Universal Serial Bus (USB) er sandsynligvis en af de mest alsidige grænseflader i verden. Den blev oprindeligt initieret af Intel og Microsoft og har så meget hot plug and play som muligt. Siden introduktionen af USB-grænsefladen i 1994, efter 26 års udvikling, har den gennem USB 1.0/1.1, USB 2.0 og USB 3.x endelig udviklet sig til den nuværende USB4. Overførselshastigheden er også steget fra 1,5 Mbps til de seneste 40 Gbps. I øjeblikket understøtter ikke kun de nyligt lancerede smartphones grundlæggende Type-C-grænsefladen, men også bærbare computere, digitalkameraer, smarthøjttalere, mobile strømforsyninger og andre enheder er begyndt at anvende TYPE-C-specifikationen af USB-grænsefladen, som med succes er blevet introduceret i bilindustrien. I stedet for USB-A har Teslas nye Model 3 USB-C-porte, og Apple har fuldstændigt konverteret sine MacBooks og AirPods Pro til rene USB Type-C-porte til dataoverførsel og opladning. Derudover vil Apple ifølge EU's krav også bruge USB type-c-grænseflade i fremtidens iPhone 15, og der er ingen tvivl om, at USB4 vil være den primære produktgrænseflade på det fremtidige marked.
Krav til USB4-kabler
Den største ændring i den nye USB4 er introduktionen af Thunderbolt-protokolspecifikationen, som Intel delte med usb-if. Ved at køre over dual links er båndbredden fordoblet til 40 Gbps, og tunnelering understøtter flere data- og displayprotokoller. Eksempler inkluderer PCI Express og DisplayPort. Derudover opretholder USB4 god kompatibilitet med introduktionen af den nye underliggende protokol, da den er bagudkompatibel med USB3.2/3.1/3.0/2.0 samt Thunderbolt 3. Som et resultat er USB4 blevet den mest komplekse USB-standard til dato, hvilket kræver, at designere forstår specifikationerne for USB4, USB3.2, USB2.0, USB Type-C og USB Power Delivery. Derudover skal designere forstå PCI Express- og DisplayPort-specifikationerne samt HIGH-DEFINITION content Protection (HDCP)-teknologien, der er kompatibel med USB4 DisplayPort-tilstanden, og de kabler og stik, vi er bekendt med, har højere krav for at opfylde de elektriske ydeevnekrav for de færdige USB4-kabler.
En koaksial version af USB4 dukkede op ud af ingenting
I USB3.1 10G-æraen anvendte mange producenter koaksialstruktur for at opfylde kravene til højfrekvensydelse. Koaksialversionen blev ikke anvendt i USB-serien før, dens anvendelsesscenarier er primært bærbare computere, mobiltelefoner, GPS, måleinstrumenter, Bluetooth-teknologi osv. Den generelle anvendelse af kabelbeskrivelser er medicinske koaksiale linjer, teflon koaksiale elektroniske linjer, radiofrekvenskoaksiale ledninger osv. Med markedets krav til omkostningskontrol i bulk, i USB3.1-æraen har trådning for at opfylde produktets ydeevne hurtigt optaget markedet, men med USB4-markedets krav til højfrekvenstransmission bliver der stadig strengere, og højhastighedstransmission kræver en stærk anti-interferensevne og elektrisk ydeevnestabilitet. For at sikre stabiliteten af højfrekvenstransmissionen er den nuværende mainstream USB4 stadig den primære koaksiale version. Koaksialproduktion og fremstillingsprocessen er en kompleks proces. For at løse højfrekvens- og højhastighedsapplikationen kræves passende produktionsudstyr og en moden og stabil produktionsproces. I produktionen af produktet, materialevalg, procesparametre og proceskontrol spiller de elektriske parametre fra specialiserede laboratorietests en nøglerolle. Gennem hele udviklingen af koaksialstrukturen er flaskehalsen i forbindelse med udviklingen af denne struktur (materialeomkostninger, dyre forarbejdningsomkostninger) også god. Markedsudviklingen drejer sig altid om, hvordan man opnår den største batchpris. Twist-versionen har altid været i spidsen for forskning og gennembrud inden for koaksial udvikling.
Det kan ses ud fra koaksialledningens struktur, indefra og udad: central leder, isolerende lag, ydre ledende lag (metalnet), trådhud. Koaksialkabel er en komposit bestående af to ledere. Koaksialkablets centrale ledning bruges til at transmittere signaler. Metalafskærmningsnettet spiller to roller: den ene er at tilvejebringe strømsløjfen for signalet som fælles jord, og den anden er at undertrykke interferens fra elektromagnetisk støj til signalet som et afskærmningslag. Mellem den centrale ledning og afskærmningsnetværket er der et halvskummende polypropylenisoleringslag, der bestemmer kablets transmissionsegenskaber og effektivt beskytter den centrale ledning, hvilket er dyrt.
