گذرگاه سریال جهانی (USB) احتمالاً یکی از تطبیق‌پذیرترین رابط‌های کاربری در جهان است. این درگاه در ابتدا توسط اینتل و مایکروسافت ابداع شد و تا حد امکان از قابلیت اتصال سریع و آسان (hot plug and play) برخوردار است. از زمان معرفی رابط USB در سال ۱۹۹۴، پس از ۲۶ سال توسعه، از طریق USB 1.0/1.1، USB2.0، USB 3.x، سرانجام به USB4 فعلی رسیده است. سرعت انتقال نیز از ۱.۵ مگابیت در ثانیه به ۴۰ گیگابیت در ثانیه افزایش یافته است. در حال حاضر، نه تنها تلفن‌های هوشمند تازه عرضه شده اساساً از رابط Type-C پشتیبانی می‌کنند، بلکه نوت‌بوک‌ها، دوربین‌های دیجیتال، بلندگوهای هوشمند، منبع تغذیه موبایل و سایر دستگاه‌ها نیز شروع به پذیرش رابط USB با مشخصات TYPE-C کرده‌اند که با موفقیت در حوزه خودرو معرفی شده است. به جای USB-A، مدل ۳ جدید تسلا دارای پورت‌های usb-C است و اپل مک‌بوک‌ها و ایرپادهای پرو خود را به طور کامل به پورت‌های USB Type-C خالص برای انتقال داده و شارژ تبدیل کرده است. علاوه بر این، طبق الزامات اتحادیه اروپا، اپل در آیفون ۱۵ آینده نیز از رابط USB نوع C استفاده خواهد کرد و شکی نیست که USB4 رابط اصلی محصول در بازار آینده خواهد بود.
الزامات کابل‌های USB4
بزرگترین تغییر در USB4 جدید، معرفی مشخصات پروتکل Thunderbolt است که اینتل با usb-if به اشتراک گذاشته است. با اجرای لینک‌های دوگانه، پهنای باند دو برابر شده و به 40 گیگابیت بر ثانیه می‌رسد و Tunnelling از چندین پروتکل داده و نمایش پشتیبانی می‌کند. نمونه‌هایی از آن شامل PCI Express و DisplayPort است. علاوه بر این، USB4 سازگاری خوبی با معرفی پروتکل زیربنایی جدید دارد و با USB3.2/3.1/3.0/2.0 و همچنین Thunderbolt 3 سازگار است. در نتیجه، USB4 به پیچیده‌ترین استاندارد USB تا به امروز تبدیل شده است و طراحان را ملزم به درک مشخصات USB4، USB3.2، USB2.0، USB Type-C و USB Power Delivery می‌کند. علاوه بر این، طراحان باید مشخصات PCI Express و DisplayPort و همچنین فناوری محافظت از محتوای HIGH-DEFINITION (HDCP) که با حالت DisplayPort USB4 سازگار است را درک کنند و کابل‌ها و کانکتورهایی که با آنها آشنا هستیم، الزامات بالاتری برای برآورده کردن الزامات عملکرد الکتریکی محصولات نهایی کابل USB4 دارند.
