KVM-växlar, kablar, EDID och USB: En referens

En KVM-växel låter ett tangentbord, en skärm och en mus styra två eller fler datorer. Videosidan är där de flesta installationer misslyckas: växeln måste skicka samma signal, med samma bandbredd, som skärmen och datorerna förväntar sig. Den här referensen täcker hur en KVM fungerar, hur man matchar dess videoportar och bandbredd mot skärmen, vad EDID-emulering gör, hur USB-tangentbordsemulering beter sig och vilka kablar som ska användas mellan dem.

Hur en KVM-växel fungerar

En KVM-växel sitter mellan datorerna och de delade kringutrustningarna. Varje dator ansluts till växeln med en videokabel och en USB-kabel (eller en kombinerad kabeluppsättning). Växeln presenterar ett tangentbord, en mus och en skärm för användaren och dirigerar dessa signaler till den valda datorn.

Det finns två breda typer:

• Endast video- eller endast USB-växlar hanterar en signaltyp och är sällsynta i moderna installationer.
• Kombinerade KVM-växlar bär video och USB tillsammans, ofta över en enda kabeluppsättning per dator.

Växeln kan också inkludera ljud-, mikrofon- eller Ethernet-växling, men kärnfunktionen är video och USB.

Porttyper och vad de bär

En KVM-växel har en uppsättning portar på datorsidan och en uppsättning portar på konsolsidan. Konsolsidan ansluts till skärmen, tangentbordet och musen. Datorsidan ansluts till varje dator.

Vanliga videoporttyper på KVM-växlar:

En KVM-växel konverterar inte mellan signaltyper. En HDMI-KVM-växel tar HDMI in och skickar HDMI ut. Om en dator har DisplayPort och skärmen har HDMI måste konverteringen ske före eller efter växeln, inte inuti den.

Matcha videobandbredd mot skärmen

Växeln måste skicka videosignalen utan att försämra den. Det betyder att växelns videobandbredd måste vara minst lika hög som den signal datorn och skärmen använder.

HDMI- och DisplayPort-versioner definierar bandbredd:

• HDMI 1.4: 10,2 Gbps; 4K vid 30 Hz.
• HDMI 2.0: 18 Gbps; 4K vid 60 Hz; HDR tillagt i 2.0a.
• HDMI 2.1: 48 Gbps; 4K vid 120 Hz, 8K vid 60 Hz.
• DisplayPort 1.2: 21,6 Gbps (HBR2).
• DisplayPort 1.4: 32,4 Gbps (HBR3), DSC-komprimering; 4K vid 120 Hz, 8K vid 60 Hz med DSC.
• DisplayPort 2.0/2.1: UHBR10 = 40 Gbps, UHBR13.5 = 54 Gbps, UHBR20 = 80 Gbps.

En KVM-växel klassad för HDMI 2.0 klarar 4K vid 60 Hz. Om skärmen är 4K vid 120 Hz måste växeln stödja HDMI 2.1 eller DisplayPort 1.4 med DSC, och kablarna måste matcha.

Kabelcertifiering spelar roll här. För DisplayPort, leta efter DP8K (för HBR3, 32,4 Gbps), DP40 (UHBR10, 40 Gbps) eller DP80 (UHBR20, 80 Gbps). För HDMI certifieras kablar efter hastighet: High Speed (10,2 Gbps), Premium High Speed (18 Gbps), Ultra High Speed (48 Gbps). En kabel märkt “HDMI 2.1” är felmärkt; versionsnumret tillhör porten, inte kabeln.

Vid anslutning av äldre skärmar kan adaptrar behövas. DVI-D bär samma videosignal som HDMI, så en passiv DVI-D till HDMI-adapter fungerar för video (vanligtvis utan ljud). VGA till HDMI kräver en aktiv konverterare, eftersom VGA är analogt. För mer om detta, se VGA och DVI idag: ansluta äldre skärmar.

EDID-emulering och varför det spelar roll

EDID (Extended Display Identification Data) är en liten datastruktur som en skärm skickar till en dator för att beskriva sina egenskaper: upplösningar, uppdateringsfrekvenser och ljudformat som stöds. När en dator startar eller en skärm ansluts läser den EDID för att avgöra vilka videolägen som ska erbjudas.

I en KVM-installation delas skärmen. När växeln är inställd på dator A ser dator B ingen skärm. Utan EDID-emulering kan dator B tro att skärmen kopplades bort. Den kan ordna om fönster, sänka upplösningen eller inaktivera videoutgången.

En KVM-växel med EDID-emulering presenterar en lagrad kopia av skärmens EDID för varje dator, även när den datorn inte är vald. Varje dator fortsätter att se en skärm med samma egenskaper, så fönster ordnas inte om och videoutgången förblir aktiv.

Vissa växlar kopierar EDID från den anslutna skärmen vid start; andra har en fast intern EDID. En fast EDID kanske inte matchar skärmens fulla egenskaper, så datorn kan erbjuda färre lägen. En växel som kopierar skärmens EDID är att föredra när skärmen stöder höga upplösningar eller uppdateringsfrekvenser.

EDID-emulering är särskilt viktigt för KVM-växlar som används med bärbara datorer som annars kan gå i viloläge eller ändra skärminställningar när locket stängs eller den externa skärmen växlas bort.

USB-tangentbords- och musemulering

USB är inte en enkel elektrisk växel. När en USB-enhet ansluts, enumererar värden och enheten: de utbyter deskriptorer och kommer överens om en konfiguration. Om en KVM-växel helt enkelt kopplade bort tangentbordet och musen från en dator och anslöt dem till en annan, skulle varje dator se en frånkoppling och återanslutning, vilket kan ta sekunder och kan göra att tangentbordet inte känns igen.

