차동 쌍 USB4 케이블

USB(범용 직렬 버스)는 아마도 세계에서 가장 다재다능한 인터페이스 중 하나일 것입니다. 인텔과 마이크로소프트가 공동 개발한 USB는 플러그 앤 플레이 기능을 최대한 지원하는 것이 특징입니다. 1994년 USB 인터페이스가 처음 소개된 이후 26년간 USB 1.0/1.1, USB 2.0, USB 3.x를 거쳐 현재의 USB 4에 이르기까지 발전해 왔으며, 전송 속도 또한 1.5Mbps에서 최신 40Gbps까지 향상되었습니다. 현재는 새로 출시되는 스마트폰뿐 아니라 노트북, 디지털 카메라, 스마트 스피커, 보조 배터리 등 다양한 기기들이 USB Type-C 인터페이스를 채택하고 있으며, 자동차 분야에도 성공적으로 도입되었습니다. 테슬라의 신형 모델 3는 USB-A 대신 USB-B-C 포트를 탑재했고, 애플은 맥북과 에어팟 프로의 모든 포트를 USB Type-C로 전환하여 데이터 전송과 충전을 지원하고 있습니다. 또한, EU의 요구 사항에 따라 애플은 향후 아이폰 15에도 USB 타입-C 인터페이스를 사용할 예정이며, USB 4가 미래 시장의 주요 제품 인터페이스가 될 것이라는 점은 의심의 여지가 없습니다.

USB4 케이블 요구 사항

새로운 USB4의 가장 큰 변화는 인텔이 usb-if와 공유한 Thunderbolt 프로토콜 사양의 도입입니다. 듀얼 링크를 통해 대역폭이 40Gbps로 두 배로 증가했으며, 터널링 기능을 통해 PCI Express 및 DisplayPort와 같은 다양한 데이터 및 디스플레이 프로토콜을 지원합니다. 또한 USB4는 새로운 기본 프로토콜 도입에도 불구하고 USB3.2/3.1/3.0/2.0 및 Thunderbolt 3와의 하위 호환성을 유지하여 뛰어난 호환성을 자랑합니다. 결과적으로 USB4는 현재까지 가장 복잡한 USB 표준이 되었으며, 설계자는 USB4, USB3.2, USB2.0, USB Type-C 및 USB Power Delivery 사양을 모두 이해해야 합니다. 뿐만 아니라 PCI Express 및 DisplayPort 사양, USB4 DisplayPort 모드와 호환되는 HDCP(고화질 콘텐츠 보호) 기술까지 숙지해야 하며, 기존 케이블과 커넥터 또한 USB4 케이블 완제품의 전기적 성능 요구 사항을 충족하기 위해 더욱 높은 수준의 성능을 요구합니다.

USB4의 동축 버전이 갑자기 등장했습니다.

USB 3.1 10G 시대에는 많은 제조업체들이 고주파 성능 요구 사항을 충족하기 위해 동축 케이블 구조를 채택했습니다. 동축 케이블은 이전 USB 시리즈에는 적용되지 않았으며, 주로 노트북, 휴대폰, GPS, 계측기, 블루투스 기술 등에 사용되었습니다. 일반적인 동축 케이블은 의료용 동축 케이블, 테플론 동축 전자 케이블, 무선 주파수 동축 케이블 등으로 불렸으며, 시장의 대량 생산 및 비용 절감 요구로 인해 USB 3.1 시대에는 제품의 성능을 빠르게 충족하는 연선 방식이 시장을 장악했습니다. 그러나 USB 4 시장에서 고주파 전송 요구 사항이 점점 더 엄격해지고 고속 전송에는 강력한 항간섭 능력과 전기적 성능 안정성이 요구되는 케이블이 필요해짐에 따라, 현재 주류인 USB 4는 여전히 동축 케이블을 사용하고 있습니다. 동축 케이블의 생산 및 제조 공정은 복잡하며, 고주파 및 고속 전송 애플리케이션에 적합한 생산 설비와 성숙하고 안정적인 생산 공정이 요구됩니다. 제품 생산에 있어 재료 선택, 공정 매개변수 및 공정 제어, 전문 실험실 테스트의 전기적 매개변수는 핵심적인 역할을 합니다. 동축 구조 개발의 병목 현상은 재료비, 가공비 등의 문제 외에도 여러 가지 요인이 있지만, 시장은 항상 어떻게 하면 최대 대량 생산 가격을 달성할 수 있을지에 초점을 맞추고 있습니다. 트위스트 쌍 버전은 이러한 동축 개발 연구 개발의 틈새에서 항상 존재해 왔으며, 돌파구를 마련해 왔습니다.

동축 케이블의 구조는 안쪽에서 바깥쪽으로 중심 도체, 절연층, 외부 전도성 층(금속 메쉬), 외피로 구성되어 있습니다. 동축 케이블은 두 개의 도체로 이루어진 복합체입니다. 동축 케이블의 중심 도체는 신호를 전송하는 데 사용됩니다. 금속 차폐망은 두 가지 역할을 합니다. 하나는 신호의 전류 루프에 공통 접지를 제공하는 것이고, 다른 하나는 차폐망으로서 전자기 잡음의 간섭을 억제하는 것입니다. 중심 도체와 차폐망 사이에는 반발포성 폴리프로필렌 절연층이 있으며, 이 절연층은 케이블의 전송 특성을 결정하고 중심 도체를 효과적으로 보호합니다. 따라서 이 절연층이 고가인 것입니다.

