Interfața USB (Universal Serial Bus) este probabil una dintre cele mai versatile interfețe din lume. A fost inițial inițiată de Intel și Microsoft și oferă o tehnologie de conectare și utilizare rapidă (hot plug and play). De la introducerea interfeței USB în 1994, după 26 de ani de dezvoltare, prin USB 1.0/1.1, USB 2.0, USB 3.x, până la actualul USB 4. Rata de transmisie a crescut, de asemenea, de la 1,5 Mbps la cei mai recenti 40 Gbps. În prezent, nu numai telefoanele inteligente lansate recent acceptă practic interfața Type-C, ci și laptopurile, camerele digitale, boxele inteligente, sursele de alimentare mobile și alte dispozitive au început să adopte interfața USB cu specificația TYPE-C, care a fost introdusă cu succes în domeniul auto. În loc de USB-A, noul Model 3 de la Tesla are porturi USB-C, iar Apple și-a convertit complet MacBook-urile și AirPods Pro în porturi USB Type-C exclusive pentru transferul de date și încărcare. În plus, conform cerințelor UE, Apple va folosi și interfața USB type-C în viitorul iPhone 15 și, fără îndoială, USB 4 va fi principala interfață a produsului pe piața viitoare.
Cerințe pentru cablurile USB4
Cea mai mare schimbare adusă de noul USB4 este introducerea specificației protocolului Thunderbolt, pe care Intel o partaja cu usb-if. Funcționând prin legături duale, lățimea de bandă este dublată la 40 Gbps, iar Tunnelling-ul acceptă mai multe protocoale de date și afișare. Printre exemple se numără PCI Express și DisplayPort. În plus, USB4 menține o bună compatibilitate odată cu introducerea noului protocol subiacent, fiind compatibil cu versiunile anterioare USB 3.2/3.1/3.0/2.0, precum și Thunderbolt 3. Drept urmare, USB4 a devenit cel mai complex standard USB de până acum, necesitând ca proiectanții să înțeleagă specificațiile USB4, USB 3.2, USB 2.0, USB Type-C și USB Power Delivery. În plus, proiectanții trebuie să înțeleagă specificațiile PCI Express și DisplayPort, precum și tehnologia HIGH-DEFINITION content protection (HDCP) compatibilă cu modul USB4 DisplayPort, iar cablurile și conectorii cu care suntem familiarizați au cerințe mai ridicate pentru a îndeplini cerințele de performanță electrică ale produselor finite de cablu USB4.
O versiune coaxială a USB4 a apărut de nicăieri
În era USB3.1 10G, mulți producători au adoptat structura coaxială pentru a îndeplini cerințele de performanță de înaltă frecvență. Versiunea coaxială nu a mai fost utilizată în seria USB înainte, scenariile sale de aplicare fiind în principal notebook-uri, telefoane mobile, GPS, instrumente de măsurare, tehnologie Bluetooth etc. Aplicațiile generale ale cablurilor sunt: linie coaxială medicală, linie electronică coaxială din teflon, fir coaxial de radiofrecvență etc. Odată cu cerințele de control al costurilor în vrac ale pieței, în era USB3.1, cablurile de cabluri ocupă rapid piața pentru a satisface performanța produsului. Dar, odată cu creșterea cerințelor de transmisie de înaltă frecvență de către piața USB4, cablurile au devenit din ce în ce mai riguroase, iar transmisia de mare viteză necesită o capacitate anti-interferență puternică și stabilitate a performanței electrice. Pentru a asigura stabilitatea transmisiei de înaltă frecvență, USB4 este în continuare principala versiune coaxială actuală. Procesul de producție și fabricație coaxială este complex. Rezolvarea problemelor de înaltă frecvență și viteză necesită echipamente de producție adecvate și un proces de producție matur și stabil. În producția produsului, selecția materialelor, parametrii procesului și controlul procesului, parametrii electrici ai testelor de laborator specializate joacă un rol cheie. Pe parcursul dezvoltării structurii coaxiale, pe lângă (costul materialelor, costul de procesare scump) și alte aspecte bune, dezvoltarea pieței se învârte întotdeauna în jurul modului de a obține cel mai mare preț al lotului. Versiunea cu perechi de fire răsucite a fost întotdeauna în decalajul dintre cercetarea și dezvoltarea și descoperirea inovatoare a dezvoltării coaxiale.
Se poate observa din structura liniei coaxiale, de la interior spre exterior, respectiv: conductor central, strat izolator, strat conductiv exterior (plasă metalică), înveliș metalic. Cablul coaxial este un compozit alcătuit din doi conductori. Firul central al cablului coaxial este utilizat pentru transmiterea semnalelor. Plasa metalică de ecranare joacă două roluri: unul este de a asigura bucla de curent pentru semnal ca masă comună, iar celălalt este de a suprima interferența zgomotului electromagnetic asupra semnalului ca plasă de ecranare. Firul central și rețeaua de ecranare dintre stratul izolator din polipropilenă semispumantă determină caracteristicile de transmisie ale cablului și protejează eficient firul din mijloc, fiind scumpe din motive de preț.
