يُعدّ الناقل التسلسلي العالمي (USB) من أكثر الواجهات تنوعًا في العالم. وقد بدأته في الأصل شركتا Intel وMicrosoft ويتميز بسهولة التوصيل والتشغيل. منذ طرح واجهة USB في عام 1994، وبعد 26 عامًا من التطوير، من خلال USB 1.0/1.1 وUSB2.0 وUSB 3.x، تم تطويره أخيرًا إلى USB4 الحالي؛ كما زاد معدل النقل من 1.5 ميجابت في الثانية إلى أحدث 40 جيجابت في الثانية. في الوقت الحالي، لا تدعم الهواتف الذكية التي تم إطلاقها حديثًا واجهة Type-C بشكل أساسي فحسب، بل بدأت أيضًا أجهزة الكمبيوتر المحمولة والكاميرات الرقمية ومكبرات الصوت الذكية وإمدادات الطاقة المحمولة والأجهزة الأخرى في اعتماد واجهة USB بمواصفات TYPE-C، والتي تم طرحها بنجاح في مجال السيارات. بدلاً من USB-A، يحتوي طراز Tesla الجديد 3 على منافذ USBB-C، وقد حولت Apple أجهزة MacBooks وAirPods Pro بالكامل إلى منافذ USB Type-C خالصة لنقل البيانات والشحن. وبالإضافة إلى ذلك، ووفقًا لمتطلبات الاتحاد الأوروبي، ستستخدم Apple أيضًا واجهة USB type-c في iPhone15 المستقبلي، ولا شك أن USB4 ستكون واجهة المنتج الرئيسية في السوق المستقبلية.
متطلبات كابلات USB4
التغيير الأكبر في USB4 الجديد هو تقديم مواصفات بروتوكول Thunderbolt التي شاركتها Intel مع usb-if. يعمل عبر وصلات مزدوجة، ويتضاعف عرض النطاق الترددي إلى 40 جيجابت في الثانية، ويدعم Tunnelling بروتوكولات بيانات وعرض متعددة. ومن الأمثلة على ذلك PCI Express وDisplayPort. بالإضافة إلى ذلك، يحافظ USB4 على توافق جيد مع تقديم البروتوكول الأساسي الجديد، كونه متوافقًا مع الإصدارات السابقة من USB3.2/3.1/3.0/2.0، بالإضافة إلى Thunderbolt 3. ونتيجة لذلك، أصبح USB4 أكثر معايير USB تعقيدًا حتى الآن، مما يتطلب من المصممين فهم مواصفات USB4 وUSB3.2 وUSB2.0 وUSB Type-C وUSB Power Delivery. بالإضافة إلى ذلك، يجب على المصممين فهم مواصفات PCI Express وDisplayPort، بالإضافة إلى تقنية حماية المحتوى عالي الدقة (HDCP) المتوافقة مع وضع USB4 DisplayPort، كما أن الكابلات والموصلات التي نعرفها لها متطلبات أعلى لتلبية متطلبات الأداء الكهربائي لمنتجات كابل USB4 النهائية.
