USB 3 Vision 표준의 도래
커넥터 타입과 적용사례
공식적으로 2013년 1월에 비준된 USB 비전 표준은 카메라와 컴퓨터의 연결을 위한 가장 주목받는 인터페이스중 하나다. Active Optical Cables, 섬유광학, Extender에 적용되어 더욱 빠른 속도와 큰 동력으로 다가올 USB 3.0 Vision의 세부사항을 살펴보자.
출처 | USB(www.usb.org)
수많은 카메라 제조회사는 USB 3 Vision 표준을 기본으로 하는 카메라를 미리 발표했다. 또한 표준을 준수하는 USB Vision 기술협회는 이를 사용하는 하드웨어와 소프트웨어 테스트 시리즈도 개발했다.
USB 3, USB 3 Vision
USB 3 Vision 표준은 5년 전에 도입된 USB 3 표준과 호환이 가능하다. 최고 400MBytes/s의 처리량을 지원하는데 이는 USB 2.0보다 10배 더 빠른 전송 속도다.
USB 3 Vision 표준은 장치 제어, 이벤트 제어와 머신비전 애플리케이션에 적합한 데이터 메커니즘의 기능을 포함한다. USB 3 표준은 머신비전 시장에 필요한 커넥터를 세부화 시켰지만 USB 3 Vision 표준의 부분으로 여겨지진 않는다.
커넥터 타입
USB 3 Vision 표준은 4가지 커넥터의 타입이 있다. Standard-A, Standard-B, Powered-B 그리고 Micro-B 커넥터.
Vision 표준의 커넥터는 높은 데이터 처리량을 보조하는 9개의 핀을 사용한다. USB 3.0 표준에 5개의 핀을 추가한 것인데 USB 2.0이나 단지 4개의 핀을 쓰는 USB 3.0 중 하나와 연결될 수 있다. Standard A 타입 커넥터는 호스트 콘트롤러나 중심과 연결되도록 디자인되었다.
이런 호스트 콘트롤러(예 : PC)가 두 번째 커넥터인 주변기기로 사용될 수 있게 된 이후로 Standard B 커넥터도 주변장치와 연결되도록 개발됐다.
B 커넥터는 USB 3.0 Standard-B와 USB 3.0 Powered-B 커넥터로 나뉜다. A 타입 커넥터와 같이 Standard B 커넥터는 9개의 핀을 가지고 USB 3.0의 속도를 보조한다. USB 3.0 Standard-B 플러그는 오직 USB 3.0 Standard-B 콘센트(receptacles)에 사용된다. 그러나 USB 3.0 Standard-B 콘센트는 USB 3.0이나 USB 2.0 Standard-B 플러그 둘 중 하나에 연결될 수 있다.
과거에 카메라와 같은 주변장치가 호스트 컴퓨터와 연결된 것은 호스트 포트로부터 900mA의 전류를 끌어 올 수 있었기 때문이다. 그러나 연결된 주변장치는 다른 주변장치를 제어할 수 없기 때문에 USB 표준 협회는 USB 3.0 Powered-B 커넥터를 도입했다.
A타입에 2개의 핀을 추가해서 전체 11개 핀의 Powered-B 커넥터는 Standard B 커넥터와 동일한 핀 숫자를 가진다. 2개의 추가적인 핀을 사용하여 주변장치를 동력으로 이용하는 Powered-B 커넥터는 1000mA의 전류를 다른 주변장치에 공급할 수 있다.
이 덕분에 USB 3.0 Powered-B 콘센트는 Standard-B와 Powered-B 커넥터 둘 다에 연결될 수 있다.
USB 3 Micro-B 커넥터는 USB 2의 부분과 USB 3.0의 부분으로 구성되어서 USB 2.0 Micro-커넥터와도 호환된다. 카메라와 같은 주변장치에 연결할 수 있는 Micro-B 커넥터는 가장 자주 사용될 것이다. 그리고 비교적 낮은 가격의 UTP(Unshielded Twisted Pair) 케이블은 USB 2.0 표준을 사용하는 주변장치와 연결될 수 있다. UTP는 USB 3.0이 SDP(Shielded Differential Pair, twisted or twinax) 케이블을 사용하여 더 빠른 속도로 전송되도록 한다.
USB 2.0 표준이 최대 5m의 거리로 이전보다 늘어났던 반면에 USB 3.0 커넥터의 최대 케이블 길이는 USB 2.0 표준에서 길어지지 않았다. 이는 5m Passive 케이블 길이가 케이블 제조업체에서 일반적으로 가장 많이 사용되었기 때문이다.
USB 3.0 Vision의 보증된 Passive 케이블은 많은 회사에서 사용한다. 예를 들어 Alysium-Tech, Components Express Inc, Intercon 1, Newnex Technology Corp가 있다. Alysium-Tech는 passive USB 3.0 Vision 케이블을 IDS, Point Grey, Ximea와 테스트했다.
