La Universal Serial Bus (USB) è probabilmente una delle interfacce più versatili al mondo. Originariamente sviluppata da Intel e Microsoft, si caratterizza per la sua funzionalità "hot plug and play". Dalla sua introduzione nel 1994, dopo 26 anni di sviluppo, passando per USB 1.0/1.1, USB 2.0, USB 3.x, si è arrivati all'attuale USB 4.0; la velocità di trasmissione è inoltre aumentata da 1,5 Mbps agli attuali 40 Gbps. Attualmente, non solo gli smartphone di ultima generazione supportano l'interfaccia Type-C, ma anche notebook, fotocamere digitali, altoparlanti intelligenti, power bank e altri dispositivi hanno iniziato ad adottare l'interfaccia USB Type-C, che è stata introdotta con successo anche nel settore automobilistico. La nuova Tesla Model 3, ad esempio, integra porte USB-B-C al posto delle porte USB-A, e Apple ha completamente convertito i suoi MacBook e AirPods Pro a porte USB Type-C per il trasferimento dati e la ricarica. Inoltre, in conformità con i requisiti dell'UE, Apple utilizzerà l'interfaccia USB Type-C anche nel futuro iPhone 15, e non c'è dubbio che USB 4 diventerà l'interfaccia principale dei prodotti sul mercato in futuro.
Requisiti per i cavi USB4
La principale novità del nuovo USB4 è l'introduzione del protocollo Thunderbolt, condiviso da Intel con usb-if. Grazie alla doppia connessione, la larghezza di banda è raddoppiata a 40 Gbps e il tunneling supporta diversi protocolli di dati e visualizzazione, come PCI Express e DisplayPort. Inoltre, USB4 mantiene un'ottima compatibilità con il nuovo protocollo, essendo retrocompatibile con USB3.2/3.1/3.0/2.0 e Thunderbolt 3. Di conseguenza, USB4 è diventato lo standard USB più complesso fino ad oggi, richiedendo ai progettisti di comprendere le specifiche di USB4, USB3.2, USB2.0, USB Type-C e USB Power Delivery. Devono inoltre conoscere le specifiche di PCI Express e DisplayPort, nonché la tecnologia HDCP (High-Defined Content Protection) compatibile con la modalità DisplayPort di USB4, e i cavi e i connettori a cui siamo abituati devono soddisfare requisiti più elevati per garantire le prestazioni elettriche dei prodotti finiti USB4.
Una versione coassiale di USB4 è spuntata dal nulla.
Nell'era USB 3.1 10G, molti produttori hanno adottato la struttura coassiale per soddisfare i requisiti di prestazioni ad alta frequenza. La versione coassiale non era stata applicata in precedenza nella serie USB, e i suoi scenari di applicazione erano principalmente notebook, telefoni cellulari, GPS, strumenti di misurazione, tecnologia Bluetooth, ecc. Le descrizioni generali delle applicazioni dei cavi includono cavi coassiali medicali, cavi elettronici coassiali in teflon, cavi coassiali per radiofrequenza, ecc. Con le esigenze di controllo dei costi di produzione di massa del mercato, nell'era USB 3.1 la trazione per soddisfare le prestazioni dei prodotti ha rapidamente occupato il mercato. Tuttavia, con il mercato USB 4, i requisiti di trasmissione ad alta frequenza diventano sempre più stringenti e la trasmissione ad alta velocità richiede cavi con una forte capacità anti-interferenza e stabilità delle prestazioni elettriche. Per garantire la stabilità della trasmissione ad alta frequenza, l'attuale standard USB 4 è ancora la versione coassiale principale. La produzione e la fabbricazione di cavi coassiali sono processi complessi che, per soddisfare le applicazioni ad alta frequenza e alta velocità, richiedono attrezzature di produzione adeguate e un processo produttivo maturo e stabile. Nella produzione del prodotto, la selezione dei materiali, i parametri di processo e il controllo del processo, i parametri elettrici dei test di laboratorio specializzati giocano un ruolo chiave, durante tutto lo sviluppo del collo di bottiglia della struttura coassiale, oltre al tuo (costo del materiale, costo di lavorazione costoso) altri sono buoni, ma lo sviluppo del mercato ruota sempre attorno a come ottenere il prezzo di lotto più grande, la versione a coppia di torsioni è sempre stata nel divario dello sviluppo coassiale ricerca e sviluppo e svolta.
Dalla struttura del cavo coassiale, dall'interno verso l'esterno, si può osservare: conduttore centrale, strato isolante, strato conduttivo esterno (rete metallica), guaina del filo. Il cavo coassiale è un composito costituito da due conduttori. Il filo centrale del cavo coassiale viene utilizzato per trasmettere i segnali. La rete metallica di schermatura svolge due funzioni: da un lato, fornisce il circuito di corrente per il segnale fungendo da massa comune, dall'altro, sopprime le interferenze del rumore elettromagnetico sul segnale fungendo da rete di schermatura. Tra il filo centrale e la rete di schermatura si trova uno strato isolante in polipropilene semi-espanso; lo strato isolante determina le caratteristiche di trasmissione del cavo e protegge efficacemente il filo centrale, il che giustifica il suo costo elevato.
