Univerzální sériová sběrnice (USB) je pravděpodobně jedno z nejvšestrannějších rozhraní na světě. Původně ji iniciovaly společnosti Intel a Microsoft a nabízí co nejvíce možností hot plug and play. Od zavedení rozhraní USB v roce 1994, po 26 letech vývoje, se přes USB 1.0/1.1, USB 2.0, USB 3.x konečně vyvinulo do současného USB 4. Přenosová rychlost se také zvýšila z 1,5 Mbps na nejnovějších 40 Gbps. V současné době nejen nově uvedené chytré telefony v podstatě podporují rozhraní Type-C, ale také notebooky, digitální fotoaparáty, chytré reproduktory, mobilní napájecí zdroje a další zařízení začaly používat rozhraní USB se specifikací TYPE-C, které bylo úspěšně zavedeno do automobilového průmyslu. Nový Model 3 od Tesly má místo USB-A porty USB-C a Apple kompletně převedl své MacBooky a AirPods Pro na čisté porty USB Type-C pro přenos dat a nabíjení. Kromě toho bude Apple v souladu s požadavky EU používat rozhraní USB typu C i v budoucím iPhonu 15 a není pochyb o tom, že USB4 bude hlavním rozhraním produktu na budoucím trhu.
Požadavky na kabely USB4
Největší změnou v novém USB4 je zavedení specifikace protokolu Thunderbolt, kterou Intel sdílel s usb-if. Díky duálnímu spojení se šířka pásma zdvojnásobuje na 40 Gb/s a tunelování podporuje více datových a zobrazovacích protokolů. Mezi příklady patří PCI Express a DisplayPort. USB4 si navíc zachovává dobrou kompatibilitu se zavedením nového základního protokolu a je zpětně kompatibilní s USB 3.2/3.1/3.0/2.0 a také s Thunderbolt 3. V důsledku toho se USB4 stalo dosud nejsložitějším standardem USB a vyžaduje, aby návrháři rozuměli specifikacím USB4, USB 3.2, USB 2.0, USB Type-C a USB Power Delivery. Kromě toho musí návrháři rozumět specifikacím PCI Express a DisplayPort, stejně jako technologii ochrany obsahu HIGH-DEFINITION (HDCP), která je kompatibilní s režimem USB4 DisplayPort, a kabely a konektory, které známe, mají vyšší požadavky na elektrický výkon hotových kabelů USB4.
Koaxiální verze USB4 se objevila z ničeho nic.
V éře USB 3.1 10G mnoho výrobců přijalo koaxiální strukturu, aby splnili požadavky na vysokofrekvenční výkon. Koaxiální verze se dříve v řadě USB nepoužívala a její aplikace se týkají hlavně notebooků, mobilních telefonů, GPS, měřicích přístrojů, technologie Bluetooth atd. Obecné použití kabelu je lékařské koaxiální vedení, teflonové koaxiální elektronické vedení, vysokofrekvenční koaxiální vodiče atd. Vzhledem k požadavkům na kontrolu nákladů na trhu se v éře USB 3.1 trh rychle prosadil v podobě lanování, aby se splnily požadavky na výkon produktu. Nicméně s rostoucími požadavky na vysokofrekvenční přenos na trhu s USB 4 jsou požadavky na vysokofrekvenční přenos stále přísnější a vysokorychlostní přenos vyžaduje silnou odolnost proti rušení a elektrickou stabilitu. Pro zajištění stability vysokofrekvenčního přenosu je v současnosti hlavní koaxiální verzí USB 4 stále hlavní. Výroba koaxiálních kabelů je složitý proces. Pro řešení vysokofrekvenčních a vysokorychlostních aplikací je nutné vhodné výrobní zařízení a vyzrálý a stabilní výrobní proces. Při výrobě produktu, výběru materiálu, procesních parametrech a řízení procesu hrají klíčovou roli elektrické parametry specializovaných laboratorních testů. Během celého vývojového úzkého hrdla koaxiální struktury jsou kromě vašich (náklady na materiál, drahé náklady na zpracování) i další dobré faktory, ale vývoj trhu se vždy točí kolem toho, jak dosáhnout nejvyšší ceny šarže. Párově zkroucená verze byla vždy v mezeře výzkumu a vývoje koaxiálních struktur a průlomu.
Ze struktury koaxiálního vedení je patrné, zevnitř ven: centrální vodič, izolační vrstva, vnější vodivá vrstva (kovová síťovina), drátěný plášť. Koaxiální kabel je kompozitní materiál složený ze dvou vodičů. Centrální vodič koaxiálního kabelu se používá k přenosu signálů. Kovová stínící síť hraje dvě role: jednou je poskytovat proudovou smyčku pro signál jako společný uzemňovač a druhou je potlačovat rušení elektromagnetického šumu signálu jako stínící síť. Centrální vodič a stínící síť mezi polopěnovou polypropylenovou izolační vrstvou určují přenosové vlastnosti kabelu a účinně chrání střední vodič, a to z důvodu vysoké ceny.
