Evrensel Seri Veri Yolu (USB), muhtemelen dünyanın en çok yönlü arayüzlerinden biridir. Başlangıçta Intel ve Microsoft tarafından başlatılan bu arayüz, mümkün olan en yüksek tak ve çalıştır özelliğine sahiptir. 1994 yılında USB arayüzünün tanıtımından bu yana, 26 yıllık bir geliştirme sürecinin ardından, USB 1.0/1.1, USB 2.0, USB 3.x ve nihayetinde günümüzdeki USB 4'e ulaşmıştır; iletim hızı da 1,5 Mbps'den en son 40 Gbps'ye yükselmiştir. Şu anda, yalnızca yeni piyasaya sürülen akıllı telefonlar temel olarak Type-C arayüzünü desteklemekle kalmıyor, aynı zamanda dizüstü bilgisayarlar, dijital kameralar, akıllı hoparlörler, taşınabilir güç kaynakları ve diğer cihazlar da TYPE-C özellikli USB arayüzünü benimsemeye başladı ve bu da otomotiv alanına başarıyla girdi. Tesla'nın yeni Model 3'ünde USB-A yerine USB-C portları bulunuyor ve Apple, MacBook'larını ve AirPods Pro'larını veri aktarımı ve şarj için tamamen saf USB Type-C portlarına dönüştürdü. Ayrıca, AB'nin gerekliliklerine göre Apple, gelecekteki iPhone 15'te de USB Type-C arayüzünü kullanacak ve USB4'ün gelecekteki pazarda ana ürün arayüzü olacağından şüphe yok.
USB4 kabloları için gereksinimler
Yeni USB4'teki en büyük değişiklik, Intel'in usb-if ile paylaştığı Thunderbolt protokol spesifikasyonunun getirilmesidir. Çift bağlantı üzerinden çalışan bu protokolde bant genişliği 40 Gbps'ye çıkarılmış ve tünelleme, PCI Express ve DisplayPort gibi birden fazla veri ve görüntü protokolünü desteklemektedir. Ayrıca, USB4, yeni temel protokolün getirilmesiyle iyi bir uyumluluk sergileyerek USB3.2/3.1/3.0/2.0 ve Thunderbolt 3 ile geriye dönük uyumludur. Sonuç olarak, USB4 bugüne kadarki en karmaşık USB standardı haline gelmiş ve tasarımcıların USB4, USB3.2, USB2.0, USB Type-C ve USB Güç Dağıtımı spesifikasyonlarını anlamalarını gerektirmiştir. Buna ek olarak, tasarımcılar PCI Express ve DisplayPort spesifikasyonlarının yanı sıra USB4 DisplayPort moduyla uyumlu olan YÜKSEK ÇÖZÜNÜRLÜKLÜ içerik koruma (HDCP) teknolojisini de anlamalıdır ve aşina olduğumuz kablolar ve konektörler, USB4 kablo ürünlerinin elektriksel performans gereksinimlerini karşılamak için daha yüksek gereksinimlere sahiptir.
USB4'ün koaksiyel versiyonu hiç beklenmedik bir şekilde ortaya çıktı.
