Универсалната серийна шина (USB) е може би един от най-универсалните интерфейси в света. Първоначално е иницииран от Intel и Microsoft и предлага максимално бързо включване и изключване (hot plug and play). От въвеждането на USB интерфейса през 1994 г., след 26 години развитие, през USB 1.0/1.1, USB 2.0, USB 3.x, най-накрая се разви до днешния USB4; скоростта на предаване също се е увеличила от 1.5Mbps до най-новите 40Gbps. В момента не само новопуснатите смартфони поддържат основно Type-C интерфейс, но и преносимите компютри, цифровите фотоапарати, интелигентните високоговорители, мобилните захранвания и други устройства започнаха да приемат USB интерфейс със спецификация TYPE-C, който беше успешно въведен в автомобилната област. Вместо USB-A, новият Model 3 на Tesla има USB-C портове, а Apple напълно преобразува своите MacBook и AirPods Pro в чисти USB Type-C портове за пренос на данни и зареждане. Освен това, според изискванията на ЕС, Apple ще използва и USB Type-C интерфейс в бъдещия iPhone 15 и няма съмнение, че USB4 ще бъде основният продуктов интерфейс на бъдещия пазар.
Изисквания за USB4 кабели
Най-голямата промяна в новия USB4 е въвеждането на спецификацията на протокола Thunderbolt, която Intel сподели с usb-if. Работейки през двойни връзки, честотната лента се удвоява до 40Gbps, а тунелирането поддържа множество протоколи за данни и дисплей. Примерите включват PCI Express и DisplayPort. В допълнение, USB4 поддържа добра съвместимост с въвеждането на новия основен протокол, като е обратно съвместим с USB3.2/3.1/3.0/2.0, както и с Thunderbolt 3. В резултат на това USB4 се превърна в най-сложния USB стандарт до момента, изисквайки от дизайнерите да разбират спецификациите на USB4, USB3.2, USB2.0, USB Type-C и USB Power Delivery. В допълнение, дизайнерите трябва да разбират спецификациите на PCI Express и DisplayPort, както и технологията за защита на съдържанието HIGH-DEFINITION (HDCP), която е съвместима с режима USB4 DisplayPort, а кабелите и конекторите, с които сме запознати, имат по-високи изисквания, за да отговорят на изискванията за електрически характеристики на готовите продукти с USB4 кабели.
Коаксиална версия на USB4 се появи от нищото
В ерата на USB3.1 10G много производители възприеха коаксиална структура, за да отговорят на изискванията за високочестотна производителност. Коаксиалната версия не се използваше преди в USB серията, а приложенията ѝ са предимно за лаптопи, мобилни телефони, GPS, измервателни уреди, Bluetooth технология и др. Общото приложение на кабелите е медицински коаксиален кабел, тефлонов коаксиален електронен кабел, радиочестотен коаксиален кабел и др. С пазарните изисквания за контрол на разходите, в ерата на USB3.1, многожилните кабели бързо заемат пазара, за да отговорят на производителността на продукта. С нарастващите изисквания на пазара за високочестотно предаване на USB4, кабелът се нуждае от силна защита от смущения и стабилност на електрическите характеристики. За да се гарантира стабилността на високочестотното предаване, настоящият масов USB4 все още е основната коаксиална версия. Производството на коаксиален кабел е сложен процес. За да се реши проблемът с високочестотното и високоскоростното приложение, е необходимо подходящо производствено оборудване и зрял и стабилен производствен процес. При производството на продукта, избора на материали, параметрите на процеса и контрола на процеса, електрическите параметри на специализираните лабораторни тестове играят ключова роля. По време на разработването на коаксиалната структура, освен другите (цена на материалите, скъпа обработка), другите са добри, но развитието на пазара винаги се върти около това как да се постигне най-високата цена на партидата. Версията с двойка усуквания винаги е била в пропастта на коаксиалното развитие и пробива.
Това може да се види от структурата на коаксиалната линия, отвътре навън, съответно: централен проводник, изолационен слой, външен проводим слой (метална мрежа), обвивка от тел. Коаксиалният кабел е композитен материал, съставен от два проводника. Централният проводник на коаксиалния кабел се използва за предаване на сигнали. Металната екранираща мрежа играе две роли: едната е да осигури токовия контур за сигнала като обща земя, а другата е да потиска смущенията от електромагнитен шум към сигнала като екранираща мрежа. Централният проводник и екраниращата мрежа са разположени между полупенестия полипропиленов изолационен слой, като изолационният слой определя характеристиките на предаване на кабела и ефективно защитава средния проводник. Поради скъпите причини, изолационният слой е скъп.