Přichází verze s kroucenou dvojlinkou USB4?
Vzhledem k tomu, že elektronické obvody pracují na vyšších frekvencích, je obtížnější zvládnout elektrické vlastnosti elektronických součástek. Pokud je velikost součástky nebo celková velikost obvodu ve srovnání s vlnovou délkou provozní frekvence větší než jedna, hodnota indukčnosti obvodu nebo parazitní vliv materiálových vlastností součástek a podobně, i když používáme strukturu párů vodičů, základní frekvenční parametry nemohou splňovat požadavky zákazníků. Struktura je flexibilnější než koaxiální verze a její průměr je mnohem větší. Proč nemohu používat páry USB v dávkách? Obecně platí, že čím vyšší je frekvence kabelu, tím kratší je vlnová délka signálu a čím menší je stoupání zkosení, tím lepší je vyrovnávací efekt. Příliš malá stoupání spoje však vede k nízké výrobní účinnosti a natažení izolovaného jádra. Stoupání páru vodičů je velmi malé, počet torzí je vysoký a torzní napětí v sekci je silně koncentrováno, což vede k vážné deformaci a poškození izolační vrstvy a v konečném důsledku způsobuje zkreslení elektromagnetického pole, které ovlivňuje některé elektrické ukazatele, jako je hodnota SRL a útlum. Pokud existuje excentricita izolace, vzdálenost mezi vodiči se periodicky mění v důsledku otáčení a rotace izolačního vodiče, což způsobuje periodické kolísání impedance. Perioda kolísání je relativně dlouhá. Při vysokofrekvenčním přenosu může být tato pomalá změna detekována elektromagnetickými vlnami a ovlivnit hodnotu odrazového útlumu. Verzi s párem USB4 nelze použít v dávkách.
Ne k zemi, ale nechcete používat svůj koaxiální kabel smrti, takže lidé začali ověřovat rozdíly ve stínění USB4, jak tento produkt vyrobit. Největší nevýhodou je snadné kroucení vodiče a rozdíl oproti paralelnímu paketu přímo pro domácí úkoly je zabránění podvrtnutí vodiče. Jak všichni víme, v současné době se SAS, SFP+ atd. používají ve vysokorychlostních linkách. To stačí k ukázání, že jejich výkon musí být vyšší než u lankové verze. Důležitou rolí vysokofrekvenčních datových linek je přenos datových signálů, ale když je používáme, mohou se objevit všechny druhy rušivých informací. Zamysleme se nad tím, zda tyto rušivé signály vstoupí do vnitřního vodiče datové linky a překryjí původní přenášený signál, je možné rušit nebo měnit původní přenášený signál, což by mohlo způsobit ztrátu užitečného signálu nebo problémy? Rozdíl mezi hliníkovou fólií a její vrstvou spočívá v přenosu informací, která hraje roli ochranného a stínicího materiálu, jenž snižuje rušení vnějších nezávislých signálů při přenosu. Hlavní materiál obalového pásu a hliníkové fólie se skládá z hliníkové fólie, která slouží jako těsnění a stínění. Plastová fólie je jednostranně nebo oboustranně potažena, například kompozitní fólie lu:su, která se používá jako stínění kabelu. Kabelová fólie vyžaduje méně oleje na povrchu, nemá žádné otvory a má vysoké mechanické vlastnosti. Proces obalování spočívá ve spojení dvou izolovaných jádrových vodičů a zemnících vodičů pomocí balicího stroje. Současně se na vnější obal nanese vrstva hliníkové fólie a vrstva samolepicí polyesterové pásky, která stíní pár vodičů a stabilizuje strukturu obalených jádrových vodičů. Tento proces má důležitý vliv na vlastnosti vodičů, včetně impedance, rozdílu zpoždění a útlumu, protože musí být vyrobeno striktně podle řemeslných požadavků a musí být provedeny testy elektrických vlastností, aby se zajistilo, že obalené jádro splňuje požadavky. Samozřejmě ne všechny datové linky mají dvě vrstvy stínění. Některé mají více vrstev, jiné pouze jednu vrstvu nebo žádnou. Stínění je kovové oddělení mezi dvěma prostorovými oblastmi, které řídí indukci a vyzařování elektrických, magnetických a elektromagnetických vln z jedné oblasti do druhé. Konkrétně je jádro vodiče obklopeno stínícím tělesem, které zabraňuje jeho ovlivňování vnějším elektromagnetickým polem/rušivým signálem a šíření rušivého elektromagnetického pole/signálu směrem ven. Testování vysokofrekvenčního signálu diferenciálního páru USB lze srovnat s testováním koaxiálního diferenciálního páru kabelu USB4.
Čas zveřejnění: 16. srpna 2022