USB 3.1 10G çağında, birçok üretici yüksek frekans performansı gereksinimlerini karşılamak için koaksiyel yapıyı benimsedi. Koaksiyel versiyon daha önce USB serisinde kullanılmamıştı; uygulama alanları ağırlıklı olarak dizüstü bilgisayarlar, cep telefonları, GPS, ölçüm cihazları, Bluetooth teknolojisi vb. idi. Kablo tanımının genel uygulaması tıbbi koaksiyel hat, teflon koaksiyel elektronik hat, radyo frekansı koaksiyel kablo vb. idi. Piyasadaki toplu maliyet kontrolü gereksinimleriyle, USB 3.1 çağında performansı karşılayan ürünler hızla pazar payı kazandı, ancak USB 4 pazarında yüksek frekanslı iletim gereksinimleri giderek daha da katılaştı ve yüksek hızlı iletim için kablonun güçlü bir anti-parazit yeteneğine ve elektriksel performans kararlılığına sahip olması gerekiyor. Yüksek frekanslı iletimin kararlılığını sağlamak için, mevcut ana akım USB 4 hala ana koaksiyel versiyondur. Koaksiyel üretim ve imalat süreci karmaşık bir süreçtir ve yüksek frekans ve yüksek hız uygulamalarını çözmek için uygun üretim ekipmanına ve olgun ve istikrarlı bir üretim sürecine ihtiyaç duyar. Ürün üretiminde, malzeme seçimi, proses parametreleri ve proses kontrolü, özel laboratuvar testlerinin elektriksel parametreleri kilit rol oynar. Koaksiyel yapının geliştirilmesi boyunca karşılaşılan en büyük darboğaz, (malzeme maliyeti, yüksek işleme maliyeti gibi) diğer faktörlere ek olarak, piyasanın gelişimi her zaman en yüksek seri üretim fiyatına nasıl ulaşılacağı etrafında döner. Çift bükümlü versiyon, koaksiyel geliştirme araştırma ve geliştirme çalışmalarında her zaman bu boşluğu doldurmuştur.
Koaksiyel kablonun yapısından da görülebileceği gibi, içten dışa doğru sırasıyla: orta iletken, yalıtım tabakası, dış iletken tabaka (metal ağ), tel kılıfı. Koaksiyel kablo, iki iletkenden oluşan bir kompozittir. Koaksiyel kablonun orta teli sinyalleri iletmek için kullanılır. Metal koruma ağı iki rol oynar: birincisi, sinyal için ortak topraklama görevi görerek akım döngüsünü sağlamak, ikincisi ise elektromanyetik gürültünün sinyale olan girişimini bastırmak için bir koruma ağı görevi görmektir. Orta tel ile koruma ağı arasında yarı köpük polipropilen yalıtım tabakası bulunur; yalıtım tabakası kablonun iletim özelliklerini belirler ve orta teli etkili bir şekilde korur, bu nedenle pahalıdır.
USB4 bükümlü çift kablo versiyonu geliyor mu?
Elektronik devreler daha yüksek frekanslarda çalıştıkça, elektronik bileşenlerin elektriksel özelliklerini kontrol etmek daha da zorlaşır. Bileşen boyutu veya tüm devre boyutu, çalışma frekansının dalga boyuna göre birden büyük olduğunda, devre endüktans kapasitans değeri veya bileşenlerin malzeme özelliklerinin parazitik etkisi vb. durumlar ortaya çıkar. Tel çifti yapısı kullanıldığında bile, temel frekans parametrelerinin test edilmesi müşteri gereksinimlerini karşılayamaz ve koaksiyel versiyona göre daha esnek ve çapı daha büyük olduğundan, neden USB çiftlerini toplu olarak kullanamıyorum? Genel olarak, kablo kullanım frekansı ne kadar yüksekse, sinyalin dalga boyu o kadar kısa ve ekleme aralığı o kadar küçük olur, denge etkisi o kadar iyi olur. Bununla birlikte, çok küçük ekleme aralığı düşük üretim verimliliğine ve yalıtımlı çekirdek telinin burkulmasına neden olur. Hat çiftinin aralığı çok küçük olduğunda, burulma sayısı çoktur ve kesitteki burulma gerilimi ciddi şekilde yoğunlaşır, bu da yalıtım tabakasının ciddi deformasyonuna ve hasarına yol açar ve sonunda elektromanyetik alanın bozulmasına neden olarak SRL değeri ve zayıflama gibi bazı elektriksel göstergeleri etkiler. Yalıtım eksantrikliği mevcut olduğunda, tek bir yalıtım hattının devrimi ve rotasyonu nedeniyle iletkenler arasındaki mesafe periyodik olarak değişir ve bu da empedansın periyodik dalgalanmasına neden olur. Dalgalanma periyodu nispeten uzundur. Yüksek frekanslı iletimde, bu yavaş değişim elektromanyetik dalgalar tarafından algılanabilir ve geri dönüş kaybı değerini etkileyebilir. USB4 çiftli versiyonu toplu olarak kullanılamaz.
