Universaalne jadasiini (USB) liidesed on ilmselt üks maailma mitmekülgsemaid. Selle algatasid algselt Intel ja Microsoft ning see pakub võimalikult kiiret ühendamist ja kasutamist. Pärast USB-liidese kasutuselevõttu 1994. aastal, pärast 26-aastast arendustööd, on USB 1.0/1.1, USB 2.0 ja USB 3.x kaudu lõpuks praeguseks USB 4-ks arenenud ka edastuskiirus. Ka edastuskiirus on suurenenud 1,5 Mbps-lt viimase 40 Gbps-ni. Praegu ei toeta mitte ainult äsja turule tulnud nutitelefonid põhimõtteliselt Type-C liidest, vaid ka sülearvutid, digikaamerad, nutikad kõlarid, mobiilsed toiteplokid ja muud seadmed on hakanud kasutama TYPE-C spetsifikatsiooniga USB-liidest, mis on edukalt kasutusele võetud autotööstuses. USB-A asemel on Tesla uuel Model 3-l USB-C-pordid ning Apple on oma MacBookid ja AirPods Pro täielikult muutnud puhasteks USB Type-C-portideks andmeedastuseks ja laadimiseks. Lisaks kasutab Apple EL-i nõuete kohaselt tulevases iPhone 15-s ka USB Type-C liidest ning pole kahtlustki, et USB4 saab tulevase turu peamiseks tooteliideseks.
Nõuded USB4-kaablitele
Uue USB4 suurim muudatus on Thunderbolt protokolli spetsifikatsiooni kasutuselevõtt, mida Intel jagas usb-if-iga. Kahe lingi kaudu töötades kahekordistub ribalaius 40 Gbps-ni ja tunneldamine toetab mitut andme- ja kuvaprotokolli. Näideteks on PCI Express ja DisplayPort. Lisaks säilitab USB4 hea ühilduvuse uue alusprotokolli kasutuselevõtuga, olles tagasiühilduv USB3.2/3.1/3.0/2.0 ja ka Thunderbolt 3-ga. Selle tulemusena on USB4-st saanud seni kõige keerulisem USB-standard, mis nõuab disaineritelt USB4, USB3.2, USB2.0, USB Type-C ja USB Power Delivery spetsifikatsioonide mõistmist. Lisaks peavad disainerid mõistma PCI Expressi ja DisplayPort spetsifikatsioone, samuti USB4 DisplayPort-režiimiga ühilduvat kõrglahutusega sisukaitse (HDCP) tehnoloogiat ning meile tuttavatel kaablitel ja pistikutel on USB4 kaablite lõpptoodete elektrilise jõudluse nõuete täitmiseks kõrgemad nõuded.
USB4 koaksiaalne versioon ilmus eikusagilt
USB3.1 10G ajastul võtsid paljud tootjad kõrgsagedusliku jõudluse nõuete täitmiseks kasutusele koaksiaalstruktuuri. Koaksiaalversiooni ei kasutatud varem USB-seerias, selle rakendusalad olid peamiselt sülearvutid, mobiiltelefonid, GPS-id, mõõteriistad, Bluetooth-tehnoloogia jne. Kaabli üldine rakendusala on meditsiiniline koaksiaalliin, teflonkoaksiaalne elektrooniline liin, raadiosageduslik koaksiaalkaabel jne. Turu hulgihinna kontrolli nõuete tõttu hõivas USB3.1 ajastul toote jõudlusnõuete täitmiseks mõeldud kiudkaabel turu kiiresti. Kuid USB4 turul muutuvad kõrgsagedusliku ülekande nõuded üha rangemaks ning kiire edastus vajab juhtmetelt tugevat häiretevastast võimet ja elektrilist jõudlust stabiilsena. Kõrgsagedusliku edastuse stabiilsuse tagamiseks on praegune peavoolu USB4 endiselt peamine koaksiaalversioon. Koaksiaalkaabli tootmine ja valmistamisprotsess on keeruline protsess. Kõrgsageduslike ja kiirete rakenduste lahendamiseks on vaja sobivaid tootmisseadmeid ning küpset ja stabiilset tootmisprotsessi. Toote tootmisel, materjali valikul, protsessi parameetritel ja protsessi juhtimisel mängivad võtmerolli spetsiaalsete laborikatsete elektrilised parameetrid. Koaksiaalstruktuuri arenduse kitsaskohana on lisaks teie (materjali maksumus, töötlemiskulud ja kallid) ka muud head küljed, kuid turu areng keerleb alati selle ümber, kuidas saavutada suurim partii hind. Paar-keerdversioon on alati olnud koaksiaalkaabli arenduse uurimis- ja arendustegevuse ning läbimurde lõhes.
Koaksiaalkaabli struktuuri seestpoolt väljapoole on näha vastavalt: keskjuht, isoleerkiht, välimine juhtiv kiht (metallvõrk) ja traatkest. Koaksiaalkaabel on kahest juhist koosnev komposiit. Koaksiaalkaabli keskjuhet kasutatakse signaalide edastamiseks. Metallist varjestusvõrgul on kaks rolli: üks on signaalile voolusilmuse pakkumine ühise maana ja teine on elektromagnetilise müra summutamine signaalile varjestusvõrguna. Keskjuhtme ja varjestusvõrgu vahel on poolvahustunud polüpropüleenist isolatsioonikiht, mis määrab kaabli ülekandeomadused ja kaitseb tõhusalt keskjuhet. See on kallis ja sellel on omad kallid põhjused.
