El Bus Serie Universal (USB) es probablemente una de las interfaces más versátiles del mundo. Fue creado originalmente por Intel y Microsoft y se caracteriza por su gran capacidad de conexión y uso inmediatos. Desde su introducción en 1994, tras 26 años de desarrollo, pasando por USB 1.0/1.1, USB 2.0 y USB 3.x, hasta llegar al actual USB 4, la velocidad de transmisión ha aumentado de 1,5 Mbps a los 40 Gbps. Actualmente, no solo los smartphones de última generación son compatibles con la interfaz Tipo-C, sino que también ordenadores portátiles, cámaras digitales, altavoces inteligentes, baterías externas y otros dispositivos han comenzado a adoptar la interfaz USB Tipo-C, que se ha introducido con éxito en el sector automovilístico. En lugar de USB-A, el nuevo Model 3 de Tesla incorpora puertos USB-B-C, y Apple ha convertido por completo sus MacBooks y AirPods Pro a puertos USB Tipo-C para la transferencia de datos y la carga. Además, de acuerdo con los requisitos de la UE, Apple también utilizará la interfaz USB tipo C en el futuro iPhone 15, y no cabe duda de que USB4 será la principal interfaz de producto en el mercado futuro.
Requisitos para cables USB4
El cambio más significativo en el nuevo USB4 es la introducción de la especificación del protocolo Thunderbolt, compartida por Intel con usb-if. Al funcionar sobre enlaces duales, el ancho de banda se duplica a 40 Gbps, y la función Tunnelling admite múltiples protocolos de datos y visualización. Algunos ejemplos son PCI Express y DisplayPort. Además, USB4 mantiene una buena compatibilidad con la introducción del nuevo protocolo subyacente, siendo retrocompatible con USB 3.2/3.1/3.0/2.0, así como con Thunderbolt 3. Como resultado, USB4 se ha convertido en el estándar USB más complejo hasta la fecha, lo que exige que los diseñadores comprendan las especificaciones de USB4, USB 3.2, USB 2.0, USB Type-C y USB Power Delivery. Asimismo, deben comprender las especificaciones de PCI Express y DisplayPort, así como la tecnología de protección de contenido de alta definición (HDCP), compatible con el modo DisplayPort de USB4. Además, los cables y conectores habituales presentan mayores requisitos para cumplir con las especificaciones de rendimiento eléctrico de los productos USB4 terminados.
Una versión coaxial de USB4 surgió de la nada.
En la era USB 3.1 de 10 Gbps, muchos fabricantes adoptaron la estructura coaxial para satisfacer los requisitos de rendimiento de alta frecuencia. La versión coaxial no se había aplicado antes en la serie USB; sus escenarios de aplicación son principalmente portátiles, teléfonos móviles, GPS, instrumentos de medición, tecnología Bluetooth, etc. La descripción general de la aplicación del cable es línea coaxial médica, línea electrónica coaxial de teflón, cable coaxial de radiofrecuencia, etc. Con los requisitos de control de costos al por mayor del mercado, en la era USB 3.1, el trenzado para cumplir con el rendimiento del producto ocupó rápidamente el mercado, pero con el mercado USB 4, los requisitos de transmisión de alta frecuencia son cada vez más rigurosos, y la transmisión de alta velocidad necesita que el cable tenga una fuerte capacidad antiinterferencias y estabilidad de rendimiento eléctrico. Para garantizar la estabilidad de la transmisión de alta frecuencia, el USB 4 actual sigue siendo la versión coaxial principal. El proceso de producción y fabricación coaxial es un proceso complejo, para resolver la aplicación de alta frecuencia y alta velocidad se requiere equipo de producción apropiado y un proceso de producción maduro y estable. En la producción del producto, la selección de materiales, los parámetros del proceso y el control del proceso, los parámetros eléctricos de las pruebas de laboratorio especializadas juegan un papel clave, a lo largo del cuello de botella del desarrollo de la estructura coaxial, además de su (costo de material, costo de procesamiento caro) otros son buenos, pero el desarrollo del mercado siempre gira en torno a cómo lograr el precio de lote más alto, la versión de torsión de par siempre ha estado en la brecha del desarrollo coaxial investigación y desarrollo y avance.
Se puede observar en la estructura del cable coaxial, de adentro hacia afuera, respectivamente: conductor central, capa aislante, capa conductora externa (malla metálica), revestimiento del cable. El cable coaxial es un compuesto formado por dos conductores. El conductor central del cable coaxial se utiliza para transmitir señales. La malla de blindaje metálico cumple dos funciones: una es proporcionar el bucle de corriente para la señal como tierra común, y la otra es suprimir la interferencia del ruido electromagnético a la señal como red de blindaje. Entre el conductor central y la red de blindaje se encuentra la capa aislante de polipropileno semiespumado, la cual determina las características de transmisión del cable y protege eficazmente el conductor central, lo que justifica su elevado costo.
