Universal Serial Bus (USB) อาจเป็นหนึ่งในอินเทอร์เฟซที่ใช้งานได้หลากหลายที่สุดในโลก เดิมทีริเริ่มโดย Intel และ Microsoft และมีคุณสมบัติแบบ hot plug and play มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ นับตั้งแต่เปิดตัวอินเทอร์เฟซ USB ในปี 1994 หลังจากการพัฒนา 26 ปี ผ่าน USB 1.0/1.1, USB 2.0, USB 3.x ในที่สุดก็ได้พัฒนาเป็น USB4 ในปัจจุบัน อัตราการส่งข้อมูลก็เพิ่มขึ้นจาก 1.5Mbps เป็น 40Gbps ล่าสุด ปัจจุบัน ไม่เพียงแต่สมาร์ทโฟนที่เพิ่งเปิดตัวเท่านั้นที่รองรับอินเทอร์เฟซ Type-C เท่านั้น แต่คอมพิวเตอร์โน้ตบุ๊ก กล้องดิจิทัล ลำโพงอัจฉริยะ อุปกรณ์จ่ายไฟแบบพกพา และอุปกรณ์อื่นๆ ก็เริ่มนำอินเทอร์เฟซ USB TYPE-C มาใช้ ซึ่งประสบความสำเร็จในแวดวงยานยนต์ แทนที่จะเป็น USB-A รถยนต์ Tesla Model 3 รุ่นใหม่มีพอร์ต usb-B-C และ Apple ได้เปลี่ยน MacBook และ AirPods Pro ให้ใช้พอร์ต USB Type-C อย่างสมบูรณ์สำหรับการถ่ายโอนข้อมูลและการชาร์จ นอกจากนี้ ตามข้อกำหนดของสหภาพยุโรป Apple จะใช้อินเทอร์เฟซ USB Type-C ใน iPhone15 ในอนาคต และไม่ต้องสงสัยเลยว่า USB4 จะเป็นอินเทอร์เฟซผลิตภัณฑ์หลักในตลาดในอนาคต
ข้อกำหนดสำหรับสาย USB4
การเปลี่ยนแปลงที่สำคัญที่สุดใน USB4 ใหม่คือการเปิดตัวข้อกำหนดโปรโตคอล Thunderbolt ที่ Intel ใช้ร่วมกับ usb-if การทำงานบน dual links แบนด์วิดท์เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าเป็น 40 Gbps และ Tunneling รองรับโปรโตคอลข้อมูลและการแสดงผลหลายแบบ ตัวอย่างเช่น PCI Express และ DisplayPort นอกจากนี้ USB4 ยังคงความเข้ากันได้ดีกับการเปิดตัวโปรโตคอลพื้นฐานใหม่ โดยสามารถใช้งานร่วมกับ USB3.2/3.1/3.0/2.0 และ Thunderbolt 3 ได้ ส่งผลให้ USB4 กลายเป็นมาตรฐาน USB ที่ซับซ้อนที่สุดในปัจจุบัน ซึ่งนักออกแบบจำเป็นต้องเข้าใจข้อกำหนดของ USB4, USB3.2, USB2.0, USB Type-C และ USB Power Delivery นอกจากนี้ นักออกแบบยังต้องเข้าใจข้อกำหนดของ PCI Express และ DisplayPort รวมถึงเทคโนโลยีการป้องกันเนื้อหาความละเอียดสูง (HDCP) ที่เข้ากันได้กับโหมด USB4 DisplayPort และสายเคเบิลและขั้วต่อที่เราคุ้นเคยกันดีมีข้อกำหนดที่สูงขึ้นเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของผลิตภัณฑ์สายเคเบิล USB4 สำเร็จรูป
USB4 เวอร์ชันโคแอกเซียลโผล่มาจากไหนก็ไม่รู้
ในยุค USB3.1 10G ผู้ผลิตหลายรายเลือกใช้โครงสร้างแบบโคแอกเซียลเพื่อตอบสนองความต้องการด้านประสิทธิภาพความถี่สูง ก่อนหน้านี้ยังไม่มีการนำสายโคแอกเซียลมาใช้ในซีรีส์ USB การใช้งานหลักๆ ได้แก่ โน้ตบุ๊ก โทรศัพท์มือถือ GPS เครื่องมือวัด และเทคโนโลยีบลูทูธ เป็นต้น สายเคเบิลที่ใช้โดยทั่วไป ได้แก่ สายโคแอกเซียลทางการแพทย์ สายโคแอกเซียลอิเล็กทรอนิกส์เทฟลอน สายโคแอกเซียลความถี่วิทยุ เป็นต้น ด้วยความต้องการควบคุมต้นทุนจำนวนมากในตลาด ในยุค USB3.1 ผลิตภัณฑ์แบบสแตรนด์จึงครองตลาดอย่างรวดเร็ว แต่ด้วยความต้องการการส่งสัญญาณความถี่สูงในตลาด USB4 ที่เข้มงวดมากขึ้นเรื่อยๆ สายโคแอกเซียลความเร็วสูงจึงต้องการสายที่มีคุณสมบัติป้องกันการรบกวนและเสถียรภาพทางไฟฟ้าที่แข็งแกร่ง