L'USB (Universal Serial Bus) est probablement l'une des interfaces les plus polyvalentes au monde. Initialement lancé par Intel et Microsoft, il offre une connectivité plug-and-play optimale. Depuis son introduction en 1994, après 26 ans de développement, avec l'USB 1.0/1.1, l'USB 2.0 et l'USB 3.x, jusqu'à l'USB 4 actuel, le débit de transmission est passé de 1,5 Mbit/s à 40 Gbit/s. Aujourd'hui, non seulement les smartphones récemment lancés prennent en charge l'interface Type-C, mais aussi les ordinateurs portables, les appareils photo numériques, les enceintes connectées, les blocs d'alimentation mobiles et d'autres appareils, qui ont commencé à adopter la spécification USB TYPE-C, introduite avec succès dans le secteur automobile. La nouvelle Model 3 de Tesla est équipée de ports USB-C au lieu de l'USB-A, et Apple a entièrement converti ses MacBook et AirPods Pro en ports USB Type-C purs pour le transfert de données et la recharge. De plus, conformément aux exigences de l'UE, Apple utilisera également l'interface USB Type-C dans le futur iPhone15, et il ne fait aucun doute que l'USB4 sera la principale interface de produit sur le futur marché.
Exigences relatives aux câbles USB4
Le principal changement apporté au nouvel USB4 réside dans l'introduction de la spécification du protocole Thunderbolt, partagée par Intel avec l'USB-IF. L'utilisation de liaisons doubles double la bande passante pour atteindre 40 Gbit/s, et le tunneling prend en charge plusieurs protocoles de données et d'affichage, comme PCI Express et DisplayPort. De plus, l'USB4 conserve une bonne compatibilité avec le nouveau protocole sous-jacent, étant rétrocompatible avec les normes USB 3.2/3.1/3.0/2.0 et Thunderbolt 3. De ce fait, l'USB4 est devenu la norme USB la plus complexe à ce jour, exigeant des concepteurs qu'ils comprennent les spécifications USB4, USB 3.2, USB 2.0, USB Type-C et USB Power Delivery. De plus, les concepteurs doivent maîtriser les spécifications PCI Express et DisplayPort, ainsi que la technologie HDCP (High Definition Content Protection) compatible avec le mode DisplayPort de l'USB4. Les câbles et connecteurs que nous connaissons ont des exigences plus strictes pour répondre aux exigences de performances électriques des câbles USB4 finis.
Une version coaxiale de l'USB4 est sortie de nulle part
À l'ère de l'USB 3.1 10G, de nombreux fabricants ont adopté une structure coaxiale pour répondre aux exigences de performances haute fréquence. Cette version n'était pas encore utilisée dans la série USB et ses applications sont principalement les ordinateurs portables, les téléphones portables, les GPS, les instruments de mesure et la technologie Bluetooth. Les câbles sont généralement utilisés pour les lignes coaxiales médicales, les lignes électroniques coaxiales en téflon et les câbles coaxiaux radiofréquence. Face aux exigences de maîtrise des coûts de gros du marché, le câblage USB 3.1 pour garantir les performances des produits a rapidement conquis le marché. Cependant, face à l'augmentation des exigences de transmission haute fréquence de l'USB 4, et à la nécessité d'un câble à haute vitesse doté d'une forte capacité anti-interférence et d'une stabilité des performances électriques, l'USB 4 reste la version coaxiale dominante. La production et la fabrication des câbles coaxiaux sont complexes et nécessitent des équipements de production adaptés et un processus de production mature et stable pour répondre aux applications haute fréquence et haute vitesse. Dans la production du produit, la sélection des matériaux, les paramètres de processus et le contrôle du processus, les paramètres électriques des tests de laboratoire spécialisés jouent un rôle clé, tout au long du goulot d'étranglement du développement de la structure coaxiale, en plus de votre (coût du matériau, coût de traitement cher) d'autres sont bons, mais le développement du marché tourne toujours autour de la manière d'obtenir le prix de lot le plus élevé, la paire de versions torsadées a toujours été dans l'écart de la recherche et du développement du développement coaxial et de la percée.
La structure d'une ligne coaxiale est illustrée de l'intérieur vers l'extérieur : conducteur central, couche isolante, couche conductrice externe (treillis métallique) et gaine. Un câble coaxial est un composite composé de deux conducteurs. Le fil central sert à transmettre les signaux. Le blindage métallique joue deux rôles : fournir la boucle de courant pour le signal (mise à la terre commune) et supprimer les interférences électromagnétiques. Le fil central et le blindage sont intercalés entre la couche isolante en polypropylène semi-moussé, qui détermine les caractéristiques de transmission du câble et protège efficacement le fil central, ce qui est coûteux.