För att undvika detta emulerar många KVM-växlar ett USB-tangentbord och en USB-mus för varje dator. Växeln presenterar ett standard-USB-tangentbord och en standard-USB-mus för varje dator hela tiden. När användaren skriver eller rör musen översätter växeln dessa åtgärder till USB-rapporter för den valda datorn. De icke-valda datorerna ser ett inaktivt tangentbord och en inaktiv mus.

Denna emulering håller USB-anslutningen vid liv, så växlingen går snabbt och datorerna förlorar inte sina inmatningsenheter. Det möjliggör också funktioner som snabbtangentväxling och musroaming mellan skärmar.

Vissa växlar emulerar även USB-lagring eller andra enheter, men tangentbords- och musemulering är kärnkravet för en smidig KVM-upplevelse.

Kablar mellan växeln och datorerna

Kablarna som används för att ansluta varje dator till KVM-växeln måste matcha video- och USB-portarna i båda ändar.

Videokablar

Använd en kabel klassad för den videobandbredd du behöver. För HDMI är en Premium High Speed- eller Ultra High Speed-kabel lämplig för 4K vid 60 Hz eller högre. För DisplayPort är en DP8K- eller DP40-kabel lämplig för HBR3 eller UHBR10. För mer om DisplayPort-versioner och kabelcertifiering, se DisplayPort 1.2, 1.4 och 2.1, samt DP40/DP80-kablar.

Passiva HDMI-kopparkablar blir mindre tillförlitliga när längd och hastighet ökar. Aktiva kopparkablar (med ett signalkrets) och fiber-HDMI (AOC) kablar når längre; båda är riktningsbestämda, så “käll”-änden går till datorn.

USB-kablar

USB-kablar måste matcha USB-versionen och kontaktdonstypen. En USB 2.0-kabel (480 Mbps) räcker för tangentbord och mus, men om KVM-växeln också bär USB 3.x-data eller laddning behövs en USB 3.x-kabel.

USB-C är en kontakt, inte en hastighet. En USB-C-kabel kan vara en USB 2.0-kabel (480 Mbps) eller bära 10, 20, 40 eller 80 Gbps. För KVM-växlar som använder USB-C för video (DisplayPort Alt Mode) och data måste kabeln stödja den nödvändiga videobandbredden och USB-datahastigheten.

USB Type-C-kabellängder i specifikationen: USB 2.0 upp till 4 m (13 ft); USB 5Gbps upp till 2 m (6,6 ft); USB 10Gbps upp till 1 m (3,3 ft); passiv USB4 40Gbps upp till 0,8 m (2,6 ft).

Om KVM-växeln har en inbyggd USB-hubb kan den vara bussdriven eller behöva en egen nätadapter. En strömförsörjd hubb har en egen adapter och kan leverera full effekt till varje port. För mer om hubbar och dockningsstationer, se USB-hubbar och dockningsstationer: strömförsörjda vs icke-strömförsörjda, och vad en dockningsstation tillför.

Vad som går fel

• Bandbreddsmissmatchning. En KVM-växel klassad för HDMI 1.4 (10,2 Gbps) klarar inte 4K vid 60 Hz, vilket kräver 18 Gbps. Skärmen kan visa ingen signal eller falla tillbaka till en lägre upplösning.
• Ingen EDID-emulering. Datorer kan ordna om fönster eller inaktivera videoutgången när de växlas bort. Detta är särskilt märkbart med bärbara datorer.
• USB-frånkopplingar. En växel utan USB-emulering kan göra att tangentbordet och musen upptäcks på nytt vid varje växling, vilket kan ta sekunder och kan misslyckas.
• Fel kabeltyp. Att använda en USB 2.0-kabel för en USB 3.x-signal begränsar datahastigheten eller misslyckas. Att använda en HDMI-kabel som inte är klassad för den nödvändiga hastigheten orsakar avbrott.
• Passiva adaptrar där aktiva behövs. VGA till HDMI kräver en aktiv konverterare. En passiv adapter fungerar inte.
• Längdgränser. HDMI- och DisplayPort-signaler försämras över avstånd. Passiva kopparkablar har kortare tillförlitliga längder vid högre hastigheter. Aktiva eller fiberoptiska kablar förlänger detta.
• Ström. En bussdriven USB-hubb i en KVM-växel kanske inte levererar tillräcklig effekt för alla enheter. Använd en strömförsörjd hubb eller en växel med egen nätadapter.

Att välja en KVM-växel

Börja med videosignalen. Identifiera den upplösning och uppdateringsfrekvens du behöver och beräkna sedan den nödvändiga bandbredden. Välj en växel som stöder den bandbredden på både datorsidan och konsolsidan.

Kontrollera USB-kraven. Om du behöver USB 3.x-data eller laddning, se till att växeln och kablarna stöder det. Om du bara behöver tangentbord och mus räcker USB 2.0.

Leta efter EDID-emulering och USB-tangentbords-/musemulering. Dessa funktioner gör växlingen tillförlitlig och snabb.

Matcha kontakterna. Växeln måste ha rätt portar för dina datorer och din skärm, eller så måste du använda adaptrar. Kom ihåg att adaptrar kan vara passiva eller aktiva beroende på signalkonverteringen.

Slutligen, överväg kablarna. Använd kablar klassade för den bandbredd och längd du behöver. För video, välj certifierade kablar. För USB, matcha version och kontaktdonstyp. Håll kabellängder inom specifikationen för att undvika avbrott.