Universal Serial Bus (USB) är förmodligen ett av de mest mångsidiga gränssnitten i världen. Det initierades ursprungligen av Intel och Microsoft och har så mycket hot plug and play som möjligt. Sedan introduktionen av USB-gränssnittet 1994, efter 26 års utveckling, har det genom USB 1.0/1.1, USB 2.0 och USB 3.x slutligen utvecklats till dagens USB4. Överföringshastigheten har också ökat från 1,5 Mbps till de senaste 40 Gbps. För närvarande stöder inte bara de nyligen lanserade smartphones i princip Type-C-gränssnittet, utan även bärbara datorer, digitalkameror, smarta högtalare, mobila strömförsörjningsenheter och andra enheter har börjat använda TYPE-C-specifikationen för USB-gränssnitt, vilket framgångsrikt har introducerats inom fordonsindustrin. Istället för USB-A har Teslas nya Model 3 USB-C-portar, och Apple har helt konverterat sina MacBooks och AirPods Pro till rena USB Type-C-portar för dataöverföring och laddning. Dessutom, enligt EU:s krav, kommer Apple även att använda USB typ-C-gränssnitt i framtida iPhone 15, och det råder ingen tvekan om att USB 4 kommer att bli det huvudsakliga produktgränssnittet på den framtida marknaden.
Krav för USB4-kablar
Den största förändringen i nya USB4 är introduktionen av Thunderbolt-protokollspecifikationen som Intel delade med usb-if. Genom att köra över dubbla länkar fördubblas bandbredden till 40 Gbps, och tunnelering stöder flera data- och skärmprotokoll. Exempel inkluderar PCI Express och DisplayPort. Dessutom upprätthåller USB4 god kompatibilitet med introduktionen av det nya underliggande protokollet, då det är bakåtkompatibelt med USB3.2/3.1/3.0/2.0, såväl som Thunderbolt 3. Som ett resultat har USB4 blivit den mest komplexa USB-standarden hittills, vilket kräver att konstruktörer förstår specifikationerna för USB4, USB3.2, USB2.0, USB Type-C och USB Power Delivery. Dessutom måste konstruktörer förstå PCI Express- och DisplayPort-specifikationerna, såväl som HIGH-DEFINITION content Protection (HDCP)-tekniken som är kompatibel med USB4 DisplayPort-läget, och de kablar och kontakter vi är bekanta med har högre krav för att uppfylla de elektriska prestandakraven för de färdiga USB4-kablarna.
En koaxialversion av USB4 dök upp från ingenstans
Under USB3.1 10G-eran antog många tillverkare koaxialstruktur för att möta kraven på högfrekvensprestanda. Koaxialversionen användes inte tidigare i USB-serien, dess applikationsscenarier är främst bärbara datorer, mobiltelefoner, GPS, mätinstrument, Bluetooth-teknik, etc. Den allmänna tillämpningen av kabelbeskrivningen är medicinsk koaxialledning, teflonkoaxial elektronisk ledning, radiofrekvenskoaxialledning, etc. Med marknadens krav på kostnadskontroll i bulk, i USB3.1-eran av stranding för att snabbt uppfylla produktens prestanda ockuperar marknaden, men med USB4-marknaden för högfrekvensöverföring blir kraven allt strängare, och höghastighetsöverföring kräver tråd med stark anti-interferensförmåga och elektrisk prestandastabilitet. För att säkerställa stabiliteten i högfrekvensöverföringen är den nuvarande mainstream USB4 fortfarande den huvudsakliga koaxialversionen, koaxialproduktion och tillverkningsprocessen är en komplex process, för att lösa högfrekvens- och höghastighetsapplikationer krävs lämplig produktionsutrustning och en mogen och stabil produktionsprocess. Vid produktion av produkter, materialval, processparametrar och processkontroll spelar de elektriska parametrarna för specialiserade laboratorietester en nyckelroll. Under hela utvecklingen av koaxialstrukturen är flaskhalsen, utöver dina (materialkostnad, dyra bearbetningskostnader), bra, men marknadsutvecklingen kretsar alltid kring hur man uppnår det största batchpriset. Twistversioner har alltid legat i framkant inom forskning och utveckling av koaxialstrukturer.
Det kan ses från koaxialkabelns struktur, inifrån och ut: central ledare, isolerande lager, yttre ledande lager (metallnät), trådhud. Koaxialkabel är en komposit som består av två ledare. Koaxialkabelns centrala tråd används för att överföra signaler. Metallskärmningsnätet spelar två roller: den ena är att tillhandahålla strömslingan för signalen som gemensam jord, och den andra är att undertrycka störningar från elektromagnetiskt brus till signalen som ett skärmningsnät. Mellan mitttråden och skärmningsnätet finns det halvskummande polypropenisoleringsskiktet, vilket bestämmer kabelns överföringsegenskaper och effektivt skyddar mitttråden, vilket är dyrt av dyra skäl.