Предстои ли версия с усукана двойка USB4?
Тъй като електронните схеми работят на по-високи честоти, електрическите характеристики на електронните компоненти стават по-трудни за овладяване. Когато размерът на компонента или размерът на цялата верига в сравнение с дължината на вълната на работната честота е по-голям от единица, стойността на индуктивността на веригата, капацитетът или паразитният ефект на компонентите върху свойствата на материала и т.н., дори когато използваме структура с двойки проводници, основните честотни параметри не могат да отговорят на изискванията на клиентите, а структурата е по-гъвкава от коаксиалната версия и диаметърът ѝ е много по-голям. Защо не мога да използвам USB двойките на партиди? Като цяло, колкото по-висока е честотата на използване на кабела, толкова по-къса е дължината на вълната на сигнала и колкото по-малка е стъпката на изкривяване, толкова по-добър е балансиращият ефект. Твърде малката стъпка на снаждане обаче ще доведе до ниска производствена ефективност и разтежение на изолирания проводник. Стъпката на двойката проводници е много малка, броят на усукванията е голям и напрежението на усукване върху секцията е силно концентрирано, което води до сериозна деформация и повреда на изолационния слой и в крайна сметка причинява изкривяване на електромагнитното поле, влияейки върху някои електрически показатели, като например стойността на SRL и затихването. Когато съществува ексцентричност на изолацията, разстоянието между проводниците се променя периодично поради въртенето и завъртането на единичната изолационна линия, което води до периодични колебания на импеданса. Периодът на колебание е сравнително дълъг. При високочестотно предаване тази бавна промяна може да бъде открита от електромагнитни вълни и да повлияе на стойността на загубите при отражение. Версията с USB4 чифт не може да се използва на партиди.
Не е на земята, но не искам да използвам смъртоносния си коаксиален кабел, така че хората започнаха да проверяват разликата в USB4 екранирането на начините за правене на продукта, като най-големият недостатък е лесно усукващият се проводник, а разликата с паралелния пакет директно за домашна работа е да се избегне навяхване на проводника. Както всички знаем, в момента SAS, SFP + и т.н. се използват във високоскоростни линии. Достатъчно е да се покаже, че производителността им трябва да е по-висока от тази на многожилната версия. Важна роля на високочестотната линия за данни е предаването на сигнали за данни, но когато я използваме, може да се появи всякакъв вид смущения. Нека помислим дали тези смущения навлизат във вътрешния проводник на линията за данни и се наслагват върху оригиналния предаван сигнал, възможно ли е да се смущават или променят оригиналния предаван сигнал, като по този начин се причинява загуба на полезен сигнал или проблеми? Разликата между слоя алуминиево фолио и неговата защитна и екранираща функция е, че той предава информация и играе ролята на защитно покритие, което намалява смущенията от външни независими сигнали за предаване. Основният материал на опаковъчната лента и алуминиевото фолио се състои от алуминиево фолио за уплътняване и екраниране, едностранно или двустранно покритие върху пластмасовото фолио, т.е. композитно фолио, което се използва като екран на кабела. Кабелното фолио изисква по-малко масло на повърхността, няма дупки и има високи механични свойства. Процесът на опаковане е да се съберат два изолирани проводника и заземителен проводник чрез опаковъчна машина. В същото време, слой алуминиево фолио и слой самозалепваща се полиестерна лента върху външната обвивка се използват за екраниране на двойката проводници и стабилизиране на структурата на опакованите проводници. Този процес има важно влияние върху свойствата на проводника, включително импеданс, разлика в закъснението, затихване, тъй като това трябва да се произвежда стриктно според изискванията на производителя. Извършват се тестове за електрически свойства, за да се гарантира, че опакованият проводник отговаря на изискванията. Разбира се, не всички линии за данни имат два слоя екраниране. Някои имат няколко слоя, други имат само един слой или изобщо нямат такъв. Екранирането е метално разделяне между две пространствени области, което контролира индукцията и излъчването на електрически, магнитни и електромагнитни вълни от едната област към другата. По-конкретно, проводящото ядро е обградено от екраниращо тяло, за да се предотврати влиянието му от външно електромагнитно поле/смущаващ сигнал и да се предотврати разпространението на смущаващото електромагнитно поле/сигнал навън. Тестването на високочестотни сигнали на USB диференциална двойка може да се сравни с тестването на коаксиален USB4 кабел с диференциална двойка.
Време на публикуване: 16 август 2022 г.