Yere kadar değil, ama ölümcül koaksiyel kablo kullanmak istemiyoruz, bu yüzden insanlar USB4 koruma yöntemlerindeki farklılıkları doğrulamaya başladılar. En büyük dezavantajı, iletkenin kolayca bükülmesidir ve paralel paketle doğrudan bağlantı kurmak, iletkenin burkulmasını önlemek için önemlidir. Hepimizin bildiği gibi, şu anda SAS, SFP+ vb. yüksek hızlı hatlarda kullanılmaktadır ve bu da performansının çok telli versiyondan daha yüksek olduğunu göstermektedir. Yüksek frekanslı veri hatlarının önemli bir rolü veri sinyallerini iletmektir, ancak bunları kullanırken çevrede her türlü karışık girişim bilgisi ortaya çıkabilir. Bu girişim sinyallerinin veri hattının iç iletkenine girip orijinal iletilen sinyalin üzerine binmesi durumunda, orijinal iletilen sinyali bozup bozamayacağı veya değiştirip değiştirmeyeceği, böylece faydalı sinyal kaybına veya sorunlara neden olup olmayacağı hakkında düşünelim. Alüminyum folyo tabakasının farkı, bize bilgi aktarırken koruyucu ve kalkan görevi görmesidir; iletim sırasında dışarıdan gelen bağımsız sinyallerin girişimini azaltmak için kullanılır. Ana paketleme malzemesi ve alüminyum folyo çekme, alüminyum folyo sızdırmazlık ve kalkanlama için kullanılır; plastik film üzerine tek taraflı veya çift taraflı kaplama, kablonun kalkanı olarak kullanılan kompozit folyo. Kablo folyosu, yüzeyinde daha az yağ gerektirir, deliksizdir ve yüksek mekanik özelliklere sahiptir. Sarma işlemi, iki yalıtımlı çekirdek teli ve topraklama tellerini sarma makinesiyle bir araya getirmektir. Aynı zamanda, tel çiftini korumak ve sarılan çekirdek tellerinin yapısını stabilize etmek için dış kısımda bir kat alüminyum folyo ve bir kat kendinden yapışkanlı polyester bant kullanılır. Bu işlem, empedans, gecikme farkı, zayıflama dahil olmak üzere tel özelliklerini önemli ölçüde etkiler, çünkü bu, işçilik gereksinimlerine sıkı sıkıya uygun olarak üretilmeli, elektriksel özellik testleri yapılmalı ve sarılan çekirdek telinin gereksinimlere uygun olduğundan emin olunmalıdır. Elbette, tüm veri hatlarında iki katmanlı koruma yoktur. Bazılarında birden fazla katman, bazılarında yalnızca bir katman veya hiç yoktur. Kalkanlama, iki uzamsal bölge arasında, elektrik, manyetik ve elektromanyetik dalgaların bir bölgeden diğerine indüklenmesini ve yayılmasını kontrol etmek için kullanılan metalik bir ayırıcıdır. Daha spesifik olarak, iletken çekirdek, dış elektromanyetik alan/parazit sinyalinden etkilenmesini önlemek ve parazit elektromanyetik alan/sinyalinin dışarıya yayılmasını engellemek için bir kalkan gövdesiyle çevrilidir. USB diferansiyel çift yüksek frekanslı sinyal testi, koaksiyel kablo ile karşılaştırılabilir; diferansiyel çift USB4 kablosu yakında piyasaya sürülecektir.
Yayın tarihi: 16 Ağustos 2022
