Các dây dữ liệu USB (D + / D-) có trở kháng vi sai 90 ohm và trở kháng đơn kết thúc 45 ohm với mặt đất không và nếu có thì điều này được thực hiện như thế nào?

Tôi hiểu rằng việc truyền dữ liệu USB được thực hiện ở nhiều tốc độ khác nhau, trong đó hiệu ứng đường truyền có thể phát huy (tối đa 480Mb / giây, có nghĩa là tần số tối đa cao hơn nhiều so với tốc độ sóng / cạnh sóng vuông, có lẽ là sóng hài thứ 5 cho tần số tín hiệu tối đa 2,4 GHz nội dung) như một cặp vi sai có trở kháng vi sai 90 ohm được điều khiển hoặc 45 ohms nối đất cho mỗi dây riêng lẻ trong cặp.

Câu hỏi của tôi là nếu đúng là BẤT K cáp cáp USB nào có khả năng truyền dữ liệu phải có dây D + / D- được sản xuất theo cách chính xác để duy trì trở kháng này dọc theo chiều dài của cáp. Nếu vậy, làm thế nào hoàn thành cái này? Chắc chắn điều này phải yêu cầu một số tính toán phức tạp liên quan đến điện cảm / điện dung và khoảng cách rất cụ thể giữa các dây và tấm chắn đất xung quanh phải duy trì không đổi theo chiều dài của cáp, phải không? Có phải tất cả các nhà sản xuất cáp thực sự tính đến điều này?

Hoặc tôi sai và các dây cáp không cần phải đạt được trở kháng đặc tính này cả? Có phụ thuộc vào độ dài của cáp sao cho độ dài cáp bình thường không cần phải lo lắng về điều này?

Lấy hình ảnh cáp USB ngẫu nhiên ra khỏi google, có vẻ như dây dữ liệu không được xử lý đặc biệt ...

Cáp USB đòi hỏi một số kỹ thuật chính xác. Có các yêu cầu nghiêm ngặt về giá trị của trở kháng vi sai, chất lượng kết nối và mức độ tổn thất trên mỗi cáp. Phần tốc độ cao của cáp USB, ngay cả ở tốc độ dữ liệu USB 2.0 480 Mbps, được làm bằng một cặp dây xoắn, tất cả được bọc thành một tấm chắn. Điều này làm cho nó một cáp "hai trục". Cáp được thực hiện đồng nhất nhất có thể, bằng cách thực hiện kỷ luật sản xuất tốt, giúp giảm sự phản xạ / tán xạ sóng khi chuyển / tín hiệu truyền dọc theo kênh.

Tuy nhiên, tất cả các "tính toán phức tạp" đã được thực hiện năm mươi bảy mươi năm trước và kết quả cuối cùng khá đơn giản.

Trở kháng đặc trưng của dây xoắn (hoặc ống dẫn sóng phẳng, hoặc cáp đồng trục) là một chức năng của hình học dây dẫn và hằng số điện môi của chất cách điện giữa các dây dẫn. Để làm cho nó khác biệt 90 ohms hai dây có đường kính lõi nhất định và độ dày nhất định của chất cách điện được xoắn với nhau (tại một số vòng xoắn nhất định trên mét). Việc xoắn đảm bảo rằng khoảng cách giữa các dây không đổi, bởi vì đó là một tham số chính xác định tính đồng nhất của đường truyền. Độ dày cách nhiệt cũng nên được kiểm soát tốt, vì lý do tương tự. Số lượng xoắn trên mỗi đơn vị chiều dài cũng rất quan trọng, nhưng ở mức độ thấp hơn.

Bây giờ, đường kính cách điện xác định khoảng cách giữa hai dây dẫn tín hiệu và tính chất điện của hình học này đã được tính toán từ lâu. Vì vậy, một nhà sản xuất cáp USB (ý tôi là cáp số lượng lớn) biết nên chọn đường kính nào, sử dụng loại cách điện nào và cách xoắn. Lựa chọn cuối cùng của các tham số dây trải qua thử nghiệm, trong đó chất lượng và thông số cáp được đo bằng thiết bị đặc biệt. Sau đó, cáp thô được đưa vào sản xuất và được bán cho các nhà sản xuất cáp, họ hàn các đoạn của nó vào một cặp đầu nối USB và đóng gói các đầu bằng phương pháp đúc áp lực.

Vì vậy, dây tín hiệu USB có một điều trị đặc biệt.

Cáp điều khiển trở kháng được thiết kế để đáp ứng tốc độ dữ liệu, trở kháng và dung sai. Dung sai không phù hợp trở kháng được đo bằng Mất trở lại, RL [dB] còn được gọi là s11, một trong bốn thông số tán xạ cho các thiết bị hai cổng.

Trở kháng RF để dỗ. được xác định bởi tỷ lệ của dây dẫn bên ngoài với dây dẫn bên trong được xác định bởi hằng số điện môi tương đối. Tỷ lệ phức tạp tương tự được sử dụng cho cặp xoắn, microstrip và dải. Các tỷ lệ này khá phù hợp và bao gồm các hiệu ứng da của dây dẫn.

Tất cả các nhà cung cấp cáp phải tuân thủ các tiêu chí thiết kế hình học này và thiết kế của nó được kiểm tra bằng tổn thất hoàn trả. Điều đó không có nghĩa là mọi nhà sản xuất của mọi cáp đều được kiểm tra các yêu cầu này trong sản xuất hoặc mọi cáp đều được thiết kế và xác minh bằng các phương pháp tinh vi, nhưng cáp chất lượng tốt hầu hết xác minh thiết kế và dung sai cho khả năng sản xuất.

Khi tốc độ dữ liệu cao hơn, cáp linh hoạt có thể trở nên cứng hơn để có tính nhất quán tốt hơn.

Khi các dây dẫn trở nên mỏng hơn hoặc cách xa nhau hơn với khoảng cách không khí giữa các lớp cách nhiệt, trở kháng tăng lên.

Trở kháng tín hiệu vi sai thường là tổng của mỗi trở kháng kết thúc đơn

Thuật ngữ trở kháng này được sử dụng ở đây được gọi là "trở kháng đặc tính" trong đó chiều dài cáp dài xấp xỉ> = 5% bước sóng tần số cao nhất trong phổ tín hiệu.

Dưới tần số này, độ tự cảm hoặc điện dung của cáp có ý nghĩa hơn đối với dòng điện thoáng qua và mạch trở kháng cao tương ứng và tất nhiên là điện trở cách điện DC.