Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik USB Switch 2:16 Multiplexer


von Hack K. (hackerfleisch)


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Hi zusammen,


ich versuche mich an einer passiven Schaltung (kein USB HUB) via CMOS 
Schalter die ein LVDS (hier USB 2.0) Signal multiplexen soll.
Ich habe schon etliche Hersteller durchforstet, jedoch ohne Erfolg.

Ich möchte ein USB Signal (zwei Eingänge) wahlweise auf einen von 16 USB 
Ports durch schalten.

Als Doppel-USB Eingang (Entweder wird Eingang A ODER Eingang B 
geschaltet) wollte ich den TS3DS10224 MUX von Ti nehmen, wobei dieser 
schon recht hohe Ron & Con Werte hat...

Danach wollte ich das USB Signal auf 16 USB Ports Multiplexen. Da ich 
keinen 16:1 USB Multiplexer gefunden habe, wollte ich zum testen den 
MAX4899AE nehmen. Dies ist ein 4:1 Multiplexer, an jedem Ausgang kommt 
dann wieder ein MAX4899AE dran -> 16 USB Ports.

Die Spannungsversorgung würde auch durch spezielle MOSFETs (SQ4401EY & 
MAX1562H) geschaltet werden, dies ist aber nicht das Problem, daher 
lasse ich die 5V Versorgung hier erstmal aus.

Da eine so große aufsplittung des USB Bus bestimmt Probleme mit sich 
bringt habe ich bei Maxim erstmal ein EV-Kit des MAX4899AE bestellt und 
gleich mal eine Augendiagramm Messung durchführen lassen als diese an 
kamen.
Das Ergebnis ist nicht grade berauschend (siehe Anhang). Dazu ist zu 
sagen, das der Test NUR mit EINEM EV-Kit, also mit nur einem MAX4899AE 
durchgeführt wurde. Dafür wurden die USB Konnektoren und nicht die SMA 
Buchsen verwendet, da später auch USB Buchsen verwendet werden sollten.

Da das Ergibnis schon jetzt mit nur einem IC im Keller ist, brauche ich 
garnicht davon zwei in Reihe schalten bzw. zzgl. noch den TS3DS10224 
davor schalten.

Hat einer von euch Erfahungen in Bezug auf das Multiplexen von USB? Weis 
einer von euch einen 8:1 oder 16:2 USB Multiplexer?

Schon mal danke für konstruktive Antworten.

Gruß

von Falk B. (falk)


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@ Thomas D. (hackerfleisch)

>ich versuche mich an einer passiven Schaltung (kein USB HUB) via CMOS
>Schalter die ein LVDS (hier USB 2.0) Signal multiplexen soll.

>Hat einer von euch Erfahungen in Bezug auf das Multiplexen von USB? Weis
>einer von euch einen 8:1 oder 16:2 USB Multiplexer?

Wozu soll das gut sein? Was ist an normalen USB-Hubs nicht schön genug?

von Hack K. (hackerfleisch)


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Hi!

Ist doch egal wozu ich das benötige. Es hat seinen grund das kein HUB 
verwendet werden darf.

Ich bitte um Vorschläge wie dies zu realisieren ist bzw. welche 
Multiplexer noch verwendet werden können (hat einer Erfahrungen damit?) 
und bitte nicht warum ich da kein HUB nehme etc.

Gruß

von Falk B. (falk)


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@ Thomas D. (hackerfleisch)

>Ist doch egal wozu ich das benötige.

Nö. Denn oft liegt der Fehler im Ansatz, bzw. das Problem ist anders 
lösbar. Direkt oder indirekt.

> Es hat seinen grund das kein HUB
>verwendet werden darf.

Der natürlich geheim ist.

>Ich bitte um Vorschläge wie dies zu realisieren ist bzw. welche
>Multiplexer noch verwendet werden können (hat einer Erfahrungen damit?)

HF-Relais.

von Hack K. (hackerfleisch)


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Hi!

Also, HUBs dürfen nicht verwendet werden da diese Aktiv im Bus mit 
spielen. D.h. das Host Gerät muss den HUB an sich erkennen (treiber 
etc). Dies ist aber nicht gewünscht.

HF-Relais ist nicht wirklich eine Lösung. Diese wurden schon einmal 
verwendet, das Augendiagramm war dabei auch nicht wirklich toll (gerade 
bei Apple Produkten, die haben eine ganz üble Anforderung).
Zudem würde ich sehr gerne mit CMOS Technik arbeiten.