¿Llegará una versión con par trenzado USB4?
A medida que los circuitos electrónicos operan a frecuencias más altas, las características eléctricas de los componentes electrónicos se vuelven más difíciles de dominar. Cuando el tamaño del componente o el tamaño del circuito completo en comparación con la longitud de onda de la frecuencia de operación es mayor que uno, el valor de inductancia capacitancia del circuito, o el efecto parásito de las propiedades del material de los componentes, etc., incluso cuando estábamos usando la estructura de par de cables, las pruebas de parámetros de frecuencia básicos no pueden cumplir con los requisitos de los clientes, y es más flexible que la versión coaxial de la estructura y su diámetro es mucho mayor, ¿por qué no puedo aplicar el par USB en lotes? En general, cuanto mayor sea la frecuencia de uso del cable, más corta la longitud de onda de la señal, y menor sea el paso de sesgo, mejor será el efecto de equilibrio. Sin embargo, un paso de empalme demasiado pequeño traerá una baja eficiencia de producción y torsión del cable del núcleo aislado. El paso del par de líneas es muy pequeño, el número de torsiones es grande, y la tensión de torsión en la sección se concentra seriamente, lo que resulta en una grave deformación y daño de la capa de aislamiento, y finalmente causa la distorsión del campo electromagnético, afectando algunos indicadores eléctricos como el valor SRL y la atenuación. Cuando existe excentricidad en el aislamiento, la distancia entre los conductores cambia periódicamente debido a la rotación de la línea aislante, lo que provoca fluctuaciones periódicas de la impedancia. El periodo de fluctuación es relativamente largo. En la transmisión de alta frecuencia, este cambio lento puede ser detectado por ondas electromagnéticas y afectar el valor de la pérdida de retorno. La versión USB4 no se puede utilizar en serie.
No a tierra, pero no queremos usar su cable coaxial de muerte, así que la gente comenzó a verificar las diferentes formas de blindaje USB4 para hacer el producto, para retorcer el mayor inconveniente es el conductor fácilmente retorcido, y la diferencia con el paquete paralelo directamente para la tarea, evitar el estiramiento del conductor, como todos sabemos, actualmente USAMOS la diferencia de SAS, SFP+, etc. se usan en línea de alta velocidad, Suficiente para mostrar que su rendimiento debe ser más alto que la versión trenzada, un papel importante de la línea de datos de alta frecuencia es transmitir señales de datos, pero cuando la usamos alrededor puede aparecer todo tipo de información de interferencia desordenada. Pensemos si estas señales de interferencia entran en el conductor interno de la línea de datos y se superponen a la señal transmitida original, ¿es posible interferir o cambiar la señal transmitida original, causando así pérdida de señal útil o problemas? La diferencia de la capa de papel de aluminio radica en que nos transmite información y actúa como protección y blindaje, reduciendo la interferencia de señales externas independientes durante la transmisión. El material principal del paquete y la tira de papel de aluminio se utilizan para el sellado y blindaje, con recubrimiento de una o dos caras sobre la película plástica, o papel de aluminio compuesto que se utiliza como blindaje del cable. El papel de aluminio requiere menos aceite en la superficie, no tiene agujeros y posee altas propiedades mecánicas. El proceso de envoltura consiste en agrupar dos conductores aislados y conductores de tierra mediante una máquina de envoltura. Al mismo tiempo, se utiliza una capa de papel de aluminio y una capa de cinta de poliéster autoadhesiva en la capa exterior para blindar el par de conductores y estabilizar la estructura de los conductores de envoltura. Este proceso tiene un efecto importante en las propiedades del conductor, incluyendo la impedancia, la diferencia de retardo y la atenuación, ya que debe producirse siguiendo estrictamente los requisitos técnicos y someterse a pruebas de propiedades eléctricas para garantizar que el conductor de envoltura cumpla con los requisitos. Por supuesto, no todas las líneas de datos tienen dos capas de blindaje. Algunas tienen varias capas, otras solo una o ninguna. El blindaje es una separación metálica entre dos regiones espaciales para controlar la inducción y la radiación de ondas eléctricas, magnéticas y electromagnéticas de una región a otra. En concreto, el núcleo del conductor está rodeado por un cuerpo de blindaje para evitar que se vea afectado por el campo electromagnético externo o la señal de interferencia, y para evitar que el campo electromagnético o la señal de interferencia se propague hacia el exterior. Las pruebas de señales de alta frecuencia de pares diferenciales USB son comparables a las de los cables coaxiales; próximamente estará disponible el cable USB4 de par diferencial.
Fecha de publicación: 16 de agosto de 2022
