Passare la connessione USB 3.0 tramite il connettore D-SUB

Devo passare un cavo USB attraverso una parete della camera a vuoto, per la quale sono disponibili solo flange passanti D-SUB. Quindi ho tagliato un cavo USB a metà e ho saldato un connettore D-SUB a ogni metà. Per le connessioni USB 2.0, questo funziona senza problemi, ma ho avuto problemi a far funzionare una connessione USB 3.0.

In particolare, il computer emette ripetutamente l'audio di connessione / disconnessione ogni pochi secondi quando il cavo è collegato. L'unica soluzione è inserire il connettore lentamente, fino a quando il dispositivo non viene riconosciuto, forzando essenzialmente una connessione USB 2.0.

Presumo che ciò sia dovuto a una schermatura insufficiente per ottenere un collegamento USB 3.0?

Le singole connessioni sembrano andare bene, con resistenza <3Ω per ognuna e senza cortocircuiti. Di seguito è riportato un diagramma di come ho instradato i cavi attraverso il connettore:

Come mostrato nella figura, lo schermo è collegato al guscio del connettore per collegare lo schermo su entrambi i lati insieme. Ho cercato di mantenere bassa la quantità di schermatura distrutta, rimuovendo circa 3 cm da entrambi i lati.

Qual è la causa più probabile di questo fallimento e come evitarlo in futuro, se possibile?

Presumo che ciò sia dovuto a una schermatura insufficiente per ottenere un collegamento USB 3.0?

È più probabile che tu introduca semplicemente un'interruzione di impedenza così significativa separando le coppie di conduttori dei conduttori ad alta velocità che la comunicazione non può avvenire correttamente.

Qual è la causa più probabile di questo fallimento e come evitarlo in futuro, se possibile?

Come detto, non è possibile separare arbitrariamente i conduttori di USB3: il segnale viene trasportato come campo elettromagnetico tra i conduttori; poiché le frequenze del segnale di USB3 sono solidamente entro il raggio di microonde, la divisione della coppia di conduttori significa essenzialmente che si interrompe il trasporto di energia.

Probabilmente non sarai in grado di risolvere questa situazione usando i tuoi attuali connettori D-SUB. Dovrai sostituire questi connettori con quelli che conservano almeno approssimativamente l'impedenza nominale di 90Ω delle coppie di connettori SS USB3. È molto probabile che il modo più semplice per farlo sia attraverso i connettori USB3 stessi.

Ci sono due problemi qui:

1) Un cavo USB è sostituibile a caldo, il che significa che i pin di alimentazione sono innestati per primi (sono più lunghi dei pin di dati). Un connettore d-sub non è realizzato per il collegamento a caldo, i pin hanno tutti la stessa lunghezza e alcuni si innestano per primi a seconda dell'angolazione in cui è collegato il D-sub e potenzialmente causa problemi

2) L'impedenza delle linee differenziali (come accennato in precedenza) deve essere di 90 Ω, altrimenti i segnali differenziali veloci riflettono e si attenuano se non adeguatamente abbinati. Inoltre, il connettore deve essere controllato dall'impedenza per passare segnali veloci attraverso di esso.

Le specifiche USB 3.0 utilizzano segnali a bassa frequenza (10-50 MHz) per avviare un collegamento con l'altro lato. I ricetrasmettitori SFP + di solito non coprono questo intervallo, almeno non nei loro fogli di dati (è più o meno 300-2500 MHz o giù di lì). Quindi questo segnale vitale potrebbe non raggiungere correttamente l'altra parte, e quindi la creazione del collegamento potrebbe non riuscire. Fonte: http://billauer.co.il/blog/2015/12/usb-superspeed-parallel/

Il problema con il tuo d-sub è che probabilmente ha una capacità / induttanza simile a quelle mostrate di seguito, e non abbastanza veloce per passare la segnalazione veloce a 2,5 GHz di USB 3.0

Fonte: https://www.farnell.com/datasheets/66098.pdf

Cosa puoi fare al riguardo?

Se non è necessario disporre di USB 3.0, è possibile provare a utilizzare solo le linee GND, Vcc, D + e D. Se si può evitare il collegamento a caldo del D-sub, ciò potrebbe essere il migliore (collegare il connettore che va all'hub).

Realizzano anche passanti porta USB 3.0 compatibili UHV se si desidera praticare un altro foro nel piatto o trovare un altro modo per inserirlo.

Il problema con il connettore DB-9 è che non è "controllato da impedenza" e non ha schermatura tra coppie di segnali (è necessario utilizzare coppie differenziali attraverso il connettore e schermarle da altre coppie diff). USB 3.0 funziona a una velocità del segnale di 2,5 GHz e "3 cm di filo sciolto" è un'uccisione per questo. La mancata corrispondenza dell'impedenza crea una moltitudine di riflessioni del segnale (che causano la cosiddetta "interferenza tra simboli") e un dialogo incrociato significativo tra le coppie Rx e Tx ucciderà la coerenza del segnale causando enormi cadute di collegamento. Le specifiche USB 3.x hanno requisiti molto severi per impedenza e crosstalk vicini e lontani sul cavo.

Per avere una connessione USB 3.x con la fotocamera interna, è necessario effettuare una ricerca approfondita di connettori USB di grado vuoto (se presenti, potrebbero) oppure utilizzare un feed-through multipolare coassiale a 50 Ω di grado RF connettori, spaziali. Esistono connettori di dimensioni sub-D biassiali, sono necessari almeno due canali biassiali, simili a questo:

Puoi anche utilizzare i connettori utilizzati per la connettività Ethernet, se li trovi nella versione di grado vuoto, qualcosa del genere

Nel peggiore dei casi è possibile utilizzare quattro connettori di tipo SMA feed-through e creare un adattatore da USB a SMA, simile a quello che utilizza USB-IF nei test di interconnessione e nella certificazione dei cavi, qualcosa del genere:

Alcune fonti per le soluzioni di alimentazione passante sotto vuoto sono Pave Technology , MDC Vacuum Products e probabilmente molte altre.

In ogni caso, non vedo alcuna possibilità di avere un canale USB SuperSpeed ​​affidabile usando i connettori DB-9 e avrete bisogno di una seria rilavorazione sulla vostra camera.