Alle Kanäle im Griff

Veröffentlicht am: 28.03.2018

Schaltbarer USB-Hub bringt Ordnung in das Testgeschehen von Multimedia-Geräten

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

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CONLINE - USB-Hubs

Bei der Wahl eines Autos kommt es inzwischen immer weniger auf die PS an sondern auf das Infotainment-Angebot. Opel preist daher seinen kultigen Kleinwagen Adam bereits als ein "Smartphone auf Rädern" an. In Fahrzeugen der neuen Generation wird erwartet, dass Memory-Sticks, Smartphones, Speicherkarten oder PDAs angeschlossen und betrieben werden können. Als Schnittstelle dient im Fahrzeug wie auch anderswo der USB-Standard. Das Management und die Verknüpfung der Geräte erfolgen in der Regel über Multimedia Hubs. Mit dem Infotainment hat endgültig die Unterhaltungselektronik und die IT Einzug in das Fahrzeug gehalten.

Für diejenigen, die im Fahrzeugbereich für die End-of-Line (EOL) Tests und andere Tests, wie RunIn, Stresstest und Dauerlauftests verantwortlich sind, war das Testen von Infotainment-Systemen zunächst Neuland. Und so bereiteten die für das Fahrzeugumfeld ungewohnten Geräte und ihre USB-Schnittstelle zunächst jede Menge Kopfschmerzen. 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 zurückgesetzt werden.

Was die Tester in dieser Situation schmerzlich vermissten, war die Möglichkeit, einzelne USB-Ports gezielt an- und abschalten zu können. Fieberhaft wurde der weltweite Markt abgesucht, aber ohne Erfolg. Einen USB-Hub, mit dem man einzelne Ports an- und abschalten kann, gab es nicht. Die Ingenieure von MCD erkannten die Notwendigkeit für ein solches Gerät und begannen, selbst einen schaltbaren USB-Hub zu entwickeln. In die Konzeption flossen all' die Möglichkeiten ein, die man bislang beim Gerätetest vermisst hatte. Herausgekommen ist ein äußerlich schlichtes Gerät, das es aber in sich hat und von dem Bruno Hörter sagt, dass die ganze Messtechnik-Welt darauf gewartet hat.

Die acht Downstream Ports des MCD USB-Hubs 8-Port können per Befehl einzeln ein- und ausgeschaltet werden. Beim Ausschalten werden die Versorgungsspannung von +5 V und die Datenleitungen über Halbleiterschalter getrennt. Die Steuerung erfolgt bspw. über die im Lieferumfang enthaltene PC-Software "USB-Hub Monitor". Ob und welche Ports nach dem Einschalten des Hubs aktiv sein sollen, z. B. um Zugriff auf Maus oder Tastatur zu haben, kann in einem nichtflüchtigen Speicher hinterlegt werden. Ein zentraler Schalter am Gerät erlaubt zusätzlich das vorübergehende Abschalten aller Ports bzw. das Wiederherstellen des vorherigen Schaltzustands.

Der Hub ermöglicht die Emulation batterieladefähiger Ports nach USB-IF BC1.2 CDP mit bis zu 1,5A je Port oder die Emulation dedizierter Ladegeräte nach USB-IF BC1.2 DCP, YD/T-1591 (2009) und anderer herstellerspezifischer Ladegerätprotokolle mit einem Ladestrom von bis zu 2,5A (ohne USB-Datenkommunikation). Zusätzlich zu den USB-Ports besitzt der USB-Hub noch einen 8-kanaligen Relaismultiplexer, mit dem eine zentral angeschlossene Gleichspannungs-Quelle / Senke von max. 48 V an jedem Port einzeln und unabhängig voneinander zu- oder abgeschaltet werden kann. Das erlaubt einerseits die Geräteversorgung mit einer anderen Spannung als 5 V und ermöglicht andererseits umfangreiche Stresstests. Die Abschaltung erfolgt zweipolig, so dass diese Leitungen völlig potenzialfrei sind.

Beim EOL Test eines Multimedia Hubs für Fahrzeuge der Luxusklasse kam der schaltbare USB-Hub erstmals zum Einsatz. Das Testgeschehen lief jetzt geordneter ab, weil die USB-Kanäle gezielt und nach Plan ein- und ausgeschaltet werden können 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 führen. Die Ausgänge des Multimedia Hubs können über die rechnergesteuerte USB-Kanalumschaltung mit unterschiedlichen Einheiten versorgt und geprüft werden (z.B. Schalten von USB-Sticks, USB-Speicherkarten, Handys, PDAs usw. an den zu prüfenden USB Anschluss). Über die elektronische intelligente Steuerung des MCD USB-Hubs werden diese Schaltvorgänge störungsfrei durchgeführt 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. Möglich ist auch die Verteilung von verschiedenen Prüfspannungen auf die zu prüfenden Devices über verschiedene Hubs mit unterschiedlichen Spannungen.

RunIn, Stresstest, Dauerlauftest:
Während des RunIn Tests werden viele Prüflinge gleichzeitig stimuliert und gemessen. Über mehrere MCD USB-Hubs werden die Prüflinge mit unterschiedlichen Versorgungsspannungen beaufschlagt. Die an die Relaismatrix angeschlossene Quelle / Senke kann über ihre eigene Steuerung Spannungs- und Belastungsprofile "fahren". Auf diese Weise können die Extremsituationen, die in einem Fahrzeug-Bordnetz immer auftreten können, sehr gut simuliert werden. Über die USB-Ausgänge werden die Steuerkanäle der Prüflinge über das Prüfprogramm auf mehrere USB-Rechnerschnittstellen geschaltet und die Kommunikation unter diesen Extrembedingungen geprüft.

Die MCD USB-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 Prüfstands-Software 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 einzigartige Ausgangsposition zum flexiblen Prüfen der unterschiedlichsten Einheiten mit USB-Kommunikation. Die Flexibilität beim Schalten der USB-Geräte über den MCD USB-Hub sowie die Möglichkeit auch noch Spannungen oder Belastungen zu schalten, machen den MCD Hub zu einem unverzichtbaren 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," sagt Bruno Hörter.

Der mitgelieferte MCD USB-Hub Monitor dient der komfortablen Bedienung des MCD USB-Hubs. Über den MCD TestManager oder Fremdsoftware wie LabView®, Microsoft Visual Studio®, C#, C++, Visual Basic, Microsoft Office® oder Open Office® kann der USB-Hub Monitor komplett ferngesteuert werden. Als Interface kommt hierbei COM/DCOM oder eine Net-Assembly zum Einsatz. Das erlaubt die Einbindung des USB-Hub Monitors in eine Vielzahl von Applikationen. Auch eine virtuelle COM Schnittstelle ist implementiert, damit kann der USB-Hub auch unter Linux betrieben werden.

Bruno Hörter weist auch auf den Energieeinsparungs-Effekt durch Abschalten nicht benötigter USB-Geräte und das Nutzen des Hubs als Ladestation für batteriebetriebene USB-Geräte (auch alleinstehend ohne USB-Host) hin.

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MCD Elektronik GmbH
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Frau Verena Feidy, verena.feidymcd-elektronik.SPAMPROTECTION.de