ظهرت نسخة محورية من USB4 من العدم
في عصر USB3.1 10G، اعتمد العديد من الشركات المصنعة هيكل محوري لتلبية متطلبات الأداء عالية التردد. لم يتم تطبيق الإصدار المحوري في سلسلة USB من قبل، سيناريوهات تطبيقه هي بشكل رئيسي أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف المحمولة وأجهزة تحديد المواقع وأجهزة القياس وتقنية البلوتوث وما إلى ذلك. التطبيق العام لوصف الكابل هو خط محوري طبي وخط إلكتروني محوري تفلون وأسلاك محورية بترددات الراديو وما إلى ذلك، مع متطلبات التحكم في تكلفة السوق بالجملة، في عصر USB3.1 من جدل لتلبية أداء المنتج بسرعة احتل السوق، ولكن مع سوق USB4 لمتطلبات نقل التردد العالي أكثر وأكثر صرامة، واحتياجات النقل عالية السرعة الأسلاك لديها قدرة قوية على مكافحة التداخل واستقرار الأداء الكهربائي، من أجل ضمان استقرار نقل التردد العالي، لا يزال USB4 السائد الحالي هو الإصدار المحوري الرئيسي، عملية إنتاج وتصنيع المحورية هي عملية معقدة، لحل تطبيق التردد العالي والسرعة العالية يتطلب معدات إنتاج مناسبة وعملية إنتاج ناضجة ومستقرة. في إنتاج المنتج، واختيار المواد، ومعايير العملية والتحكم في العملية، والمعايير الكهربائية لاختبارات المختبر المتخصصة تلعب دورا رئيسيا، في جميع أنحاء عنق الزجاجة تطوير هيكل المحوري، بالإضافة إلى (تكلفة المواد، وتكلفة المعالجة باهظة الثمن) الأخرى جيدة، ولكن تطوير السوق تدور دائما حول كيفية تحقيق أكبر سعر الدفعة، زوج من نسخة تويست كانت دائما في فجوة البحث والتطوير والتطوير المحوري والاختراق.
يتضح من هيكل الكابل المحوري، من الداخل إلى الخارج، ما يلي على التوالي: الموصل المركزي، والطبقة العازلة، والطبقة الموصلة الخارجية (شبكة معدنية)، وطبقة السلك. الكابل المحوري مركب من موصلين. يُستخدم السلك المركزي لنقل الإشارات. تلعب شبكة الحماية المعدنية دورين: الأول توفير حلقة تيار للإشارة كأرضية مشتركة، والثاني كحجب تداخل الضوضاء الكهرومغناطيسية على الإشارة كشبكة حماية. يربط السلك المركزي وشبكة الحماية طبقة عازلة شبه رغوية من البولي بروبيلين، تُحدد طبقة العزل خصائص نقل الكابل، وتحمي السلك الأوسط بفعالية، ولكن ارتفاع تكلفتها يعود إلى أسباب أخرى.
هل سيأتي إصدار USB4 الملتوي؟
مع تشغيل الدوائر الإلكترونية بترددات أعلى، يصبح إتقان الخصائص الكهربائية للمكونات الإلكترونية أكثر صعوبة. عندما يكون حجم المكون أو حجم الدائرة بالكامل أكبر من واحد بالنسبة لطول موجة تردد التشغيل، فإن قيمة محاثة الدائرة والسعة، أو التأثير الطفيلي لخصائص المواد، وما إلى ذلك، تؤثر على المكونات. حتى عند استخدام هيكل زوج الأسلاك، فإن اختبار معلمات التردد الأساسية لا يلبي متطلبات العملاء، وهو أكثر مرونة من الهيكل المحوري وقطره أبعد. لماذا لا يمكنني تطبيق زوج USB على دفعات؟ بشكل عام، كلما زاد تردد استخدام الكابل، كان طول موجة الإشارة أقصر، وكلما قلّت درجة الانحراف، كان تأثير التوازن أفضل. ومع ذلك، فإن درجة الوصل الصغيرة جدًا ستؤدي إلى انخفاض كفاءة الإنتاج والالتواء في سلك القلب المعزول. درجة صوت زوج الخطوط صغيرة جدًا، وعدد الالتواءات كبير، ويتركز إجهاد الالتواء على المقطع بشكل كبير، مما يؤدي إلى تشوه وتلف خطيرين لطبقة العزل، ويؤدي في النهاية إلى تشوه المجال الكهرومغناطيسي، مما يؤثر على بعض المؤشرات الكهربائية مثل قيمة SRL والتوهين. عند وجود انحراف مركزي للعزل، تتغير المسافة بين الموصلات بشكل دوري بسبب دوران خط العزل المفرد، مما يؤدي إلى تذبذب دوري في المعاوقة. فترة التذبذب طويلة نسبيًا. في الإرسال عالي التردد، يمكن اكتشاف هذا التغير البطيء بواسطة الموجات الكهرومغناطيسية، مما يؤثر على قيمة فقدان الارتداد. لا يمكن استخدام إصدار زوج USB4 على دفعات.