نسخه کواکسیال USB4 ناگهان از ناکجاآباد آمد
در دوران USB3.1 10G، بسیاری از تولیدکنندگان برای برآورده کردن الزامات عملکرد فرکانس بالا، ساختار کواکسیال را اتخاذ کردند. نسخه کواکسیال قبلاً در سری USB استفاده نمی‌شد، سناریوهای کاربردی آن عمدتاً نوت‌بوک، تلفن همراه، GPS، ابزار اندازه‌گیری، فناوری بلوتوث و غیره است. کاربرد عمومی توضیحات کابل، خط کواکسیال پزشکی، خط الکترونیکی کواکسیال تفلونی، سیم کواکسیال فرکانس رادیویی و غیره است. با توجه به الزامات کنترل هزینه عمده بازار، در دوران USB3.1، رشته‌های کابل برای برآورده کردن عملکرد محصول به سرعت بازار را اشغال می‌کنند، اما با توجه به اینکه بازار USB4 برای الزامات انتقال فرکانس بالا سخت‌گیرانه‌تر شده است و انتقال پرسرعت به سیمی با قابلیت ضد تداخل قوی و پایداری عملکرد الکتریکی نیاز دارد، به منظور اطمینان از پایداری انتقال فرکانس بالا، USB4 جریان اصلی فعلی هنوز نسخه کواکسیال اصلی است، فرآیند تولید و ساخت کواکسیال یک فرآیند پیچیده است، برای حل کاربردهای فرکانس بالا و سرعت بالا به تجهیزات تولید مناسب و فرآیند تولید بالغ و پایدار نیاز است. در تولید محصول، انتخاب مواد، پارامترهای فرآیند و کنترل فرآیند، پارامترهای الکتریکی آزمایش‌های آزمایشگاهی تخصصی نقش کلیدی ایفا می‌کنند. در سراسر تنگنای توسعه ساختار کواکسیال، علاوه بر (هزینه مواد، هزینه پردازش گران) موارد دیگر نیز خوب هستند، اما توسعه بازار همیشه حول محور چگونگی دستیابی به بزرگترین قیمت دسته‌ای می‌چرخد. نسخه جفت پیچشی همیشه در شکاف تحقیق و توسعه و دستیابی به موفقیت در توسعه کواکسیال بوده است.
از ساختار خط کواکسیال، از داخل به خارج، به ترتیب می‌توان مشاهده کرد: هادی مرکزی، لایه عایق، لایه رسانای بیرونی (توری فلزی)، پوسته سیمی. کابل کواکسیال ترکیبی است که از دو هادی تشکیل شده است. سیم مرکزی کابل کواکسیال برای انتقال سیگنال‌ها استفاده می‌شود. شبکه محافظ فلزی دو نقش ایفا می‌کند: یکی فراهم کردن حلقه جریان برای سیگنال به عنوان زمین مشترک و دیگری سرکوب تداخل نویز الکترومغناطیسی با سیگنال به عنوان یک شبکه محافظ. سیم مرکزی و شبکه محافظ بین لایه عایق پلی پروپیلن نیمه فوم قرار دارند، لایه عایق ویژگی‌های انتقال کابل را تعیین می‌کند و به طور موثر از سیم میانی محافظت می‌کند، دلیل گران بودن آن گران بودن است.
نسخه جفت پیچ خورده USB4 در راه است؟
از آنجایی که مدارهای الکترونیکی در فرکانس‌های بالاتر کار می‌کنند، تسلط بر ویژگی‌های الکتریکی قطعات الکترونیکی دشوارتر می‌شود. وقتی اندازه قطعه یا اندازه کل مدار در مقایسه با طول موج فرکانس کاری بزرگتر از یک باشد، مقدار اندوکتانس مدار، خازن، یا اثر انگلی خواص مواد و غیره بر قطعات، حتی زمانی که از ساختار جفت سیم استفاده می‌کردیم، آزمایش پارامترهای فرکانس پایه نمی‌تواند الزامات مشتریان را برآورده کند و از نسخه کواکسیال ساختار انعطاف‌پذیرتر است و قطر آن بسیار زیاد است، چرا نمی‌توانم جفت USB را به صورت دسته‌ای اعمال کنم؟ به طور کلی، هرچه فرکانس استفاده از کابل بیشتر باشد، طول موج سیگنال کوتاه‌تر و گام کجی کوچکتر باشد، اثر تعادل بهتر است. با این حال، گام اتصال خیلی کوچک، راندمان تولید پایین و پیچ خوردگی سیم هسته عایق را به همراه خواهد داشت. گام جفت خط بسیار کوچک است، تعداد پیچش‌ها زیاد است و تنش پیچشی روی بخش به طور جدی متمرکز می‌شود که منجر به تغییر شکل جدی و آسیب لایه عایق می‌شود و در نهایت باعث اعوجاج میدان الکترومغناطیسی می‌شود و بر برخی از شاخص‌های الکتریکی مانند مقدار SRL و میرایی تأثیر می‌گذارد. وقتی خروج از مرکز عایق وجود داشته باشد، فاصله بین هادی‌ها به دلیل چرخش و دوران عایق تک خط، به صورت دوره‌ای تغییر می‌کند که باعث نوسان دوره‌ای امپدانس می‌شود. دوره نوسان نسبتاً طولانی است. در انتقال فرکانس بالا، این تغییر آهسته می‌تواند توسط امواج الکترومغناطیسی تشخیص داده شود و بر مقدار تلفات بازگشتی تأثیر بگذارد. نسخه جفت USB4 را نمی‌توان به صورت دسته‌ای استفاده کرد.
