差動ペアUSB4ケーブル

ユニバーサルシリアルバス（USB）は、おそらく世界で最も汎用性の高いインターフェースの1つです。元々はインテルとマイクロソフトによって開発され、可能な限りホットプラグアンドプレイに対応しています。1994年にUSBインターフェースが導入されて以来、26年の開発を経て、USB 1.0/1.1、USB2.0、USB 3.xを経て、現在のUSB4にまで発展しました。伝送速度も1.5Mbpsから最新の40Gbpsに向上しています。現在では、新しく発売されたスマートフォンは基本的にType-Cインターフェースをサポートしているだけでなく、ノートパソコン、デジタルカメラ、スマートスピーカー、モバイル電源などのデバイスもTYPE-C仕様のUSBインターフェースを採用し始めており、自動車分野にも導入されています。テスラの新型モデル3はUSB-Aの代わりにUSB-Cポートを搭載し、AppleはMacBookとAirPods Proをデータ転送と充電用の純粋なUSB Type-Cポートに完全に切り替えました。さらに、EUの要件に従って、Appleは将来のiPhone15にもUSB Type-Cインターフェースを採用する予定であり、USB4が将来の市場における主要な製品インターフェースとなることは間違いないだろう。

USB4ケーブルの要件

新しいUSB4の最大の変更点は、Intelがusb-ifと共有したThunderboltプロトコル仕様の導入です。デュアルリンクで動作し、帯域幅は40Gbpsに倍増し、トンネリングは複数のデータおよびディスプレイプロトコルをサポートします。例としては、PCI ExpressとDisplayPortがあります。さらに、USB4は新しい基盤プロトコルの導入と良好な互換性を維持し、USB3.2/3.1/3.0/2.0およびThunderbolt 3との下位互換性があります。その結果、USB4はこれまでで最も複雑なUSB規格となり、設計者はUSB4、USB3.2、USB2.0、USB Type-C、およびUSB Power Deliveryの仕様を理解する必要があります。さらに、設計者はPCI ExpressとDisplayPortの仕様、およびUSB4 DisplayPortモードと互換性のある高解像度コンテンツ保護（HDCP）技術を理解する必要があり、私たちが慣れ親しんでいるケーブルとコネクタは、USB4ケーブル完成品の電気的性能要件を満たすために、より高い要件を満たす必要があります。

USB4の同軸バージョンが突如として現れた。

USB3.1 10G の時代には、多くのメーカーが高周波性能の要件を満たすために同軸構造を採用しました。同軸バージョンは以前は USB シリーズには適用されていませんでしたが、その適用シナリオは主にノートブック、携帯電話、GPS、計測機器、Bluetooth 技術などでした。ケーブルの説明の一般的な用途は、医療用同軸線、テフロン同軸電子線、無線周波数同軸線などであり、市場の大量コスト制御要件により、USB3.1 時代の撚り線は性能を満たす製品として急速に市場を占有しましたが、USB4 市場では高周波伝送の要件がますます厳しくなり、高速伝送には強力な耐干渉性と電気的性能の安定性を備えたワイヤが必要であり、高周波伝送の安定性を確保するために、現在の主流の USB4 は依然として同軸バージョンが主であり、同軸の生産および製造プロセスは複雑なプロセスであり、高周波および高速アプリケーションを解決するには、適切な生産設備と成熟した安定した生産プロセスが必要です。製品の製造において、材料の選択、プロセスパラメータ、プロセス制御、専門ラボのテストによる電気的パラメータが重要な役割を果たし、同軸構造の開発のボトルネック全体を通して、(材料費、加工費が高い) 他には良い点がありますが、市場の開発は常に最大のバッチ価格を実現する方法を中心に展開しており、ツイストペアバージョンは常に同軸開発のギャップに研究開発とブレークスルーがありました。

同軸ケーブルの構造は、内側から外側に向かって、中心導体、絶縁層、外側導電層（金属メッシュ）、外被の順に並んでいます。同軸ケーブルは、2本の導体から構成される複合構造です。同軸ケーブルの中心線は、信号の伝送に使用されます。金属シールドネットは、信号の共通接地として電流ループを提供する役割と、シールドネットとして信号への電磁ノイズの干渉を抑制する役割の2つを果たします。中心線とシールドネットの間には、半発泡ポリプロピレン絶縁層があり、この絶縁層がケーブルの伝送特性を決定し、中心線を効果的に保護するため、高価です。