Kommer USB4 twisted pair-versionen?
Efterhånden som elektroniske kredsløb opererer ved højere frekvenser, bliver de elektriske egenskaber ved elektroniske komponenter vanskeligere at mestre. Når komponentstørrelsen eller hele kredsløbsstørrelsen i forhold til driftsfrekvensens bølgelængde er større end én, kredsløbsinduktanskapacitansværdien eller komponenternes parasitiske effekt af materialeegenskaber osv., selv når vi bruger ledningsparstrukturen, kan test af grundlæggende frekvensparametre ikke opfylde kundernes krav, og den er fleksibelere end den koaksiale version af strukturen, og dens diameter er langt større. Hvorfor kan jeg ikke anvende USB-parret i batcher? Generelt gælder det, at jo højere kabelfrekvensen er, desto kortere er signalets bølgelængde, og jo mindre skævheden er, desto bedre er balanceeffekten. En for lille splejsning vil dog medføre lav produktionseffektivitet og forstuvning af den isolerede kernetråd. Ledningsparrets stigning er meget lille, antallet af vridninger er stort, og vridningsbelastningen på sektionen er alvorligt koncentreret, hvilket resulterer i alvorlig deformation og beskadigelse af isoleringslaget og i sidste ende forårsager forvrængning af det elektromagnetiske felt, hvilket påvirker nogle elektriske indikatorer såsom SRL-værdi og dæmpning. Når der er isolationsexcentricitet, ændres afstanden mellem lederne periodisk på grund af omdrejninger og rotationer af den isolerende enkeltledning, hvilket medfører periodiske impedansudsving. Udsvingsperioden er relativt lang. Ved højfrekvent transmission kan denne langsomme ændring detekteres af elektromagnetiske bølger og påvirke returtabet. USB4-parversionen kan ikke bruges i batcher.
Ikke til jorden, men ønsker ikke at bruge din koaksialkabel, så folk begyndte at undersøge forskellen på USB4-afskærmningsmetoder til at fremstille produktet. Den største ulempe ved at vride den er, at lederen let kan snos, og forskellen med parallelpakker er direkte til hjemmearbejde for at undgå forstuvning af lederen. Som vi alle ved, bruges SAS, SFP+ osv. i øjeblikket i højhastighedsledninger. Det viser nok, at dens ydeevne skal være højere end den strandede version. En vigtig rolle for højfrekvente datalinjer er at transmittere datasignaler, men når vi bruger dem, kan der opstå alle mulige rodede interferensoplysninger. Lad os tænke over, om disse interferenssignaler trænger ind i datalinjens indre leder og oven på det oprindelige transmitterede signal, er det så muligt at forstyrre eller ændre det oprindelige transmitterede signal og dermed forårsage tab af nyttigt signal eller problemer? Forskellen ved aluminiumsfolielaget er, at det overfører information til os og fungerer som en beskyttende og afskærmende funktion. Det bruges til at reducere interferens fra uafhængige signaler udefra til transmission. Hovedmaterialet til pakningsbåndet og aluminiumsfolien er lavet af aluminiumsfolie, der forsegler og afskærmer plastfilmen med en eller to sider. Lu: Su-kompositfolie bruges som afskærmning af kablet. Kabelfolie kræver mindre olie på overfladen, ingen huller og har høje mekaniske egenskaber. Indpakningsprocessen består i at samle to isolerede kernetråde og jordtråde gennem en indpakningsmaskine. Samtidig bruges et lag aluminiumsfolie og et lag selvklæbende polyestertape på det ydre bånd til at afskærme trådparret og stabilisere strukturen af den indpakkede kernetråd. Denne proces har en vigtig effekt på ledningens egenskaber, herunder impedans, forsinkelsesforskel og dæmpning, da dette skal udføres strengt i henhold til håndværksmæssige krav og testes for at sikre, at den indpakkede kernetråd overholder kravene. Selvfølgelig har ikke alle datalinjer to lag afskærmning. Nogle har flere lag, nogle har kun ét lag eller slet ingen. Afskærmning er en metallisk adskillelse mellem to rumlige områder for at kontrollere induktion og udstråling af elektriske, magnetiske og elektromagnetiske bølger fra et område til et andet. Mere specifikt er lederkernen omgivet af en afskærmning for at forhindre, at de påvirkes af det eksterne elektromagnetiske felt/interferenssignal, og for at forhindre, at det elektromagnetiske interferensfelt/signal spredes udad. Test af USB-differentialpar med højfrekvente signaler kan sammenlignes med koaksialt USB4-kabel med differentialpar.
Opslagstidspunkt: 16. august 2022