نه به زمین، اما نمی‌خواهید از کواکسیال مرگ خود استفاده کنید، بنابراین مردم شروع به بررسی تفاوت روش‌های محافظ USB4 برای انجام محصول کردند، برای پیچاندن بزرگترین عیب، هادی به راحتی پیچ خورده است و تفاوت با بسته موازی مستقیماً برای تکالیف، جلوگیری از پیچ خوردگی هادی است، همانطور که همه ما می‌دانیم، در حال حاضر از تفاوت SAS، SFP + و غیره در خط پرسرعت استفاده می‌شود، به اندازه کافی برای نشان دادن اینکه عملکرد آن باید بالاتر از نسخه رشته‌ای باشد، کافی است. نقش مهم خط داده فرکانس بالا انتقال سیگنال‌های داده است، اما وقتی از آن استفاده می‌کنیم، ممکن است انواع اطلاعات تداخلی نامرتب ظاهر شود. بیایید در مورد اینکه اگر این سیگنال‌های تداخل وارد هادی داخلی خط داده شوند و بر روی سیگنال منتقل شده اصلی قرار گیرند، فکر کنیم، آیا امکان تداخل یا تغییر سیگنال منتقل شده اصلی وجود دارد، در نتیجه باعث از دست رفتن سیگنال مفید یا مشکلات می‌شود؟ و تفاوت لایه فویل آلومینیومی در انتقال اطلاعات به ما برای ایفای نقش محافظ و پوشش است که برای کاهش تداخل سیگنال‌های مستقل خارجی برای انتقال استفاده می‌شود. جنس اصلی کمربند بسته‌بندی و کشش فویل آلومینیومی، استفاده از آب‌بندی و محافظ فویل آلومینیومی، پوشش یک طرفه یا دو طرفه روی فیلم پلاستیکی، فویل کامپوزیتی است که به عنوان محافظ کابل استفاده می‌شود. فویل کابل به روغن کمتری روی سطح، بدون سوراخ و خواص مکانیکی بالا نیاز دارد. فرآیند بسته‌بندی، جمع‌آوری دو سیم عایق شده و سیم‌های زمین از طریق دستگاه بسته‌بندی است. در عین حال، یک لایه فویل آلومینیومی و یک لایه نوار پلی‌استر خودچسب روی نان بیرونی برای محافظت از جفت سیم و تثبیت ساختار سیم‌های هسته بسته‌بندی استفاده می‌شود. این فرآیند تأثیر مهمی بر خواص سیم، از جمله امپدانس، اختلاف تأخیر، میرایی دارد، زیرا این امر باید کاملاً مطابق با الزامات صنعت تولید شود، آزمایش‌هایی برای خواص الکتریکی انجام شود تا اطمینان حاصل شود که سیم هسته بسته‌بندی مطابق با الزامات است. البته، همه خطوط داده دو لایه محافظ ندارند. برخی چندین لایه دارند، برخی فقط یک لایه دارند یا اصلاً هیچ لایه‌ای ندارند. شیلدینگ یک جداسازی فلزی بین دو ناحیه فضایی است تا القا و تابش امواج الکتریکی، مغناطیسی و الکترومغناطیسی را از یک ناحیه به ناحیه دیگر کنترل کند. به طور خاص، هسته هادی توسط یک بدنه شیلد احاطه شده است تا از تحت تأثیر قرار گرفتن آنها توسط میدان الکترومغناطیسی/سیگنال تداخل خارجی جلوگیری کند و از انتشار میدان/سیگنال الکترومغناطیسی تداخل به بیرون جلوگیری کند. آزمایش سیگنال فرکانس بالای جفت تفاضلی USB را می‌توان با کابل کواکسیال جفت تفاضلی USB4 مقایسه کرد.
زمان ارسال: ۱۶ آگوست ۲۰۲۲
