Bruno Hörter ist geschäftsführender Gesellschafter der MCD Elektronik.

Bruno Hörter ist geschäftsführender Gesellschafter der MCD Elektronik. MCD

Der USB-Standard ist längst auch jenseits der IT-Welt bekannt, selbst in modernen Autos stecken etliche USB-Buchsen. Wer End-of-Line-, Run-In, Stress- und Dauerlauftests aufsetzen muss, kommt nicht umhin sich mit dem Universal Serial Bus genauer zu beschäftigen. Dabei kommt es neben der Datenübertragung auch auf die Stromversorgung an. Bruno Hörter, Chef des Messtechnik-Spezialisten MCD im Baden-Württembergischen Birkenfeld, erinnert sich an etliche schlaflose Nächte. Der Grund: unsaubere Schaltvorgänge und Systemabstürze, verursacht von USB-gesteuerten Geräten. Falsch an- oder abgemeldete USB-Geräte sorgten zeitweise für ungeordnete Zustände. Einige der Geräte machten schon beim Boot-Prozess Schwierigkeiten, andere waren hängen geblieben und mussten rückgesetzt werden.

MCD liefert seinen schaltbaren USB-Hub in einem robusten Metallgehäuse für den Arbeitsplatz oder den 19-Zoll-Rackeinbau.

MCD liefert seinen schaltbaren USB-Hub in einem robusten Metallgehäuse für den Arbeitsplatz oder den 19-Zoll-Rackeinbau. MCD

Was die Tester in dieser Situation schmerzlich vermissten, war die Möglichkeit, einzelne USB-Ports gezielt an- und abschalten zu können. Fieberhaft durchsuchten sie den weltweiten Markt, aber einen USB-Hub, mit dem sie einzelne Ports elektronisch an- und abschalten könnten, gab es nicht. Die Ingenieure von MCD begannen daher kurzerhand, selber einen schaltbaren USB-Hub zu entwickeln. In die Konzeption flossen alle Features ein, die sie bislang beim Gerätetest vermisst hatten. Herausgekommen ist dann im Jahr 2014 ein äußerlich schlichtes Gerät, von dem Bruno Hörter sagt, dass die ganze Messtechnikwelt darauf gewartet hat. 2015 legten die Entwickler nach und liefern seither eine neue Version mit USB-3.0-Ports. Bruno Hörter erklärt dazu: „Tägliche Anfragen und hunderte verkaufte Geräte sind der beste Beleg für den Bedarf an schaltbaren USB-Hubs. Damit unsere Kunden die aktuellen technischen Möglichkeiten voll ausnutzen können, haben wir den Hub für den USB-3.0-Standard neu entwickelt. Der Vorteil gegenüber der Vorgängerversion ist eine bis zu zehnmal höhere Datenübertragungsrate und ein erweiterter Strombereich.“

Einzeln schaltbare Ports

Die acht Downstream-Ports des MCD-USB-Hubs lassen sich per Befehl einzeln ein- und ausschalten. Beim Ausschalten trennen Halbleiterschalter im Hub die Versorgungsspannung von +5 V und die Datenleitungen. Die Steuerung erfolgt über die PC-Software „USB-Hub Monitor“. Ob und welche Ports nach dem Einschalten des Hubs aktiv sein sollen, zum Beispiel um Zugriff auf Maus oder Tastatur zu haben, kann der Anwender in einem nichtflüchtigen Speicher hinterlegen. Ein zentraler Schalter am Gerät erlaubt zusätzlich das vorübergehende Abschalten aller Ports sowie das Wiederherstellen des vorherigen Schaltzustands.

Die acht Ports der USB-3.0-Version des Hubs übertragen Daten bis zu zehnmal so schnell wie der Vorgänger.

Die acht Ports der USB-3.0-Version des Hubs übertragen Daten bis zu zehnmal so schnell wie der Vorgänger. MCD

Der Hub ermöglicht die Emulation batterieladefähiger Ports nach USB IF BC1.2 CDP mit bis zu 1,5 A je Port sowie die Emulation dedizierter Ladegeräte nach USB-IF BC1.2 DCP, YD/T-1591 (2009) und anderer herstellerspezifischer Ladegerätprotokolle mit einem Ladestrom von bis zu 2,5 A (ohne USB-Datenkommunikation). Zusätzlich zu den USB-Ports besitzt der USB-Hub noch einen achtkanaligen Relaismultiplexer, der eine zentral angeschlossene Gleichspannungsquelle/-senke von maximal 48 VDC an jedem Port einzeln und unabhängig voneinander zu- oder abschalten kann; in der USB-3.0-Version sind 30 VDC schaltbar. Herausgeführt sind diese Ports als je zwei Buchsen für Bananenstecker Das erlaubt einerseits die Geräteversorgung mit einer anderen Spannung als 5 V und ermöglicht andererseits umfangreiche Stresstests. Die Abschaltung erfolgt zweipolig, sodass diese Leitungen völlig potenzialfrei sind.

Der Mix von USB-Schnittstellen und konfigurierbarer Stromversorgung erlaubt es, USB-Geräte in allen erdenklichen Betriebssituationen zu testen.