Active cables
많은 회사에서 케이블 길이를 늘이기 위해 Active Optical Cables을 연구한다. 이는 드라이버·이퀼라이저 칩셋을 사용하여 Passive 케이블의 혼선과 속도저하를 극복한다. 그리고 전기 회로망을 조절하는 신호를 케이블 커넥터와 인-케이블 리피터를 사용하는 케이블로 변환한다.
2년 전에 Icron Technologies와 Intersil은 IQLx4600-S30 6기가비트/sec Lane Extender를 사용하는 USB 3.0을 도입하여 20m의 케이블 길이를 달성했다. Icron은 USB 3 Vision-Compliant로 15m의 USB 3.0 Active Optical Cables를 개발한 Components Express와 협력했다. Icron는 USB 3.0 Spectra 3001-15 케이블을, CEI는 BIT MAXX Extreme USB 3.0을 출시할 예정이다.
섬유광학의 인터페이스
머신비전 공급자들에게 케이블 길이는 항상 불만족스럽다. 그래서 시스템 개발자는 인터페이스의 길이를 좀 더 늘이기 위해 섬유광학을 연구한다. 의학 이미징과 같은 애플리케이션에서 이런 섬유광학 커넥터는 특히 유용하다. 섬유광학을 사용하면 외부 소스에서 방출하는 전자기 유도 방사선 신호를 저하하지 않을 수 있다.
AOC(Active Optical Cables)나 Optical Extender중 하나가 사용될 수 있는 시스템을 도입할 때 카메라의 데이터가 광학 신호로 전환되고, 섬유 인터페이스나 Re-Converted가 컴퓨터의 전자적 신호로 변하는 접근이 가능하다.
만약 AOC나 Optical Extender중 하나가 카메라의 컴퓨터 거리를 증가시키는데 사용된다면 전자적 동력이 광학 인터페이스를 넘어 전달될 수 없기 때문에 카메라는 외부의 동력을 요구할 것이다.
UMEC(Universal Microelectronics)과 Unibrain같은 여러 회사가 광학 트랜스시버를 커넥터 하우징으로 통합하는 AOC를 제공한다. 예를 들어 UMEC은 Thumb ONE USB 3.0 AOC 디자인에서 섬유광학을 사용하여 USB 3.0의 전송거리를 100m까지 확장하기 위해 VIA Labs의 VO510 5기가비트 Optical 트랜스시버를 통합했다.
독립형의 Extenders
Newnex, Icron과 같은 회사에서 External Optical Extender를 사용한다. 그래서 Newnex FireNEX-5000은 최대 100ft의 전송거리가 달성되고 USB 데이터의 전자적·광학적 변환이 가능하다.
Newnex FireNEX-5000은 Upstream, Downstream 장치를 사용한다.
호스트(Upstream) 장치는 호스트에 의해 동력을 얻을 수 있고 Downstream 장치는 외부동력이 요구된다. 이 Downstream 장치의 USB 3 포트는 카메라와 같은 주변장치의 동력에 사용될 수도 있다.
Newnex와 같이 Icron은 전송거리를 확장하기 위해 External Optical Extender를 제공한다. USB 3.0 100m 섬유와 extenders USB 3.0 Spectra 3022, OEM과 USB 3.0 SP3022는 섬유광학의 멀티모드를 넘어 USB 3.0을 100m 넘게 확장할 수 있다.
Icron의 USB 3.0 Spectra 3022 External Optical Extender는 섬유광학을 넘어 USB 3.0의 전송거리를 100m 이상으로 확장한다.
더욱 빠른 속도와 큰 동력
USB 3 Vision 표준은 더욱 빠른 데이터 처리 속도를 그리고 길이를 확장할 것이다.그래서 GigE Vision과 같이 USB 3 비전 표준도 많은 곳에서 도입될 것이다.
이미 USB-IF(USB Implementers Forum)는 “USB 3.0 Vision 표준이 이미 나온 USB 커넥터나 케이블과 호환이 가능하고 데이터 처리량이 두 배가 되도록 한다”며, “USB 하나의 케이블로 100W 이상 전류를 옮길 수 있다”고 발표했다.
USB 3.1 개발자의 날
아일랜드의 더블린에서 USB 3.1 개발자의 날을 개최한다. 2013년 10월 1, 2일에 USB 3.1 개발자와 대면하고 전문가들과 대화할 수 있는 기회를 마련한 것. 비용은 회원은 275달러, 비회원은 475달러 정도다.
USB 3.1
USB 3.1은 기존의 슈퍼스피드 USB를 넘어섰다. 효과적인 데이터 인코딩과 두 배 이상의 효과적인 데이터를 처리하는 USB 10Gbps 속도 모드로 새로운 슈퍼 스피드를 달성한다.
USB 커넥터와 케이블이 호환 가능하며 기존의 기계적, 전기적 프로토콜의 슈퍼 스피드를 확장해서 USB 3.0 소프트웨어와 장치 클래스 프로토콜 뿐만 아니라 5Gbps hub 그리고 USB 2.0 제품과 호환이 가능하다.