Va apărea versiunea USB4 cu pereche torsadată?
Deoarece circuitele electronice funcționează la frecvențe mai mari, caracteristicile electrice ale componentelor electronice devin mai dificil de stăpânit. Atunci când dimensiunea componentei sau dimensiunea întregului circuit în comparație cu lungimea de undă a frecvenței de funcționare este mai mare decât unu, valoarea inductanței circuitului sau capacitatea componentelor sunt afectate de efectul parazitar al proprietăților materialelor și așa mai departe, chiar și atunci când se utilizează o structură în perechi de fire, testarea parametrilor de frecvență de bază nu poate satisface cerințele clienților, iar structura și diametrul acesteia sunt mult mai flexibile decât versiunea coaxială. De ce nu pot aplica perechea USB în loturi? În general, cu cât frecvența de utilizare a cablului este mai mare, cu cât lungimea de undă a semnalului este mai scurtă și cu cât pasul oblic este mai mic, cu atât efectul de echilibrare este mai bun. Cu toate acestea, un pas de îmbinare prea mic va duce la o eficiență scăzută a producției și la întinderea firului cu miez izolat. Pasul perechii de fire este foarte mic, numărul de torsiuni este mare, iar tensiunea de torsiune pe secțiune este concentrată serios, rezultând o deformare și deteriorare gravă a stratului de izolație și, în final, provocând distorsiuni ale câmpului electromagnetic, afectând anumiți indicatori electrici, cum ar fi valoarea SRL și atenuarea. Când există excentricitate a izolației, distanța dintre conductori se modifică periodic datorită mișcării de revoluție și rotației izolatorului, ceea ce duce la fluctuații periodice ale impedanței. Perioada de fluctuație este relativ lungă. În transmisia de înaltă frecvență, această modificare lentă poate fi detectată de undele electromagnetice și poate afecta valoarea pierderii de retur. Versiunea USB4 cu perechi nu poate fi utilizată în loturi.
Nu este vorba de împământare, dar nu vrei să folosești cablul coaxial defectuos, așa că oamenii au început să verifice diferențele dintre metodele de ecranare USB4 și produsul. Cel mai mare dezavantaj este că se răsucește ușor conductorul și se diferențiază de cablul paralel direct pentru a evita întinderea conductorului. După cum știm cu toții, în prezent se utilizează linii de mare viteză, diferența dintre SAS, SFP+ etc. fiind suficientă pentru a demonstra că performanța sa trebuie să fie mai mare decât versiunea multifilamentară. Un rol important al liniei de date de înaltă frecvență este de a transmite semnale de date, dar atunci când o folosim în jur pot apărea tot felul de interferențe de informații dezordonate. Să ne gândim dacă aceste semnale de interferență intră în conductorul interior al liniei de date și se suprapun peste semnalul transmis inițial, este posibil ca acesta să interfereze sau să modifice semnalul transmis inițial, provocând astfel pierderi sau probleme de semnal util? Diferența dintre stratul de folie de aluminiu constă în faptul că acesta transferă informații către noi și joacă rolul de protecție și ecranare, utilizându-se pentru a reduce interferențele semnalelor externe independente pentru transmisie. Materialul principal al curelei de ambalare și folie de aluminiu este etanșat și ecranat cu folie de aluminiu, acoperit pe o singură față sau pe ambele fețe pe folia de plastic, iar folia compozită este utilizată ca ecran pentru cablu. Folia de cablu necesită mai puțin ulei la suprafață, nu are găuri și are proprietăți mecanice ridicate. Procesul de înfășurare constă în asamblarea a două fire cu miez izolat și a firelor de împământare prin intermediul unei mașini de înfășurare. În același timp, un strat de folie de aluminiu și un strat de bandă autoadezivă din poliester pe partea exterioară sunt utilizate pentru a proteja perechea de fire și a stabiliza structura firelor cu miez de înfășurare. Acest proces are un efect important asupra proprietăților firelor, inclusiv impedanța, diferența de întârziere, atenuarea, deoarece acestea trebuie produse strict conform cerințelor tehnice, efectuându-se teste ale proprietăților electrice pentru a se asigura că miezul de înfășurare al firelor este în conformitate cu cerințele. Desigur, nu toate liniile de date au două straturi de ecranare. Unele au mai multe straturi, altele au un singur strat sau deloc. Ecranarea este o separare metalică între două regiuni spațiale pentru a controla inducția și radiația undelor electrice, magnetice și electromagnetice dintr-o regiune în alta. Mai exact, miezul conductorului este înconjurat de un corp de ecranare pentru a preveni afectarea acestuia de câmpul electromagnetic/semnalul de interferență extern și pentru a preveni răspândirea câmpului/semnalului electromagnetic de interferență în exterior. Testarea semnalului de înaltă frecvență pentru perechi diferențiale USB poate fi comparabilă cu cea a cablului coaxial USB4 cu perechi diferențiale.
Data publicării: 16 august 2022