Ich hoff das Thema warum kein HUB und ungern Relais ist erledigt. :)

Gruß

von Falk B. (falk)


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@ Thomas D. (hackerfleisch)

>Also, HUBs dürfen nicht verwendet werden da diese Aktiv im Bus mit
>spielen.

Stimmt.

> D.h. das Host Gerät muss den HUB an sich erkennen (treiber
>etc). Dies ist aber nicht gewünscht.

Hmm.

>HF-Relais ist nicht wirklich eine Lösung. Diese wurden schon einmal
>verwendet, das Augendiagramm war dabei auch nicht wirklich toll

Das HF-Relais ALLEIN reicht freilich nicht, das Layout ist da sehr 
wichtig. Siehe Wellenwiderstand. OK, HF-Relais für differentielle 
Leitungen sind auch nicht so einfach zu bekommen.

>Ich hoff das Thema warum kein HUB und ungern Relais ist erledigt. :)

Steckerleiste mit USB-Steckern? ;-)

von Peter (Gast)


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Thomas D. schrieb:
> HF-Relais ist nicht wirklich eine Lösung. Diese wurden schon einmal
> verwendet, das Augendiagramm war dabei auch nicht wirklich toll (gerade
> bei Apple Produkten, die haben eine ganz üble Anforderung).

Das würde mich mal näher interessieren. Das kann ich mir nämlich kaum 
vorstellen ... oder die Relais waren eben nicht gut genug ... Warum hat 
Apple andere Anforderungen an USB als der USB-Standard?

Thomas D. schrieb:
> Zudem würde ich sehr gerne mit CMOS Technik arbeiten.

Und wie stellen wir uns das vor? USB = differentielles Signal und das 
ist so ziemlich das genaue Gegenteil von dem was CMOS ist. Das wird also 
garnix. Vielleicht solltest du mal lesen was CMOS ist.

Eine Möglichkeit ist von TI diese TS3USB221 Reihe. Das sind 
USB-Multiplexer ...

Oder Maxim MAX4899E

Oder Fairchild FSUSB74

Du bist nur zu faul zum Suchen ?!

von Hack K. (hackerfleisch)


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Hi peter.

Wenn du nicht zu blöd wärst zu lesen würdest du bemerken das ich z.b. 
den ic MAX4899 schon getestet hab, oder wo glaubst du ist das 
augendiagramm her?? Und glaub mir ich hatte viel gesucht und schon Regen 
Kontakt mit einigen Herstellern.

Hast du eigentlich meinen initialen post gelesen?
Hast du dir auch mal die Datenblätter von deinen vorgeschlagen ics 
angeschaut? Tststs..

Wieso gibt es immer die user die meinen bei jedem thread ohne Wissen 
schreiben zu müssen?
...

Apple schreibt z.b. einen volt drop vom i pad bei 2.3A Ladestrom von nur 
0.03V vor(4.93V)! Hat zwar grade nix mit den Datenleitungen zu tun, aber 
nur als Beispiel. Apple spezifiziert seine Produkte auf ihre eigene 
weise. Da haben Hersteller von Geräten mit einen usb port echt gelitten. 
Wenn di3 Produkte wenigstens was drauf hätten statt nur geld zu kosten, 
aber das ist ein anderes Thema und auch noch Ansichtssache.

Ach ja, peter. Bitte lass es mit deinen Kommentaren hier. Das Form hier 
könnte so toll sein wenn es nicht immer solche gibt die als besser 
wissen wollen und dann auch noch beleidigend da her kommen.
Was glaubst du den wie die switche funktionieren? Allein schon die 
Angabe das einige ics einen extra "charge pump" pin haben, sagt alles...


@den rest:
Ich dachte da auch an eine Lösung mit einem "normalen" LVDS 8:1 oder 
16:1 multiplexer mit einer Bandbreite von ~3gbit oder so. Der sollte 
dann hoffentlich besser funktionieren.


Gruß

von Michael H. (michael_h45)


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hm... was kann denn der peter dafür, dass du zu blöd bist, cmos zu 
verstehen?
der kann auch nix dafür, dass du dir sowas widersinniges wie "nicht 
gewünscht" hast aufschwatzen lassen, ohne das hirn oder die eier zu 
haben, um zu sagen, dass du das nicht drauf hast.

immer locker bleiben und viel spaß noch ^^

von Frank K. (fchk)


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Eine Möglichkeit: Du verwendest separate USB PHYs wie zB TUSB1210, pro 
Port einen. Dann brauchst Du keine Analogsignale schalten, sondern nur 
noch Digitalsignale, und das sollte mit einem schnellen FPGA kein 
Problem sein.

