Universal Serial Bus (USB) er sannsynligvis et av de mest allsidige grensesnittene i verden. Det ble opprinnelig initiert av Intel og Microsoft og har så mye «hot plug and play» som mulig. Siden introduksjonen av USB-grensesnittet i 1994, etter 26 år med utvikling, har det endelig blitt utviklet gjennom USB 1.0/1.1, USB 2.0 og USB 3.x til dagens USB4. Overføringshastigheten har også økt fra 1,5 Mbps til de nyeste 40 Gbps. For tiden støtter ikke bare de nylig lanserte smarttelefonene i utgangspunktet Type-C-grensesnittet, men også bærbare datamaskiner, digitale kameraer, smarthøyttalere, mobile strømforsyninger og andre enheter har begynt å ta i bruk TYPE-C-spesifikasjonen USB-grensesnitt, som har blitt introdusert med suksess i bilbransjen. I stedet for USB-A har Teslas nye Model 3 USB-C-porter, og Apple har fullstendig konvertert sine MacBooks og AirPods Pro til rene USB Type-C-porter for dataoverføring og lading. I tillegg, i henhold til EUs krav, vil Apple også bruke USB type-c-grensesnitt i fremtidens iPhone 15, og det er ingen tvil om at USB 4 vil bli det viktigste produktgrensesnittet i fremtidens marked.
Krav til USB4-kabler
Den største endringen i den nye USB4 er introduksjonen av Thunderbolt-protokollspesifikasjonen som Intel delte med usb-if. Ved å kjøre over doble lenker dobles båndbredden til 40 Gbps, og tunnelering støtter flere data- og skjermprotokoller. Eksempler inkluderer PCI Express og DisplayPort. I tillegg opprettholder USB4 god kompatibilitet med introduksjonen av den nye underliggende protokollen, og er bakoverkompatibel med USB 3.2/3.1/3.0/2.0, samt Thunderbolt 3. Som et resultat har USB4 blitt den mest komplekse USB-standarden til dags dato, noe som krever at designere forstår spesifikasjonene for USB 4, USB 3.2, USB 2.0, USB Type-C og USB Power Delivery. I tillegg må designere forstå PCI Express- og DisplayPort-spesifikasjonene, samt HIGH-DEFINITION content Protection (HDCP)-teknologien som er kompatibel med USB 4 DisplayPort-modus, og kablene og kontaktene vi er kjent med har høyere krav for å oppfylle de elektriske ytelseskravene til de ferdige USB 4-kabelproduktene.
En koaksialversjon av USB4 dukket opp ut av ingenting
I USB3.1 10G-æraen tok mange produsenter i bruk koaksialstruktur for å møte kravene til høyfrekvensytelse. Koaksialversjonen har ikke vært brukt i USB-serien tidligere, og bruksscenariene er hovedsakelig bærbare datamaskiner, mobiltelefoner, GPS, måleinstrumenter, Bluetooth-teknologi, etc. Generell bruk av kabelbeskrivelser er medisinsk koaksialledning, teflonkoaksial elektronisk ledning, radiofrekvenskoaksialledning, etc. Med markedets krav til kostnadskontroll i bulk, i USB3.1-æraen har tråding for å møte produktets ytelse raskt okkupert markedet, men med USB4-markedet for høyfrekvensoverføring blir kravene til stadig strengere, og høyhastighetsoverføring krever ledningen en sterk anti-interferensevne og elektrisk ytelsesstabilitet. For å sikre stabiliteten til høyfrekvensoverføring er dagens mainstream USB4 fortsatt den viktigste koaksialversjonen. Koaksialproduksjons- og produksjonsprosessen er en kompleks prosess. For å løse høyfrekvens- og høyhastighetsapplikasjoner kreves det passende produksjonsutstyr og en moden og stabil produksjonsprosess. I produksjonen av produktet, materialvalg, prosessparametere og prosesskontroll spiller de elektriske parametrene fra spesialiserte laboratorietester en nøkkelrolle. Gjennom hele utviklingen av koaksialstrukturen er flaskehalsen i tillegg til dine (materialkostnader, prosesseringskostnader dyre) andre gode, men markedsutviklingen dreier seg alltid om hvordan man oppnår den største batchprisen. Par-vriversjonen har alltid vært i gapet mellom koaksialutvikling, forskning og utvikling og gjennombrudd.
Det kan sees fra koaksialkabelens struktur, fra innsiden til utsiden: sentralleder, isolerende lag, ytre ledende lag (metallnett), trådhud. Koaksialkabel er en kompositt bestående av to ledere. Den sentrale ledningen i koaksialkabelen brukes til å overføre signaler. Metallskjermingsnettet spiller to roller: den ene er å gi strømsløyfen for signalet som felles jord, og den andre er å undertrykke forstyrrelser fra elektromagnetisk støy til signalet som et skjermingsnett. Mellom den sentrale ledningen og skjermingsnettverket er det et halvskummende polypropylenisolasjonslag. Isolasjonslaget bestemmer kabelens overføringsegenskaper og beskytter effektivt den midtre ledningen, noe som er dyrt.
