Steckerlage müssen die internen Leitungen den Kontakt zur Schnittstelle herstellen. Sie sind daher doppelt ausgelegt und werden von den Schnittstellen-ICs nach Bedarf umgeschaltet. Dies bedeutet, dass immer ein Leitungspaar pro Richtung für den Transport der USB-Daten genutzt wird, das andere aber ungenutzt bleibt.
Hier setzen die so genannten Alt Modes an, Betriebsarten, in denen die USB-Type-C-Schnittstelle für die Übertragung anderer als USB-Daten genutzt wird. Im DisplayPort Alt Mode stehen am USB-Stecker folgende Signale gleichzeitig zur Verfügung: USB3.1 mit 5 oder 10 Gbps, USB2.0 mit 480 Mbps, DisplayPort 1.2 mit bis zu 4k/UHD bei 60 Hz und USB-PD Power Delivery bis 100 W. Durch die Wendefunktion des Steckers bleibt ein Paar der SuperSpeed-Leitungen ungenutzt. In einem ersten Schritt wird dieses Paar für die Übertragung des Video-Signals genutzt. Die Richtung eines Empfangskanals wird dabei in Richtung Display umgekehrt. Der andere High-Speed-Kanal wird weiter für USB3.1 genutzt.
In einem zweiten Schritt wird das zweite Leitungspaar auch noch für Display-Daten genutzt. Damit steigt die für das Display verfügbare Bandbreite an, es steht jedoch kein USB3.1-Kanal mehr zur Verfügung. Wegen der Aufwärtskompatibilität bleibt der USB2.0-Kanal weiterhin bestehen. Bild 20 und 21 zeigen, wie die Leitungen des USB-Type-C für den Anschluss eines DisplayPort-Monitors umdefiniert werden.
- Displayschnittstellen im Vergleich
- Interne Schnittstellen
- Externe Schnittstellen
- Grenzen für die Bandbreite
- Zielspezifikation: nur ein Kabel!
- Alle Schnittstellen auf einen Blick
- Glossar
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