Comprensione della velocità massima che può essere trasmessa su un cavo

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Sto cercando di procurarmi un cavo FFC / FPC per USB 3.0 (+ 5 gbps). Questo mi ha portato alla questione della trasmissione del segnale. Sono in qualche modo un principiante in questo argomento. So che dovresti abbinare l'impedenza sul tuo PCB al connettore / cavo per ridurre al minimo i riflessi.

Mi chiedevo come dire quanto velocemente un segnale puoi trasmettere su un filo. In particolare, che tipo di parametri del cavo influiscono sulla velocità di trasmissione? Qualsiasi aiuto è apprezzato.

— tacca
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Domanda veloce: sei più interessato alle proprietà fisiche dei fili o sei più interessato alle particolarità dei protocolli di trasmissione veloce.

— Simon Marcoux,

proprietà fisiche

— Nick,

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non dimenticare di accettare una risposta dopo aver risposto a tutte le tue domande.

— Simon Marcoux,

Quando si aumenta la frequenza, l'onda em tende alla propagazione libera (la stessa delle antenne). Questo è il motivo dell'utilizzo di guide d'onda o cavi coassiali (che sono la stessa cosa) per la propagazione delle microonde. Il conduttore esterno costringe l'onda a seguire il percorso

— Gianluca Conte,

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La frequenza massima è principalmente correlata alle caratteristiche di perdita dipendenti dalla frequenza del cavo. Alla fine si arriva a una frequenza in cui semplicemente non si riceve abbastanza segnale all'altro capo da usare.

Perdite resistive nei conduttori (incluso effetto pelle)
Perdite dielettriche nei materiali isolanti
Perdite di radiazione se il cavo non è completamente schermato

Tutti questi tendono ad aumentare con la frequenza.

Questo è il motivo per cui generalmente passiamo ad altre tecnologie a frequenze molto elevate: guide d'onda per apparecchiature radio a microonde e fibre ottiche per dati ad alta velocità.

— Dave Tweed
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Vorrei votare ma non ho abbastanza rappresentante. Grazie per la risposta!

— Nick,

La perdita del segnale è dovuta alla resistenza nel filo?

— Nick,

1

Parzialmente resistenza nei conduttori e anche perdite dielettriche. Ci sono anche perdite di radiazioni se il cavo non è completamente schermato. Tutti questi tendono ad aumentare con la frequenza.

— Dave Tweed,

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Il segnale impone un campo elettrico variabile nel tempo attraverso i dielettrici utilizzati nei cavi. Le cariche all'interno di quei dielettrici si muovono in risposta a quei campi, e talvolta non conservano tutta l'energia utilizzata in quel movimento. Ad esempio, se il materiale è affatto piezoelettrico, parte dell'energia va a distorcere la sua forma fisica, che alla fine si trasforma in calore randomizzato.

— Dave Tweed,

2

Non dimenticare la dispersione dielettrica (velocità di fase diverse a frequenze di segnale diverse). Questo tecnicamente non è una perdita ma causa distorsione.

— Captainj2001

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Non puoi semplicemente "alimentare" i cavi FFC / FPC per USB 3.x. Questi cavi (e i corrispondenti connettori) non sono qualificati per i canali USB 3.x. I cavi per USB 3.0 devono soddisfare molti più requisiti rispetto a un semplice parametro di filo e non avere solo una certa impedenza differenziale.

Per utilizzare cavi non standard (non compresi nella configurazione definita da USB) è necessario eseguire tutti i test di qualificazione dei cavi USB da soli, garantire limiti di perdita di inserzione, diafonia NEXT / FEXT, impedenza differenziale tra connettori accoppiati, ecc., Se vuoi che il tuo prodotto funzioni con un ragionevole grado di affidabilità.

Per eseguire la tua qualifica avrai bisogno di almeno un oscilloscopio da 8-16 GHz e uno strumento TDR (riflettometro nel dominio del tempo) da 20 GHz, oltre a creare un dispositivo di break-out dedicato per accedere ai segnali in modo corretto. L'elenco dei requisiti elettrici per le linee di trasmissione USB 3.0 è riportato nel seguente documento USB-IF . Sebbene il documento riguardi principalmente la qualificazione di cavi standard e connettori di accoppiamento, l'appendice al documento mostra i requisiti elettrici generali da soddisfare.

— Ale..chenski
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Dovrai imparare a usare i connettori SMA.

— analogsystemsrf

@analogsystemsrf, non volevi dire "OP avrà bisogno di imparare i connettori SMA"? E non dimenticare di acquistare una chiave dinamometrica 5/16 correttamente preimpostata per loro ... a soli $ 216,26 da Pasternack per esempio ... :-)

— Ale..chenski l'

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@analogsystemsrf Hai visto un connettore USB 3 su una scheda madre? Sono intestazioni dei pin.

— user71659

@ user71659, Hai visto qualche dispositivo di prova USB 3.0? usb.org/developers/estoreinfo/SuperSpeedTestTopologies.pdf

— Ale..chenski

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@ Ale..chenski Questo perché vuoi che il dispositivo sia facilmente de-incorporabile. Non è necessario per il normale funzionamento di USB 3.0.

— user71659

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La frequenza che può essere utilizzata all'interno di un filo dipende fortemente dall'effetto pelle. In poche parole, più grande è il filo, minore è la frequenza che può trasportare senza che la perdita del segnale sia causata da un aumento della sua impedenza.

A bassa frequenza, il segnale sarà equamente distribuito attraverso la maggior parte del filo, con una frequenza più elevata, il segnale sarà distribuito prevalentemente attorno al perimetro del filo (la "pelle").

I fili che consentono le migliori caratteristiche saranno sempre molto piccoli e con più conduttori per ridurre l'effetto pelle. Ciononostante, più vai alto, più perdite otterrai. Quindi il protocollo interviene e aumenterà la tensione, utilizzerà coppie differenziali intrecciate e spingerà i limiti al massimo fino a quando non sarà necessario passare a una diversa tecnologia di trasferimento del tutto.

— Simon Marcoux
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Mi chiedevo come dire quanto velocemente un segnale puoi trasmettere su un filo. In particolare, che tipo di parametri del cavo influiscono sulla velocità di trasmissione? Qualsiasi aiuto è apprezzato.

Il modem via cavo Comcast XB6 farà oltre 1,5 Gbps usando il tuo cavo coassiale standard. La velocità è limitata alla velocità dell'ultimo miglio, altrimenti sarebbe più alta.

PCIe 5.0 fa ~ 4GB / s (o x16 @ ~ 128GB / s). Una connessione x1, la più piccola connessione PCIe, ha una corsia composta da quattro fili. Porta un bit per ciclo in ciascuna direzione.

Quindi in pratica 2 pezzi di filo possono fare ~ 2GB / s , in teoria potresti spremerne un po 'di più. Per i cavi coassiali a filo semplice è il più veloce perché schermato. Insieme alla lunghezza di schermatura è il prossimo fattore più importante, con le distanze più brevi (pollici) il migliore.

— rapinare
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