In wieweit insbesondere High-Speed USB bei den Durchlaufzeiten 
mitspielt, weiß ich nicht. Wenn Du es einrichten kannst, dass der Host 
einen USB-Controller mit ULPI-Interface hat oder bekommt, würde das die 
Sache erheblich vereinfachen.

Das ist jetzt nur mal so eine spontane Idee von mir - denk mal drüber 
nach.

fchk

PS: brauchst Du High Speed oder tut es auch Full Speed?

von Hack K. (hackerfleisch)


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Hi Frank,

danke für Deine Idee!

Leider würden diese PHYs wieder aktiv mit spielen bzw. den Bus selbst 
generieren.
Wie ich im initalen Post geschrieben habe, darf der USB Bus nicht aktiv 
beeinflusst werden. Dieser kommt von einem Host in dem nicht 
eingegriffen werden darf.

D.h. zwischen dem Host und dem DUT hängt dann meine HW welche aus Sicht 
des USB Bus nicht sichtbar sein darf und am besten (Utopie) keine 
negativen Einflüsse auf den USB Bus auf weist.

Eine andere Möglichkeit, welche ich aber schon länger verworfen hatte, 
wäre den USB Bus Sternförmig auf der PCB an jeden Port an zu fahren und 
vor der buchse jeweils z.B. ein MAX4906 oder ähnlich (USB "öffner") zu 
schalten. D.h. alle USB Buchsen liegen parallel und werden einzeln zu 
geschalten. Ich denke aber das das Signal eher noch schlechter wie jetzt 
aus sehen würde, allein schon die annahme das die USB Leitung auf der 
PCB ewig lang und zu viele abgriffe hätte...

Ach ja Frank, muss auch Full Speed sein. Oo

Da muss es doch etwas geben. :)

Gruß

von testtest (Gast)


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pericom hat da nette schalter. ich verwende da aber nur den 2-fach für 
usb
PI3USB102

von Falk B. (falk)


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@ Thomas D. (hackerfleisch)

>Ach ja Frank, muss auch Full Speed sein. Oo

Full Speed = 12 Mbit/S = eher lahm, kann man mit besseren 
Analogschaltern schalten.

High Speed = 480 Mbit/s = richtig flink, das wird sportlich.

von Hack K. (hackerfleisch)


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Hi!

@testtest
Danke für die Info, den kenn ich noch nicht. Schau ich mir mal an.
Wenn ich 2:1 MUX nehme, dann müsste das Layout auch geändert werden 
indem ich dann z.B. 16x 2:1 MUXes alle parallel schalte. An jedem 
"common" Anschluss des ICs kommt dann eine USB Buchse und alle anderen 
"no" & "nc" (wenn man das so schreiben darf da es ja kein wirklichen 
"nc" gibt, aber ist verständlicher) werden jeweils (alle "nc" zusammen & 
alle "no" pins) parallel zusammen geschaltet und bilden dann die zwei 
USB "Eingänge".
Diese Idee verworf ich Anfangs, da dadurch die USB Datenleitungen extrem 
Sternförmig über die PCB gezogen werden und es dann 16 Abzweigungen pro 
USB Zweig gibt. Ob das Endergebins dann besser wäre steht im Raum.

dazu hatte ich mir anfangs diese IC vorgestellt:
USB3740 von SMSC
oder
TS3USB221A-Q1 von Ti


@Falk & Frank
Sorry, war mein Fehler gestern. Im eifer des Gefechtes habe ich Full 
Speed statt High Speed geschrieben. Muss auf jedenfall High speed 
tauglich sein, leider. :/


Gruß

von Frank K. (fchk)


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Thomas D. schrieb:
> Hi Frank,
>
> danke für Deine Idee!
>
> Leider würden diese PHYs wieder aktiv mit spielen bzw. den Bus selbst
> generieren.
> Wie ich im initalen Post geschrieben habe, darf der USB Bus nicht aktiv
> beeinflusst werden. Dieser kommt von einem Host in dem nicht
> eingegriffen werden darf.
>
> D.h. zwischen dem Host und dem DUT hängt dann meine HW welche aus Sicht
> des USB Bus nicht sichtbar sein darf und am besten (Utopie) keine
> negativen Einflüsse auf den USB Bus auf weist.