เพื่อให้มั่นใจถึงเสถียรภาพของการส่งสัญญาณความถี่สูง ปัจจุบัน USB4 ยังคงเป็นสายโคแอกเซียลหลัก กระบวนการผลิตแบบโคแอกเซียลเป็นกระบวนการที่ซับซ้อน การแก้ปัญหาการใช้งานความถี่สูงและความเร็วสูงจำเป็นต้องใช้อุปกรณ์การผลิตที่เหมาะสมและกระบวนการผลิตที่ครบวงจรและมีเสถียรภาพ ในการผลิตผลิตภัณฑ์ การเลือกสรรวัสดุ พารามิเตอร์กระบวนการ และการควบคุมกระบวนการ พารามิเตอร์ทางไฟฟ้าของการทดสอบในห้องปฏิบัติการเฉพาะทางมีบทบาทสำคัญ ตลอดช่วงการพัฒนาโครงสร้างโคแอกเซียล นอกจากส่วนอื่นๆ ที่ดีแล้ว (ต้นทุนวัสดุ ต้นทุนการประมวลผลแพง) แต่การพัฒนาตลาดมักจะวนเวียนอยู่กับวิธีการบรรลุราคาชุดสูงสุดอยู่เสมอ รุ่นคู่บิดจึงอยู่ในช่องว่างของการวิจัยและพัฒนาและความก้าวหน้าเสมอมา
สามารถมองเห็นได้จากโครงสร้างของสายโคแอกเซียลจากภายในสู่ภายนอกตามลำดับ ได้แก่ ตัวนำกลาง ชั้นฉนวน ชั้นตัวนำนอก (ตาข่ายโลหะ) และผิวสาย สายโคแอกเซียลประกอบด้วยตัวนำสองเส้น สายกลางของสายโคแอกเซียลใช้สำหรับส่งสัญญาณ ตาข่ายโลหะป้องกันมีสองบทบาท บทบาทแรกคือจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับสัญญาณเป็นกราวด์ร่วม และบทบาทที่สองคือป้องกันสัญญาณรบกวนจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ส่งผ่านไปยังสัญญาณเป็นตาข่ายป้องกัน สายกลางและเครือข่ายป้องกันระหว่างชั้นฉนวนโพลีโพรพีลีนกึ่งโฟม ชั้นฉนวนจะกำหนดลักษณะการส่งสัญญาณของสายเคเบิล และป้องกันสายกลางได้อย่างมีประสิทธิภาพ แม้จะมีราคาสูงก็ตาม
เวอร์ชัน USB4 twisted pair กำลังจะมาใช่ไหม?
เนื่องจากวงจรอิเล็กทรอนิกส์ทำงานที่ความถี่สูง คุณสมบัติทางไฟฟ้าของส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์จึงยากต่อการควบคุม เมื่อขนาดของส่วนประกอบหรือขนาดวงจรทั้งหมดเทียบกับความยาวคลื่นของความถี่ใช้งานมีค่ามากกว่าหนึ่ง ค่าความจุเหนี่ยวนำของวงจร หรือส่วนประกอบที่มีผลต่อคุณสมบัติของวัสดุ ฯลฯ แม้ในขณะที่เราใช้โครงสร้างแบบคู่สาย การทดสอบพารามิเตอร์ความถี่พื้นฐานก็ไม่สามารถตอบสนองความต้องการของลูกค้าได้ และมีความยืดหยุ่นมากกว่าโครงสร้างแบบโคแอกเซียลและเส้นผ่านศูนย์กลางของโครงสร้างก็ค่อนข้างไกล ทำไมฉันจึงไม่สามารถใช้ USB แบบคู่สายเป็นชุดได้ โดยทั่วไป ยิ่งความถี่ของการใช้สายเคเบิลสูง ความยาวคลื่นของสัญญาณก็จะสั้นลง และยิ่งระยะพิทช์เอียงน้อยลงเท่าใด ก็ยิ่งทำให้เกิดความสมดุลมากขึ้นเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ระยะพิทช์การต่อสายที่เล็กเกินไปจะทำให้ประสิทธิภาพการผลิตต่ำลงและเกิดการบิดตัวของแกนสายที่หุ้มฉนวน ระยะห่างระหว่างสายคู่มีค่าน้อยมาก จำนวนแรงบิดมีมาก และแรงดึงจากแรงบิดบนส่วนตัดมีความเข้มข้นสูง ส่งผลให้เกิดการเสียรูปและความเสียหายอย่างรุนแรงของชั้นฉนวน และในที่สุดทำให้เกิดการบิดเบือนของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งส่งผลกระทบต่อตัวบ่งชี้ทางไฟฟ้าบางอย่าง เช่น ค่า SRL และการลดทอน เมื่อมีความเยื้องศูนย์ของฉนวน ระยะห่างระหว่างตัวนำจะเปลี่ยนแปลงเป็นระยะเนื่องจากการหมุนและการหมุนของสายเดี่ยวที่เป็นฉนวน ซึ่งทำให้เกิดความผันผวนของอิมพีแดนซ์เป็นระยะ ช่วงเวลาความผันผวนค่อนข้างยาวนาน ในการส่งสัญญาณความถี่สูง การเปลี่ยนแปลงที่ช้านี้สามารถตรวจจับได้ด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและส่งผลกระทบต่อค่าการสูญเสียการสะท้อนกลับ ไม่สามารถใช้ USB4 แบบคู่ได้