Une version USB4 à paire torsadée arrive-t-elle ?
Les circuits électroniques fonctionnant à des fréquences plus élevées, leurs caractéristiques électriques deviennent plus difficiles à maîtriser. Lorsque la taille du composant, ou la taille du circuit total, par rapport à la longueur d'onde de la fréquence de fonctionnement, est supérieure à 1, que l'inductance, la capacité du circuit ou l'effet parasite des propriétés des matériaux sont importants, les tests des paramètres de fréquence de base, même en utilisant une structure à paires filaires, ne répondent pas aux exigences des clients. De plus, la flexibilité de la structure coaxiale et son diamètre sont bien plus importants. Pourquoi ne pas appliquer la paire USB par lots ? En général, plus la fréquence d'utilisation du câble est élevée, plus la longueur d'onde du signal est courte et plus le pas d'épissure est faible, meilleur est l'équilibre. Cependant, un pas d'épissure trop faible peut entraîner une baisse de la productivité et une entorse du fil isolé. Le pas de la paire filaire est très faible, le nombre de torsions est important et la contrainte de torsion sur la section est fortement concentrée, ce qui entraîne une déformation et un endommagement importants de la couche isolante, et finalement une distorsion du champ électromagnétique, affectant certains indicateurs électriques tels que la valeur SRL et l'atténuation. En cas d'excentricité de l'isolant, la distance entre les conducteurs varie périodiquement en raison de la révolution et de la rotation de la ligne isolante unique, ce qui entraîne des fluctuations périodiques de l'impédance. Cette période de fluctuation est relativement longue. En transmission haute fréquence, cette variation lente peut être détectée par les ondes électromagnétiques et affecter la valeur de l'affaiblissement de réflexion. La version USB4 à paires ne peut pas être utilisée en lots.
Pas à la terre, mais je ne veux pas utiliser mon câble coaxial mortel. Les gens ont donc commencé à vérifier les différentes méthodes de blindage USB4 pour fabriquer ce produit. Le principal inconvénient est la facilité avec laquelle le conducteur est torsadé. La différence avec le paquet parallèle est directement liée aux devoirs. Il faut éviter les entorses du conducteur. Comme nous le savons tous, les lignes haut débit utilisent actuellement des différences avec les SAS et SFP+, etc., ce qui montre que leurs performances doivent être supérieures à celles de la version torsadée. Un rôle important des lignes de données haute fréquence est de transmettre des signaux de données, mais leur utilisation peut générer toutes sortes d'informations d'interférence confuses. Si ces signaux d'interférence pénètrent dans le conducteur interne de la ligne de données et se superposent au signal transmis d'origine, est-il possible d'interférer ou de modifier le signal transmis d'origine, entraînant ainsi une perte de signal utile ou des problèmes ? La feuille d'aluminium se distingue par son rôle de protection et de blindage, qui permet de réduire les interférences des signaux externes. Le matériau principal de la bande d'emballage et de la feuille d'aluminium est un film plastique d'étanchéité et de blindage, recouvert d'un ou deux côtés. La feuille composite Lu:Su sert de blindage au câble. La feuille de câble présente une surface moins grasse, est exempte de trous et présente des propriétés mécaniques élevées. Le guipage consiste à assembler deux fils isolés et des fils de terre à l'aide d'une machine à guipage. Parallèlement, une couche de feuille d'aluminium et une couche de ruban polyester autocollant sur la face extérieure servent à protéger la paire de fils et à stabiliser la structure du guipage. Ce procédé a un impact important sur les propriétés du fil, notamment l'impédance, le retard et l'atténuation. Il doit être fabriqué selon les exigences techniques les plus strictes et des tests de propriétés électriques doivent être effectués afin de garantir la conformité du guipage du fil. Bien entendu, toutes les lignes de données ne disposent pas de deux couches de blindage. Certaines en ont plusieurs, d'autres une seule, voire aucune. Le blindage est une séparation métallique entre deux zones spatiales permettant de contrôler l'induction et le rayonnement des ondes électriques, magnétiques et électromagnétiques d'une zone à l'autre. Plus précisément, l'âme conductrice est entourée d'un blindage pour la protéger des champs électromagnétiques et des signaux parasites externes, et pour empêcher leur propagation. Les tests de signaux haute fréquence par paires différentielles USB sont comparables à ceux des câbles coaxiaux USB4 à paires différentielles.
Date de publication : 16 août 2022