Die PHYs wären im Gegensatz zu einem HUB für das USB-Protokoll selber 
unsichtbar, weil sie nur Buszustände in Digitalworte und zurück wandeln, 
so dass Du nur digitale Signale schalten musst und keine analogen.

Egal was auch immer Du machst, Du wirst auch mit sehr guten 
Analogswitches den Bus beeinflussen. Das bleibt gar nicht aus.

> Da muss es doch etwas geben. :)

Die Physik lässt sich nicht überlisten.

fchk

von Hack K. (hackerfleisch)


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Hi!

Für das Protokoll sind die PHYs wohl unsichtbar. Ich darf jedoch nicht 
in den Bus aktiv eingreifen. Das Signal was rein kommt soll so gut wie 
möglich auch wieder raus, ohne  Verstärker, ohne Umsetzer, ohne HUBs 
etc.
Das Signal an sich soll später bewertet werden und nicht das neu 
erzeugte oder verstärkte.

Was ist mit meinem Vorschlag von 11.55? Was ist besser, in reihe die 
etwas schlechteren schon erwähnten ics oder parallel die ics von smsc? 
Die erste Variante hätte ein besseres Layout, bezogen auf den usb bus 
und der zeite Vorschlag hätte bessere hw aber das layout auf der pcb 
wäre nicht grade die beste anordnung fur ein diff. Signal.

Gruß

von L. P. (lpg)


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Thomas D. schrieb:
> Apple schreibt z.b. einen volt drop vom i pad bei 2.3A Ladestrom von nur
> 0.03V vor(4.93V)!

Das wären dann aber .07V bzw. 4,97V ;)
Wie kommt Apple auf solche Zahlen bei USB(!) und solchen Stromstärken? 
Bei 2,3A hat alleine die Stecker/Buchsenkombination mehr 
Spannungsabfall...

Wo schreibt denn Apple so einen Schwachsinn hin?

Lg.

von Hack K. (hackerfleisch)


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Hi L.P.

Oh man, sorry. Das kommt davon wenn man "schnell" mal mit dem Handy ein 
Text schreiben will...
Du hast natürlich absolut recht. 4,97V@2,1A (nicht 2,3A). Oder beim 
IPod/Phone: 4,9V@1A. -> Dies soll dann eine 1m Kabelstrecke darstellen 
(im besten fall), ohne das da noch was dazwischen ist oder die USB Ports 
"madig" sind...
Bin mir da nicht sicher ob mehr verraten werden "darf", will da keine 
"confidential" Dinge online stellen, wobei ich nicht glaube das dies 
vertraulich ist, ausser die wollen nicht das man sieht wie **** Ihre 
Produkte sind. :) Es gibt noch viel mehr über die ganz üblen 
Anforderungen zu berichten wo sich jeder HW Entwickler die Hände über 
den Kopf schlagen würde wie man so etwas realisieren soll wenn man ein 
Produkt mit USB Ports im Portfolio hat...
Alle anderen Hersteller sind da weniger Anfällig (zumindest nach meinen 
Erfahrungen).

Aber ich würde gerne wissen was Ihr für einen Weg eher einschalgen 
würdet.
-> Siehe Post vom 09.10.2013 11:55
Ich bin leider gezwungen mit den gegebenen Signal aus zu kommen, daher 
liegt der Fokus bei dieser Arbeit an möglichst kleinen Verlusten bzw. so 
wenig wie möglich Parasitäre Einflüsse durch MUXes etc. Auch wenn mir 
der Vorschlag von Frank K. sehr gut gefällt, nur leider nicht möglich 
ist.


Gruß

von L. P. (lpg)


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Thomas D. schrieb:
> Oh man, sorry. Das kommt davon wenn man "schnell" mal mit dem Handy ein
> Text schreiben will...
> Du hast natürlich absolut recht. 4,97V@2,1A (nicht 2,3A). Oder beim
> IPod/Phone: 4,9V@1A. -> Dies soll dann eine 1m Kabelstrecke darstellen
> (im besten fall), ohne das da noch was dazwischen ist oder die USB Ports
> "madig" sind...

np. ;)

lg.

von Hack K. (hackerfleisch)


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Hat einer Erfahrung mit dem MAX4999?

Gruß

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