USB4 트위스트 페어 버전이 출시될 예정인가요?

전자 회로가 고주파에서 작동함에 따라 전자 부품의 전기적 특성을 파악하기가 더욱 어려워집니다. 부품 크기 또는 전체 회로 크기가 작동 주파수의 파장에 비해 1보다 클 경우, 회로의 인덕턴스/커패시턴스 값, 부품 재료 특성의 기생 효과 등으로 인해, 와이어 페어 구조를 사용하더라도 기본적인 주파수 파라미터 테스트만으로는 고객 요구 사항을 충족할 수 없습니다. 또한 동축 케이블보다 구조가 유연하지 않고 직경도 훨씬 크기 때문에, USB 페어 케이블을 대량 생산에 적용할 수 없는 이유는 무엇일까요? 일반적으로 케이블 사용 주파수가 높을수록 신호의 파장이 짧아지고 스큐 피치가 작을수록 균형 효과가 좋아집니다. 그러나 스플라이스 피치가 너무 작으면 생산 효율이 저하되고 절연 코어 와이어에 변형이 발생합니다. 라인 페어의 피치가 너무 작으면 비틀림 횟수가 많아지고, 해당 구간에 비틀림 응력이 집중되어 절연층의 심각한 변형 및 손상을 초래하고, 결국 전자기장의 왜곡을 일으켜 SRL 값 및 감쇠와 같은 전기적 지표에 영향을 미칩니다. 절연 편심이 존재할 경우, 절연 단일선의 회전 및 회전 운동으로 인해 도체 간 거리가 주기적으로 변하여 임피던스가 주기적으로 변동합니다. 이러한 변동 주기는 비교적 깁니다. 고주파 전송 시, 이러한 느린 변화는 전자기파에 의해 감지되어 반사 손실 값에 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 USB4 페어 버전은 대량 생산에 적합하지 않습니다.

접지에 연결하는 것은 아니지만, 고장 나기 쉬운 동축 케이블을 사용하고 싶지 않기 때문에 사람들은 USB4의 다양한 차폐 방식을 연구하기 시작했습니다. 동축 케이블의 가장 큰 단점은 도체가 쉽게 꼬인다는 점인데, 병렬 패킷 방식은 도체 꼬임을 방지하는 데 효과적입니다. 현재 고속 데이터 케이블에 사용되는 SAS, SFP+ 등의 차이점을 보면, 이러한 방식이 일반 케이블보다 성능이 훨씬 우수하다는 것을 알 수 있습니다. 고주파 데이터 케이블의 중요한 역할은 데이터 신호를 전송하는 것이지만, 사용 중에 주변에 온갖 종류의 간섭 신호가 나타날 수 있습니다. 이러한 간섭 신호가 데이터 케이블 내부로 침투하여 원래 전송되는 신호에 중첩될 경우, 원래 신호를 방해하거나 변형시켜 유용한 신호 손실이나 문제를 일으킬 수 있지 않을까요? 알루미늄 호일 층은 정보를 전달하는 동시에 보호 및 차폐 역할을 수행하여 외부 간섭을 줄여 전송을 원활하게 합니다. 주요 패키지 벨트 재질과 알루미늄 호일 인입부는 알루미늄 호일 밀봉 및 차폐, 플라스틱 필름에 단면 또는 양면 코팅, 루-수 복합 호일 등을 사용하여 케이블 차폐를 합니다. 케이블 호일은 표면에 오일이 적게 필요하고, 기공이 없으며, 기계적 특성이 우수합니다. 포장 과정은 절연된 두 개의 심선과 접지선을 포장기를 통해 함께 묶는 방식으로 진행됩니다. 동시에 외부 벨트에 알루미늄 호일 층과 접착식 폴리에스터 테이프 층을 사용하여 전선 쌍을 차폐하고 포장된 심선의 구조를 안정화합니다. 이 과정은 임피던스, 지연 차이, 감쇠 등 전선 특성에 중요한 영향을 미치므로, 엄격한 공정 요구 사항을 준수하고 전기적 특성 테스트를 거쳐 포장된 심선이 요구 사항을 충족하는지 확인해야 합니다. 물론 모든 데이터 케이블이 이중 차폐층을 갖는 것은 아닙니다. 다중 차폐층을 갖는 케이블도 있고, 단일 차폐층만 있는 케이블도 있으며, 아예 차폐층이 없는 케이블도 있습니다. 차폐는 두 공간 영역 사이에 금속으로 된 분리막을 설치하여 한 영역에서 다른 영역으로 전기, 자기 및 전자기파가 유도되거나 방사되는 것을 제어하는 ​​것입니다. 구체적으로 말하면, 도체 코어를 차폐체로 둘러싸 외부 전자기장/간섭 신호의 영향을 받지 않도록 하고, 간섭 전자기장/신호가 외부로 확산되는 것을 방지합니다. USB 차동 쌍 고주파 신호 테스트는 동축 케이블과 유사한 성능을 보이며, 차동 쌍 USB4 케이블이 출시될 예정입니다.