Univerzálna sériová zbernica (USB) je pravdepodobne jedno z najuniverzálnejších rozhraní na svete. Pôvodne ho iniciovali spoločnosti Intel a Microsoft a ponúka čo najväčšiu možnú funkciu „hot plug and play“. Od zavedenia rozhrania USB v roku 1994, po 26 rokoch vývoja, sa cez USB 1.0/1.1, USB 2.0, USB 3.x nakoniec vyvinulo až po súčasné USB 4; prenosová rýchlosť sa tiež zvýšila z 1,5 Mbps na najnovších 40 Gbps. V súčasnosti nielen novo uvedené smartfóny v podstate podporujú rozhranie Type-C, ale aj notebooky, digitálne fotoaparáty, inteligentné reproduktory, mobilné napájacie zdroje a ďalšie zariadenia začali používať rozhranie USB so špecifikáciou TYPE-C, ktoré bolo úspešne zavedené do automobilového priemyslu. Namiesto USB-A má nový Model 3 od Tesly porty USB-C a Apple úplne previedol svoje MacBooky a AirPods Pro na čisto USB porty Type-C na prenos dát a nabíjanie. Okrem toho, podľa požiadaviek EÚ, bude Apple používať rozhranie USB typu C aj v budúcom iPhone 15 a niet pochýb o tom, že USB4 bude hlavným rozhraním produktu na budúcom trhu.
Požiadavky na káble USB4
Najväčšou zmenou v novom USB4 je zavedenie špecifikácie protokolu Thunderbolt, ktorú Intel zdieľal s usb-if. Vďaka duálnym linkám sa šírka pásma zdvojnásobila na 40 Gb/s a tunelovanie podporuje viacero dátových a zobrazovacích protokolov. Medzi príklady patria PCI Express a DisplayPort. Okrem toho si USB4 zachováva dobrú kompatibilitu so zavedením nového základného protokolu a je spätne kompatibilný s USB 3.2/3.1/3.0/2.0, ako aj s Thunderbolt 3. V dôsledku toho sa USB4 stalo doteraz najkomplexnejším štandardom USB, čo vyžaduje, aby dizajnéri rozumeli špecifikáciám USB4, USB 3.2, USB 2.0, USB Type-C a USB Power Delivery. Okrem toho musia dizajnéri rozumieť špecifikáciám PCI Express a DisplayPort, ako aj technológii ochrany obsahu s vysokým rozlíšením (HDCP), ktorá je kompatibilná s režimom USB4 DisplayPort, a káble a konektory, s ktorými sme oboznámení, majú vyššie požiadavky na splnenie elektrických požiadaviek na hotové káble USB4.
Koaxiálna verzia USB4 sa objavila z ničoho nič.
V ére USB 3.1 10G mnoho výrobcov prijalo koaxiálnu štruktúru, aby splnili požiadavky na vysokofrekvenčný výkon. Koaxiálna verzia sa predtým v sérii USB nepoužívala a jej aplikácie sú hlavne v notebookoch, mobilných telefónoch, GPS, meracích prístrojoch, technológii Bluetooth atď. Všeobecným popisom použitia káblov sú lekárske koaxiálne linky, teflónové koaxiálne elektronické linky, rádiofrekvenčné koaxiálne káble atď. Vzhľadom na požiadavky trhu na kontrolu nákladov na hromadné použitie sa v ére USB 3.1 trh rýchlo presadil na základe splietania, aby sa splnil výkon produktu. Avšak s rastúcimi požiadavkami na vysokofrekvenčný prenos na trhu s USB 4 sú požiadavky na vysokofrekvenčný prenos čoraz prísnejšie a vysokorýchlostný prenos vyžaduje kábel so silnou odolnosťou proti rušeniu a stabilitou elektrického výkonu. Na zabezpečenie stability vysokofrekvenčného prenosu je súčasný bežný USB 4 stále hlavnou koaxiálnou verziou. Výroba koaxiálnych káblov je zložitý proces. Na riešenie vysokofrekvenčných a vysokorýchlostných aplikácií je potrebné vhodné výrobné zariadenie a zrelý a stabilný výrobný proces. Pri výrobe produktu, výbere materiálu, procesných parametroch a riadení procesu zohrávajú kľúčovú úlohu elektrické parametre špecializovaných laboratórnych testov. Počas celého vývoja koaxiálnej štruktúry sú okrem iných faktorov (náklady na materiál, drahé spracovanie) aj iné dobré, ale vývoj trhu sa vždy točí okolo toho, ako dosiahnuť najvyššiu cenu šarže. Párová verzia s otočením bola vždy v medzere výskumu a vývoja koaxiálnych štruktúr a prielomu.
Zo štruktúry koaxiálneho vedenia, zvnútra von, je zrejmé, že: centrálny vodič, izolačná vrstva, vonkajšia vodivá vrstva (kovová sieťovina), drôtený plášť. Koaxiálny kábel je kompozitný materiál zložený z dvoch vodičov. Centrálny vodič koaxiálneho kábla sa používa na prenos signálov. Kovová tieniaca sieť zohráva dve úlohy: jednou je poskytnúť prúdovú slučku pre signál ako spoločné uzemnenie a druhou je potlačiť rušenie elektromagnetického šumu signálu ako tieniaca sieť. Stredový vodič a tieniaca sieť sú umiestnené medzi polopenovou polypropylénovou izolačnou vrstvou, ktorá určuje prenosové charakteristiky kábla a účinne chráni stredný vodič. Z tohto dôvodu sú drahé.