ليس على الأرض، ولكن لا تريد استخدام موتك المحوري، لذلك بدأ الناس في التحقق من طرق حماية USB4 المختلفة للقيام بالمنتج، لعصر أكبر عيب هو موصل ملتوي بسهولة، والفرق مع الحزمة المتوازية مباشرة للواجبات المنزلية، وتجنب التواء الموصل، كما نعلم جميعًا، يستخدم حاليًا الفرق بين SAS وSFP + وما إلى ذلك المستخدمة في خط عالي السرعة، وهو ما يكفي لإظهار أن أدائه يجب أن يكون أعلى من الإصدار المجدول، يتمثل أحد الأدوار المهمة لخط البيانات عالي التردد في نقل إشارات البيانات، ولكن عند استخدامه قد تظهر جميع أنواع معلومات التداخل الفوضوية. دعونا نفكر فيما إذا كانت إشارات التداخل هذه تدخل الموصل الداخلي لخط البيانات وتفرض على الإشارة المرسلة الأصلية، فهل من الممكن أن تتداخل أو تغير الإشارة المرسلة الأصلية، مما يتسبب في فقدان إشارة مفيدة أو مشاكل؟ تتميز طبقة رقائق الألومنيوم بقدرتها على نقل المعلومات إلينا، حيث تعمل كحماية ودرع، مما يقلل من تداخل الإشارات الخارجية أثناء النقل. المادة الرئيسية المستخدمة في حزام التغليف وسحب رقائق الألومنيوم هي تغليف ودرع من رقائق الألومنيوم، مع طلاء أحادي أو ثنائي الجانب على الغشاء البلاستيكي، وهو عبارة عن رقاقة مركبة من نوع lu:su تُستخدم كدرع للكابل. تتطلب رقاقة الكابل طبقة أقل من الزيت على السطح، ولا تحتوي على ثقوب، وتتميز بخصائص ميكانيكية عالية. تتم عملية التغليف بجمع سلكين معزولين أساسيين وسلكين أرضيين معًا بواسطة آلة تغليف. وفي الوقت نفسه، تُستخدم طبقة من رقائق الألومنيوم وطبقة من شريط بوليستر ذاتي اللصق على السطح الخارجي لحماية زوج الأسلاك وتثبيت هيكل أسلاك التغليف الأساسية. لهذه العملية تأثير مهم على خصائص الأسلاك، بما في ذلك المعاوقة، وفرق التأخير، والتوهين، حيث يجب أن يتم ذلك وفقًا لمتطلبات الصناعة، وإجراء اختبارات على الخصائص الكهربائية لضمان توافق سلك التغليف الأساسي مع المتطلبات. بالطبع، لا تحتوي جميع خطوط البيانات على طبقتين من الدرع. بعضها يحتوي على طبقات متعددة، والبعض الآخر يحتوي على طبقة واحدة فقط، أو لا تحتوي على أي طبقة على الإطلاق. التدريع هو فصل معدني بين منطقتين مكانيتين للتحكم في تحريض وإشعاع الموجات الكهربائية والمغناطيسية والكهرومغناطيسية من منطقة إلى أخرى. وبشكل أكثر تحديدًا، يُحاط قلب الموصل بجسم تدريع لمنعه من التأثر بإشارة المجال/التداخل الكهرومغناطيسي الخارجية، ولمنع انتشارها إلى الخارج. يمكن مقارنة اختبار إشارة التردد العالي لأزواج USB التفاضلية مع كابل USB4 المحوري.
وقت النشر: ١٦ أغسطس ٢٠٢٢