È in arrivo una versione con cavo a doppino intrecciato USB4?
Poiché i circuiti elettronici operano a frequenze più elevate, le caratteristiche elettriche dei componenti elettronici diventano più difficili da controllare. Quando la dimensione del componente o la dimensione dell'intero circuito rispetto alla lunghezza d'onda della frequenza operativa è maggiore di uno, il valore di induttanza e capacità del circuito, o l'effetto parassita delle proprietà del materiale dei componenti e così via, anche quando utilizzavamo la struttura a coppie di fili, i test dei parametri di frequenza di base non possono soddisfare i requisiti dei clienti, ed essendo flessibile rispetto alla versione coassiale della struttura e il suo diametro è molto maggiore, perché non posso applicare la coppia USB in lotti? In generale, maggiore è la frequenza di utilizzo del cavo, più corta è la lunghezza d'onda del segnale e minore è il passo di skew, migliore è l'effetto di bilanciamento. Tuttavia, un passo di giunzione troppo piccolo porterà a una bassa efficienza di produzione e alla torsione del filo centrale isolato. Il passo della coppia di linee è molto piccolo, il numero di torsioni è elevato e lo stress torsionale sulla sezione è fortemente concentrato, con conseguente grave deformazione e danneggiamento dello strato isolante e, infine, causando la distorsione del campo elettromagnetico, influenzando alcuni indicatori elettrici come il valore SRL e l'attenuazione. In presenza di eccentricità dell'isolamento, la distanza tra i conduttori varia periodicamente a causa della rotazione e della rivoluzione del singolo conduttore isolante, provocando fluttuazioni periodiche dell'impedenza. Il periodo di fluttuazione è relativamente lungo. Nella trasmissione ad alta frequenza, questa lenta variazione può essere rilevata dalle onde elettromagnetiche e influenzare il valore della perdita di ritorno. La versione a coppie USB4 non può essere utilizzata in serie.
Non a terra, ma non voglio usare il mio cavo coassiale della morte, quindi le persone hanno iniziato a verificare le diverse modalità di schermatura USB4 per realizzare il prodotto, per torcere il più grande svantaggio è il conduttore facilmente attorcigliato, e la differenza con il pacchetto parallelo direttamente per i compiti, evitare la torsione del conduttore, come tutti sappiamo, attualmente USES la differenza di SAS, SFP+ ecc. sono utilizzati nelle linee ad alta velocità, Abbastanza per mostrare che le sue prestazioni devono essere superiori alla versione a trefoli, un ruolo importante della linea dati ad alta frequenza è trasmettere segnali dati, ma quando la usiamo intorno possono apparire tutti i tipi di informazioni di interferenza disordinate. Pensiamo se questi segnali di interferenza entrano nel conduttore interno della linea dati e si sovrappongono al segnale trasmesso originale, è possibile che interferiscano o modifichino il segnale trasmesso originale, causando così una perdita di segnale utile o problemi? La differenza dello strato di lamina di alluminio è che trasferisce informazioni a noi svolgendo il ruolo di protezione e schermatura, utilizzato per ridurre l'interferenza dei segnali esterni indipendenti per la trasmissione, il materiale principale del nastro di imballaggio e il filo di alluminio vengono utilizzati per sigillare e schermare la lamina di alluminio, rivestimento su uno o entrambi i lati sulla pellicola di plastica, lamina composita Lu:Su che viene utilizzata come schermatura del cavo. La lamina del cavo richiede meno olio sulla superficie, non ha fori e ha elevate proprietà meccaniche. Il processo di avvolgimento consiste nel raccogliere insieme due fili centrali isolati e i fili di terra tramite una macchina avvolgitrice. Allo stesso tempo, uno strato di lamina di alluminio e uno strato di nastro di poliestere autoadesivo sul pane esterno vengono utilizzati per schermare la coppia di fili e stabilizzare la struttura dei fili centrali avvolti. Questo processo ha un effetto importante sulle proprietà del filo, tra cui impedenza, differenza di ritardo, attenuazione, poiché questo deve essere prodotto rigorosamente secondo i requisiti artigianali, e vengono eseguiti test sulle proprietà elettriche, al fine di garantire che il filo centrale avvolto sia conforme ai requisiti. Naturalmente, non tutte le linee dati hanno due strati di schermatura. Alcune hanno più strati, alcune ne hanno solo uno o nessuno. La schermatura è una separazione metallica tra due regioni spaziali per controllare l'induzione e l'irradiazione di onde elettriche, magnetiche ed elettromagnetiche da una regione all'altra. Nello specifico, il nucleo del conduttore è circondato da un corpo schermante per impedire che venga influenzato dal campo elettromagnetico/segnale di interferenza esterno e per impedire che il campo/segnale elettromagnetico di interferenza si propaghi all'esterno. Il test del segnale ad alta frequenza della coppia differenziale USB può essere paragonato al cavo coassiale, è in arrivo un cavo USB4 a coppia differenziale.
Data di pubblicazione: 16 agosto 2022