Prichádza verzia s krútenou dvojlinkou USB4?
Keďže elektronické obvody pracujú na vyšších frekvenciách, elektrické charakteristiky elektronických súčiastok sa stávajú ťažšie zvládnuteľnými. Ak je veľkosť súčiastky alebo celková veľkosť obvodu v porovnaní s vlnovou dĺžkou prevádzkovej frekvencie väčšia ako jedna, hodnota indukčnosti obvodu alebo parazitný vplyv materiálových vlastností súčiastok atď., aj keď používame štruktúru párov vodičov, testovanie základných frekvenčných parametrov nemôže splniť požiadavky zákazníkov a flexibilnejšia verzia štruktúry a jej priemer sú oveľa väčšie. Prečo nemôžem používať páry USB v dávkach? Vo všeobecnosti platí, že čím vyššia je frekvencia používania kábla, tým kratšia je vlnová dĺžka signálu a čím menší je sklon, tým lepší je efekt vyváženia. Príliš malý sklon spoja však spôsobí nízku výrobnú účinnosť a natiahnutie izolovaného jadra. Rozstup párov vodičov je veľmi malý, počet krútení je vysoký a torzné napätie na úseku je koncentrované, čo vedie k vážnej deformácii a poškodeniu izolačnej vrstvy a nakoniec spôsobuje skreslenie elektromagnetického poľa, ktoré ovplyvňuje niektoré elektrické ukazovatele, ako je hodnota SRL a útlm. Keď existuje excentricita izolácie, vzdialenosť medzi vodičmi sa periodicky mení v dôsledku otáčania a rotácie izolačného vedenia, čo spôsobuje periodické kolísanie impedancie. Perióda kolísania je relatívne dlhá. Pri vysokofrekvenčnom prenose môže byť táto pomalá zmena detekovaná elektromagnetickými vlnami a ovplyvniť hodnotu odrazového útlmu. Verziu s párom USB4 nemožno použiť v dávkach.
Nie k zemi, ale nechcem používať svoj koaxiálny kábel smrti, takže ľudia začali overovať rozdiely v spôsoboch tienenia USB4, ako urobiť produkt, najväčšou nevýhodou je ľahko skrútený vodič a rozdiel oproti paralelnému paketu priamo pre domáce úlohy, aby sa zabránilo natiahnutiu vodiča, ako všetci vieme, v súčasnosti sa rozdiel medzi SAS, SFP+ atď. používa vo vysokorýchlostných linkách dostatočne preukazuje, že jeho výkon musí byť vyšší ako u lankovej verzie, dôležitou úlohou vysokofrekvenčnej dátovej linky je prenos dátových signálov, ale keď ju používame, môžu sa objaviť všetky druhy chaotických rušivých informácií. Zamyslime sa nad tým, či tieto rušivé signály vstúpia do vnútorného vodiča dátovej linky a prekrývajú pôvodne prenášaný signál, je možné rušiť alebo meniť pôvodne prenášaný signál, čo spôsobí stratu užitočného signálu alebo problémy? Rozdiel medzi vrstvou hliníkovej fólie spočíva v prenose informácií a jej ochrannej a tieniacej úlohe, ktorá sa používa na zníženie rušenia vonkajších nezávislých signálov pri prenose. Hlavný materiál obalového pásu a hliníkovej fólie sa používa na tesnenie a tienenie hliníkovej fólie, jednostranný alebo obojstranný povlak na plastovej fólii, napríklad kompozitná fólia lu:su, ktorá sa používa ako tienenie kábla. Káblová fólia vyžaduje menej oleja na povrchu, nemá žiadne otvory a má vysoké mechanické vlastnosti. Proces balenia spočíva v spojení dvoch izolovaných jadrových vodičov a uzemňovacích vodičov pomocou baliaceho stroja. Zároveň sa na vonkajší obal použije vrstva hliníkovej fólie a vrstva samolepiacej polyesterovej pásky na tienenie páru vodičov a stabilizácia štruktúry ovinutých jadrových vodičov. Tento proces má dôležitý vplyv na vlastnosti vodiča, vrátane impedancie, rozdielu oneskorenia a útlmu, pretože sa musí vyrábať prísne podľa remeselných požiadaviek a vykonávať testovanie elektrických vlastností, aby sa zabezpečilo, že ovinutý jadrový vodič zodpovedá požiadavkám. Samozrejme, nie všetky dátové linky majú dve vrstvy tienenia. Niektoré majú viac vrstiev, iné iba jednu vrstvu alebo žiadnu. Tienenie je kovové oddelenie dvoch priestorových oblastí, ktoré riadi indukciu a vyžarovanie elektrických, magnetických a elektromagnetických vĺn z jednej oblasti do druhej. Konkrétne je jadro vodiča obklopené tieniacim telesom, aby sa zabránilo jeho ovplyvneniu vonkajším elektromagnetickým poľom/interferenčným signálom a aby sa zabránilo šíreniu rušivého elektromagnetického poľa/signálu smerom von. Testovanie vysokofrekvenčného signálu diferenciálneho páru USB je porovnateľné s testovaním koaxiálneho kábla diferenciálneho páru USB4.
Čas uverejnenia: 16. augusta 2022