Der Mix von USB-Schnittstellen und konfigurierbarer Stromversorgung erlaubt es, USB-Geräte in allen erdenklichen Betriebssituationen zu testen. MCD

Luxus-Test

Beim End-of-Line-Test eines Multimedia-Hubs für Fahrzeuge der Luxusklasse kam der schaltbare USB-Hub erstmals zum Einsatz. Das Testgeschehen lief jetzt geordneter ab, weil die Tester die USB-Kanäle gezielt und nach Plan ein- und ausschalten konnten mit automatischem An- und Abmelden der USB-Devices. Speziell bei diesen Funktionen traten ohne die Steuerung über den MCD-USB-Hub Probleme beim wiederholten Aus- und Einschalten auf, die unweigerlich zur Störung des Prüfablaufes nach einigen Prüfvorgängen führten.

Die Ausgänge des Multimedia-Hubs lassen sich über die rechnergesteuerte USB-Kanalumschaltung mit unterschiedlichen Einheiten versorgen und prüfen, zum Beispiel verbinden die Ingenieure den zu prüfenden USB-Anschluss nacheinander mit USB-Sticks, USB-Speicherkarten, Handys, PDAs und anderen Geräten. Über die elektronische intelligente Steuerung des Hubs laufen diese Schaltvorgänge störungsfrei ab und sind stets reproduzierbar, was speziell bei der Serienprüfung enorm wichtig ist. Über die zusätzlichen Schaltkanäle können Belastungen an den USB-Spannungsquellen simuliert und gemessen werden, was vor allem während der Entwicklung sehr praktisch ist. Möglich ist auch die Verteilung von verschiedenen Prüfspannungen auf die zu prüfenden Devices über verschiedene Hubs mit unterschiedlichen Spannungen.

Run-In-, Stress- und Dauerlauftest

Während des Run-In-Tests werden viele Prüflinge gleichzeitig stimuliert und gemessen. Über mehrere MCD-USB-Hubs erhalten die Prüflinge unterschiedliche Versorgungsspannungen. Die an die Relaismatrix angeschlossene Quelle / Senke kann über ihre eigene Steuerung Spannungs- und Belastungsprofile fahren. Auf diese Weise lassen sich die Extremsituationen, die in einem Fahrzeug-Bordnetz immer auftreten können, sehr gut simulieren. Über die USB-Ausgänge schaltet des Prüfprogramm die Steuerkanäle der Prüflinge auf mehrere USB-Rechnerschnittstellen und testet die Kommunikation unter diesen Extrembedingungen.

Eckdaten

USB-Hubs leiten Daten von einem Host zu vielen Geräten weiter. Um einzelne Geräte sauber an- und abzumelden, muss der Anwender für gewöhnlich den Stecker ziehen. Beim MCD-USB-Hub schaltet Software jeden Port einzeln, und zwar sowohl die Daten- als auch die Stromversorgungsleitung.

Die Hubs schalten im Testprogramm die Kanäle auf den Prüfrechner und stellen dadurch sicher, dass die richtigen Messwerte zu dem gemessenen Prüfling zugeordnet werden. Eine zentrale Prüfstandssoftware steuert nicht nur die USB-Hubs, sondern auch die externen Stromversorgungen und den Klimaschrank. Während der Temperaturprüfung im Bereich von -40 bis +80 °C werden die Tests wiederholt durchgeführt und die Messwerte in einer Datenbank abgespeichert.

Die befehlsgesteuerte Simulation der verschiedenen USB-Betriebsarten inklusive der Ladefunktionen bietet eine ideale Ausgangsposition zum flexiblen Prüfen der unterschiedlichsten Einheiten mit USB-Kommunikation. Die Flexibilität beim Schalten der USB-Geräte sowie die Möglichkeit auch noch Spannungen oder Belastungen zu schalten, machen den neuen MCD-Hub zu einem wichtigen Teil eines zuverlässigen Testsystems. „Seit dem Einsatz dieser Geräte in unseren Testsystemen müssen wir uns keine Gedanken über die Zuschaltung von benötigten Programmiergeräten, Datenquellen, USB-Festplatten, Modems oder sonstigen Geräten mehr machen“, berichtet Bruno Hörter.

Bedienung per Monitor

Der mitgelieferte MCD USB-Hub-Monitor dient der komfortablen Bedienung des Hubs. Über den MCD-Testmanager oder Fremdsoftware wie Labview, Microsoft Visual Studio, C#, C++, Visual Basic, Microsoft Office oder Open Office können Anwender den USB-Hub-Monitor komplett fernsteuern. Als Schnittstelle kommt hierbei COM/DCOM oder ein Paket einer .Net–Anwendung (Assembly) zum Einsatz. Das erlaubt die Einbindung des USB-Hub-Monitors in eine Vielzahl von Applikationen. Auch eine virtuelle COM-Schnittstelle ist implementiert, um den USB-Hub unter Linux zu betreiben.

Bruno Hörter weist auch auf den Energieeinsparungseffekt hin, der durch das Abschalten nicht benötigter USB-Geräte entsteht, sowie auf das Nutzen des Hubs als Ladestation für batteriebetriebene USB-Geräte.