Kommer USB4 tvunnet par-versjon?
Etter hvert som elektroniske kretser opererer ved høyere frekvenser, blir de elektriske egenskapene til elektroniske komponenter vanskeligere å mestre. Når komponentstørrelsen eller hele kretsstørrelsen sammenlignet med bølgelengden til driftsfrekvensen er større enn én, kretsinduktanskapasitansverdien, eller komponentenes parasittiske effekt av materialegenskaper og så videre, selv når vi bruker ledningsparstrukturen, kan ikke testing av grunnleggende frekvensparametere oppfylle kundenes krav, og fleksibelere enn den koaksiale versjonen av strukturen og diameteren er mye større. Hvorfor kan jeg ikke bruke USB-paret i omganger? Generelt sett, jo høyere kabelfrekvens, desto kortere bølgelengde, og jo mindre skjevhetspitch, desto bedre balanseeffekt. Imidlertid vil for liten skjøtepitch føre til lav produksjonseffektivitet og forstuing av den isolerte kjernetråden. Stigningen på ledningsparet er svært liten, antallet torsjoner er mange, og torsjonsbelastningen på seksjonen er alvorlig konsentrert, noe som resulterer i alvorlig deformasjon og skade på isolasjonslaget, og til slutt forårsaker forvrengning av det elektromagnetiske feltet, som påvirker noen elektriske indikatorer som SRL-verdi og demping. Når det er isolasjonseksentrisitet, endres avstanden mellom lederne periodisk på grunn av omdreining og rotasjon av den isolerende enkeltledningen, noe som fører til periodiske impedansvariasjoner. Variasjonsperioden er relativt lang. Ved høyfrekvent overføring kan denne langsomme endringen detekteres av elektromagnetiske bølger og påvirke returtapsverdien. USB4-parversjonen kan ikke brukes i batcher.
Ikke til bakken, men jeg vil ikke bruke dødkoaksialkabelen min, så folk begynte å sjekke forskjellen på USB4-skjermingsmetoder for å lage produkter. Den største ulempen med å vri lederen er at den lett kan vri seg, og forskjellen med parallellpakker er å gjøre det direkte for å unngå forstuing av lederen. Som vi alle vet, brukes SAS, SFP+ osv. for tiden i høyhastighetslinjer. Dette viser nok at ytelsen må være høyere enn den strandede versjonen. Høyfrekvente datalinjer har som viktig rolle å overføre datasignaler, men når vi bruker dem, kan det oppstå all slags rotete interferensinformasjon. La oss tenke på om disse interferenssignalene kommer inn i datalinjens indre leder og legges oppå det opprinnelige overførte signalet. Er det mulig å forstyrre eller endre det opprinnelige overførte signalet, og dermed forårsake nyttig signaltap eller problemer? Forskjellen med aluminiumsfolielaget er at det overfører informasjon til oss og fungerer som en beskyttende og skjermende film. Det brukes til å redusere interferens fra uavhengige signaler utenfor overføringen. Hovedmaterialet i pakken og aluminiumsfolien er laget av aluminiumsfolie for forsegling og skjerming. Det er ensidig eller tosidig belegg på plastfilmen. Lu: Su-komposittfolie brukes som skjerming av kabelen. Kabelfolie krever mindre olje på overflaten, ingen hull og har høye mekaniske egenskaper. Innpakningsprosessen er å samle to isolerte kjernetråder og jordtråder sammen gjennom en innpakningsmaskin. Samtidig brukes et lag med aluminiumsfolie og et lag med selvklebende polyestertape på det ytre brødet for å skjerme trådparet og stabilisere strukturen til kjernetrådene. Denne prosessen har en viktig effekt på ledningens egenskaper, inkludert impedans, forsinkelsesforskjell og demping, fordi dette må produseres strengt i henhold til håndverkskravene. Testing av elektriske egenskaper må utføres for å sikre at kjernetråden er i samsvar med kravene. Selvfølgelig har ikke alle datalinjer to lag med skjerming. Noen har flere lag, noen har bare ett lag, eller ingen i det hele tatt. Skjerming er en metallisk separasjon mellom to romlige områder for å kontrollere induksjon og stråling av elektriske, magnetiske og elektromagnetiske bølger fra ett område til det andre. Mer spesifikt er lederkjernen omgitt av en skjerming for å forhindre at de påvirkes av det eksterne elektromagnetiske feltet/interferenssignalet, og for å forhindre at det elektromagnetiske interferensfeltet/signalet sprer seg utover. Testing av høyfrekvente USB-differensialparsignaler kan sammenlignes med koaksial USB4-kabel med differensialpar.
Publisert: 16. august 2022