Kas USB4 keerdpaarkaabel tuleb?
Kuna elektroonilised vooluringid töötavad kõrgematel sagedustel, muutub elektrooniliste komponentide elektriliste omaduste omandamine keerulisemaks. Kui komponendi suurus või kogu vooluringi suurus võrreldes töösageduse lainepikkusega on suurem kui üks, siis vooluringi induktiivsuse mahtuvus või komponentide materjali omaduste parasiitne mõju jne. Isegi paarisjuhtmestruktuuri kasutamisel ei suuda põhilised sagedusparameetrite testid klientide nõudeid täita ning on paindlikumad kui koaksiaalversiooni struktuur ja selle läbimõõt on palju suurem. Miks ei saa paaris-USB-kaablit partiidena kasutada? Üldiselt, mida kõrgem on kaabli kasutamise sagedus, seda lühem on signaali lainepikkus ja mida väiksem on kaldenurk, seda parem on tasakaalustusefekt. Liiga väike liitesamm aga vähendab tootmise efektiivsust ja isoleeritud südamiku närve. Juhtmepaari samm on väga väike, väändejõud on suur ja väändepinge on sektsioonile tugevalt koondunud, mis põhjustab isolatsioonikihi tõsist deformatsiooni ja kahjustusi ning lõpuks elektromagnetvälja moonutusi, mõjutades mõningaid elektrilisi näitajaid, nagu SRL väärtus ja sumbumine. Isolatsiooni ekstsentrilisuse korral muutub juhtide vaheline kaugus perioodiliselt isoleeriva üksikjuhtme pöörlemise ja pöörlemise tõttu, mis põhjustab impedantsi perioodilist kõikumist. Kõikumisperiood on suhteliselt pikk. Kõrgsagedusliku ülekande puhul on elektromagnetlained seda aeglast muutust tuvastanud ja see mõjutab tagasikao väärtust. USB4 paariversiooni ei saa partiidena kasutada.
Mitte maasse, aga ma ei taha oma koaksiaalkaablit kasutada, seega on inimesed hakanud kontrollima USB4 varjestusviise toote valmistamiseks. Suurim puudus on kergesti keerduvad juhid ja paralleelpakettkaabli erinevus kodutööks on juhi nikastumine. Nagu me kõik teame, kasutatakse praegu kiiretel liinidel SAS-i, SFP+ jne erinevusi. See näitab, et selle jõudlus peab olema suurem kui luhtunud versioonil. Kõrgsagedusliku andmesideliini oluline roll on andmesignaalide edastamine, kuid selle kasutamisel võib tekkida igasugune segane häireinfo. Mõelgem sellele, kas need häiresignaalid sisenevad andmesideliini sisemisse juhi ja asetsevad algse edastatud signaali peal, kas on võimalik algset edastatud signaali segada või muuta, põhjustades seeläbi kasuliku signaali kadu või probleeme? Alumiiniumfooliumkihi erinevus seisneb selles, et see edastab meile teavet kaitsva ja varjestava kihina, vähendades väliste sõltumatute signaalide häireid edastuse ajal. Peamine pakendi rihmamaterjal ja alumiiniumfooliumi tihendus ja varjestus on alumiiniumfooliumi tihendamine ja varjestus, ühe- või kahepoolne katmine plastkilele, näiteks komposiitfoolium, mida kasutatakse kaabli varjestusena. Kaablifoolium vajab pinnale vähem õli, auke pole ja sellel on head mehaanilised omadused. Pakkimisprotsess seisneb kahe isoleeritud südamikuga juhtme ja maandusjuhtme kokkukogumises pakkemasina abil. Samal ajal kasutatakse alumiiniumfooliumikihti ja isekleepuvat polüesterteipi välimisel kihil, et varjestada juhtmepaari ja stabiliseerida südamikuga juhtmete pakkestruktuuri. Sellel protsessil on oluline mõju juhtme omadustele, sealhulgas impedantsile, viivituse erinevusele ja sumbumisele, kuna see peab toimuma rangelt vastavalt käsitöö nõuetele, elektriliste omaduste testimine, et tagada südamikuga juhtme vastavus nõuetele. Loomulikult ei ole kõigil andmeliinidel kahte varjestuskihti. Mõnel on mitu kihti, mõnel ainult üks kiht või puudub see üldse. Varjestus on metalliline eraldus kahe ruumilise piirkonna vahel, et kontrollida elektri-, magnet- ja elektromagnetlainete indutseerimist ja kiirgust ühest piirkonnast teise. Täpsemalt öeldes on juhi südamik ümbritsetud varjestuskehaga, et vältida välise elektromagnetvälja/häiresignaali mõju neile ja takistada häiriva elektromagnetvälja/signaali levikut väljapoole. USB diferentsiaalpaari kõrgsagedussignaali testimist saab võrrelda koaksiaalkaabliga, mis on tulekul diferentsiaalpaariga USB4-kaabel.
Postituse aeg: 16. august 2022