แม้จะไม่ได้ต่อลงกราวด์ แต่ไม่อยากใช้สายโคแอกเซียลแบบเดธโคแอกเซียล ผู้คนจึงเริ่มตรวจสอบความแตกต่างของวิธีการป้องกัน USB4 ของผลิตภัณฑ์ ข้อเสียที่ใหญ่ที่สุดคือตัวนำบิดงอได้ง่าย และความแตกต่างกับแพ็กเก็ตแบบขนานโดยตรงสำหรับการทำการบ้าน เพื่อหลีกเลี่ยงอาการแพลงของตัวนำ อย่างที่เราทราบกันดีว่า ปัจจุบันมีการใช้ความแตกต่างของ SAS, SFP + และอื่นๆ ในสายความเร็วสูง ซึ่งเพียงพอที่จะแสดงให้เห็นว่าประสิทธิภาพต้องสูงกว่าแบบสตริป บทบาทสำคัญของสายข้อมูลความถี่สูงคือการส่งสัญญาณข้อมูล แต่เมื่อเราใช้งานจริง อาจพบสัญญาณรบกวนที่ยุ่งเหยิงมากมาย ลองคิดดูว่าหากสัญญาณรบกวนเหล่านี้เข้าไปในตัวนำด้านในของสายข้อมูลและซ้อนทับกับสัญญาณที่ส่งเดิม จะเป็นไปได้หรือไม่ที่จะรบกวนหรือเปลี่ยนแปลงสัญญาณที่ส่งเดิม ทำให้เกิดการสูญเสียสัญญาณที่มีประโยชน์หรือปัญหา? และความแตกต่างของชั้นฟอยล์อลูมิเนียมคือการถ่ายโอนข้อมูลให้เราเพื่อทำหน้าที่เป็นตัวป้องกันและป้องกัน ซึ่งใช้เพื่อลดการรบกวนจากสัญญาณอิสระภายนอกในการส่งสัญญาณ วัสดุหลักของสายพานบรรจุภัณฑ์และแรงดึงฟอยล์อลูมิเนียมคือการปิดผนึกและป้องกันฟอยล์อลูมิเนียม การเคลือบด้านเดียวหรือสองด้านบนฟิล์มพลาสติก ฟอยล์คอมโพสิต lu: su ที่ใช้เป็นเกราะป้องกันสายเคเบิล ฟอยล์สายเคเบิลต้องการน้ำมันบนพื้นผิวน้อยกว่า ไม่มีรู และมีคุณสมบัติเชิงกลสูง กระบวนการพันคือการรวบรวมสายแกนหุ้มฉนวนสองเส้นและสายดินเข้าด้วยกันผ่านเครื่องพัน ในขณะเดียวกัน ชั้นฟอยล์อลูมิเนียมและชั้นเทปโพลีเอสเตอร์แบบมีกาวในตัวบนขนมปังด้านนอกจะถูกใช้เพื่อป้องกันคู่สายและทำให้โครงสร้างของแกนหุ้มสายมีเสถียรภาพ กระบวนการนี้มีผลสำคัญต่อคุณสมบัติของสาย ได้แก่ ความต้านทาน ความแตกต่างของความล่าช้า และการลดทอน เนื่องจากต้องผลิตตามข้อกำหนดของงานฝีมืออย่างเคร่งครัด ดำเนินการทดสอบคุณสมบัติทางไฟฟ้าเพื่อให้แน่ใจว่าแกนหุ้มสายเป็นไปตามข้อกำหนด แน่นอนว่าสายข้อมูลไม่ได้มีการหุ้มสองชั้น บางสายมีหลายชั้น บางสายมีเพียงชั้นเดียว หรือไม่มีเลย การป้องกัน (Shielding) คือการแยกโลหะระหว่างพื้นที่สองแห่ง เพื่อควบคุมการเหนี่ยวนำและการแผ่รังสีของคลื่นไฟฟ้า คลื่นแม่เหล็ก และคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากพื้นที่หนึ่งไปยังอีกพื้นที่หนึ่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง แกนตัวนำถูกล้อมรอบด้วยตัวป้องกันเพื่อป้องกันไม่ให้ได้รับผลกระทบจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้า/สัญญาณรบกวนภายนอก และเพื่อป้องกันไม่ให้สนามแม่เหล็กไฟฟ้า/สัญญาณรบกวนแพร่กระจายออกไป การทดสอบสัญญาณความถี่สูงแบบคู่ดิฟเฟอเรนเชียลของ USB สามารถเทียบเคียงได้กับสาย USB4 แบบโคแอกเชียลคู่ดิฟเฟอเรนเชียลที่กำลังจะเปิดตัว
เวลาโพสต์: 16 ส.ค. 2565