Kommer USB4 tvinnad parversion?
Eftersom elektroniska kretsar arbetar vid högre frekvenser blir de elektriska egenskaperna hos elektroniska komponenter svårare att behärska. När komponentstorleken eller hela kretsstorleken jämfört med driftsfrekvensens våglängd är större än ett, kretsinduktanskapacitansvärdet, eller komponenternas parasitiska effekt av materialegenskaper och så vidare, även när vi använder trådparstrukturen, kan grundläggande frekvensparametertestning inte uppfylla kundernas krav, och flexibiliteten är större än den koaxialversionen av strukturen och dess diameter är mycket större. Varför kan jag inte använda USB-par i omgångar? I allmänhet, ju högre kabelfrekvens, desto kortare är signalens våglängd och ju mindre snedställningen är, desto bättre balanseffekt. Emellertid kommer för liten skarvställning att leda till låg produktionseffektivitet och vrickning av den isolerade kärntråden. Ledningsparets ställning är mycket liten, antalet vridningar är många och vridspänningen på sektionen koncentreras kraftigt, vilket resulterar i allvarlig deformation och skador på isoleringsskiktet och slutligen orsakar distorsion av det elektromagnetiska fältet, vilket påverkar vissa elektriska indikatorer såsom SRL-värde och dämpning. När det finns excentricitet i isoleringen ändras avståndet mellan ledarna periodiskt på grund av den isolerande ledningens rotation, vilket medför periodiska impedansfluktuationer. Fluktuationsperioden är relativt lång. Vid högfrekvent överföring kan denna långsamma förändring detekteras av elektromagnetiska vågor och påverka returförlustvärdet. USB4-parversionen kan inte användas i batcher.
Inte till marken, men vill inte använda din koaxialkabel, så folk började verifiera skillnaden i USB4-skärmningsmetoder för att tillverka produkten. Den största nackdelen med att vrida ledaren är att den lätt vrids, och skillnaden med parallella paket direkt för läxor, för att undvika ledningsvridning. Som vi alla vet, används SAS, SFP+ etc. för närvarande i höghastighetsledningar. Det räcker med att visa att dess prestanda måste vara högre än den tvinnade versionen. En viktig roll för högfrekventa datalinjer är att överföra datasignaler, men när vi använder dem kan alla möjliga typer av rörig störningsinformation uppstå. Låt oss fundera på om dessa störningssignaler kommer in i datalinjens inre ledare och överlagras den ursprungliga överförda signalen, är det möjligt att störa eller ändra den ursprungliga överförda signalen och därmed orsaka användbar signalförlust eller problem? Och skillnaden med aluminiumfolielagret är att det överför information till oss och fungerar som ett skyddande och avskärmande lager. Det används för att minska störningar från externa oberoende signaler för överföring. Huvudmaterialet för paketeringsbältet och aluminiumfolien är av aluminiumfolie för tätning och avskärmning, och plastfilmen är ensidig eller dubbelsidigt belagd. Lu: Su-kompositfolie används som kabelskärm. Kabelfolie kräver mindre olja på ytan, inga hål och har höga mekaniska egenskaper. Lindningsprocessen går ut på att samla två isolerade kärntrådar och jordtrådar genom en lindningsmaskin. Samtidigt används ett lager aluminiumfolie och ett lager självhäftande polyestertejp på det yttre brödet för att skydda trådparet och stabilisera kärntrådarnas struktur. Denna process har en viktig inverkan på trådens egenskaper, inklusive impedans, fördröjningsskillnad och dämpning, eftersom detta måste produceras strikt enligt hantverkskrav och utföras tester av elektriska egenskaper för att säkerställa att kärntrådens linda uppfyller kraven. Naturligtvis har inte alla dataledningar två lager av skärmning. Vissa har flera lager, vissa har bara ett lager, eller ingen alls. Skärmning är en metallisk separation mellan två rumsliga områden för att kontrollera induktion och utstrålning av elektriska, magnetiska och elektromagnetiska vågor från en region till en annan. Mer specifikt är ledarkärnan omgiven av en skärmande kropp för att förhindra att de påverkas av det externa elektromagnetiska fältet/störningssignalen, och för att förhindra att det elektromagnetiska störfältet/signalen sprider sig utåt. USB-differentialpar-högfrekvent signaltestning kan jämföras med koaxial-differentialpar-USB4-kabel.
Publiceringstid: 16 augusti 2022