USB4ツイストペア版が登場する？

電子回路がより高い周波数で動作すると、電子部品の電気的特性を制御することがより困難になります。部品のサイズまたは回路全体のサイズが動作周波数の波長と比較して 1 より大きい場合、回路のインダクタンス容量値、または部品の材料特性の寄生効果などにより、ワイヤ ペア構造を使用しても、基本周波数パラメータのテストは顧客の要求を満たすことができず、構造の柔軟性が同軸バージョンよりもはるかに高いため、ペア USB をバッチで適用できないのはなぜですか? 一般的に、ケーブルの使用周波数が高いほど、信号の波長が短くなり、スキュー ピッチが小さくなり、バランス効果が向上します。ただし、スプライシング ピッチが小さすぎると、生産効率が低下し、絶縁コアワイヤがねじれます。ライン ペアのピッチが非常に小さいと、ねじれの数が多くなり、セクションのねじれ応力が深刻に集中し、絶縁層の深刻な変形と損傷を引き起こし、最終的に電磁界の歪みを引き起こし、SRL 値や減衰などのいくつかの電気的指標に影響を与えます。絶縁体の偏心が存在する場合、絶縁単線の回転により導体間の距離が周期的に変化し、インピーダンスの周期的な変動が生じます。この変動周期は比較的長く、高周波伝送では、この緩やかな変化が電磁波によって検出され、反射損失値に影響を与えます。USB4ペアバージョンは複数台同時使用できません。

地面に接地するわけではありませんが、死の同軸ケーブルを使いたくないので、人々はUSB4シールド方式の違いを検証し始めました。最大の欠点は導体が簡単にねじれることです。並列パケットとの違いは宿題に直接対応し、導体のねじれを回避します。ご存知のように、現在、SAS、SFP+などの違いは高速ラインで使用されており、その性能が撚り線バージョンよりも高いことを示すのに十分です。高周波データラインの重要な役割はデータ信号を伝送することですが、それを使用すると周囲にあらゆる種類の混沌とし​​た干渉情報が現れる可能性があります。これらの干渉信号がデータラインの内部導体に入り、元の送信信号に重畳した場合、元の送信信号に干渉または変更して、有用な信号の損失や問題を引き起こす可能性があるかどうかを考えてみましょう。アルミ箔層の違いは、情報を私たちに伝えることであり、保護とシールドの役割を果たします。外部の独立した信号の伝送干渉を低減するために使用されます。主なパッケージベルト材料とアルミ箔の引き込みは、アルミ箔のシーリングとシールド、プラスチックフィルムの片面または両面コーティング、ケーブルのシールドとして使用されるlu:su複合箔を使用します。ケーブル箔は、表面に油が少なく、穴がなく、高い機械的特性を必要とします。ラッピングプロセスは、ラッピングマシンを通して2本の絶縁コア線と接地線を一緒に集めることです。同時に、外側のパンにアルミ箔の層と自己粘着ポリエステルテープの層を使用して、ワイヤペアをシールドし、ラッピングコアワイヤの構造を安定させます。このプロセスは、インピーダンス、遅延差、減衰などのワイヤ特性に重要な影響を与えます。これは、厳密に製造要件に従って製造し、ラッピングコアワイヤが要件に合致していることを確認するために電気的特性のテストを実施する必要があるためです。もちろん、すべてのデータラインが2層のシールドを持っているわけではありません。複数の層を持つものもあれば、1層しかないもの、まったくないものもあります。シールドとは、2つの空間領域間の金属的な分離であり、一方の領域から他方の領域への電気、磁気、電磁波の誘導と放射を制御するものです。具体的には、導体コアをシールド体で囲むことで、外部の電磁場/干渉信号の影響を受けないようにし、干渉電磁場/信号が外部に拡散するのを防ぎます。USB差動ペア高周波信号テストは同軸ケーブルに匹敵し、差動ペアUSB4ケーブルが登場します。