Haben USB-Datenkabel (D + / D-) eine Differenzimpedanz von 90 Ohm und eine einseitige Impedanz von 45 Ohm gegen Masse, und wenn ja, wie wird dies hergestellt?

Ich verstehe, dass die USB-Datenübertragung über verschiedene Geschwindigkeiten erfolgt, bei denen Übertragungsleitungseffekte ins Spiel kommen könnten (max. 480 Mbit / s, was eine maximale Frequenz bedeutet, die unter Berücksichtigung der Rechteckwellenoberwellen / Flankenrate viel höher ist, möglicherweise die 5. Harmonische für eine maximale signifikante Signalfrequenz von 2,4 GHz Inhalt) als Differenzpaar mit geregelter Differenzimpedanz von 90 Ohm oder 45 Ohm gegen Masse für jeden einzelnen Draht im Paar.

Meine Frage ist, ob es wahr ist, dass JEDES USB-Kabel, das Daten übertragen kann, D + / D- Drähte haben muss, die präzise hergestellt wurden, um diese Impedanz über die Länge des Kabels aufrechtzuerhalten. Wenn ja, wie wird das gemacht? Dies muss sicherlich eine komplexe Berechnung erfordern, die Induktivitäten / Kapazitäten und einen sehr spezifischen Abstand zwischen den Drähten und der umgebenden Erdungsabschirmung umfasst, der über die Länge des Kabels konstant bleiben muss, oder? Berücksichtigen dies wirklich alle Kabelhersteller?

Oder irre ich mich und die Kabel müssen diese charakteristische Impedanz überhaupt nicht erreichen? Kommt es auf die Länge des Kabels an, so dass sich normale Kabellängen darüber keine Gedanken machen müssen?

Wenn Sie ein zufälliges USB-Kabelbild von Google entfernen, scheint es nicht so, als würden die Datenkabel eine Sonderbehandlung erhalten ...

USB-Kabel erfordern einige Präzisionstechniken. Es gibt strenge Anforderungen an den Wert der Differenzimpedanz, die Qualität der Verbindungen und die Höhe der Verluste pro Kabel. Der Hochgeschwindigkeitsteil des USB-Kabels besteht selbst bei einer USB-Datenrate von 480 Mbit / s aus einem verdrillten Kabelpaar, das alle in eine Abschirmung eingewickelt ist. Dies macht es zu einem "zweiachsigen" Kabel. Das Kabel wird so gleichmäßig wie möglich ausgeführt, indem eine gute Fertigungsdisziplin angewendet wird, die die Wellenreflexion / -streuung verringert, wenn sich Signalübergänge / -kanten entlang des Kanals ausbreiten.

Alle "komplexen Berechnungen" wurden jedoch vor 57 Jahren durchgeführt, und das Nettoergebnis ist ziemlich einfach.

Die charakteristische Impedanz eines verdrillten Drahtes (oder eines planaren Wellenleiters oder eines Koaxialkabels) ist eine Funktion der Leitergeometrie und der Dielektrizitätskonstante des Isolators zwischen den Leitern. Um eine Differenz von 90 Ohm zu erreichen, werden zwei Drähte mit einem bestimmten Kerndurchmesser und einer bestimmten Dicke des Isolators miteinander verdrillt (bei einer bestimmten Anzahl von Verdrillungen pro Meter). Die Verdrillung stellt sicher, dass der Abstand zwischen den Drähten konstant bleibt, da dies ein wichtiger Parameter ist, der die Gleichmäßigkeit der Übertragungsleitung definiert. Aus dem gleichen Grund sollte auch die Isolationsdicke gut kontrolliert werden. Die Anzahl der Drehungen pro Längeneinheit ist ebenfalls wichtig, jedoch in geringerem Maße.

Der Isolationsdurchmesser definiert nun den Abstand zwischen zwei Signalleitern, und die elektrischen Eigenschaften dieser Geometrie wurden vor langer Zeit berechnet. Ein Hersteller von USB-Kabeln (ich meine Bulk-Kabel) weiß also, welchen Durchmesser er wählen muss, welche Art von Isolierung verwendet werden soll und wie er zu verdrehen ist. Die endgültige Auswahl der Drahtparameter erfolgt durch Experimente, bei denen die Kabelqualität und -parameter mit speziellen Geräten gemessen werden. Danach geht das Rohkabel in Produktion und wird an Kabelhersteller verkauft, die Teile davon an ein Paar USB-Anschlüsse löten und die Enden durch Druckformen einkapseln.

USB-Signalkabel haben also eine besondere Behandlung.

Impedanzgesteuerte Kabel erfüllen die Datenraten, die Impedanz und die Toleranz. Die Impedanzfehlanpassungstoleranz wird in Return Loss, RL [dB] gemessen, das auch als s11 bezeichnet wird, einem von vier Streuparametern für Zwei-Port-Geräte.

HF-Impedanz für Koax. wird durch das Verhältnis von Außenleiter zu Innenleiter definiert, das durch die relative Dielektrizitätskonstante berücksichtigt wird. Ähnliche komplexe Verhältnisse werden für Twisted Pair, Microstrip und Stripline verwendet. Diese Verhältnisse sind ziemlich konsistent und umfassen die Hauteffekte von Leitern.

Alle Kabellieferanten müssen diese geometrischen Konstruktionskriterien einhalten und ihre Konstruktion wird durch Rückflussdämpfung geprüft. Dies bedeutet nicht, dass jeder Hersteller jedes Kabels in der Produktion auf diese Anforderungen getestet wird oder dass jedes Kabel mit ausgeklügelten Methoden konstruiert und verifiziert wurde, aber Kabel von guter Qualität überprüfen am besten das Design und die Toleranzen für die Herstellbarkeit.

Wenn die Datenraten höher werden, kann das flexible Kabel zur besseren Konsistenz steifer werden.

Wenn die Leiter dünner werden oder mit mehr Luftspalt zwischen den Isolierungen weiter voneinander entfernt sind, steigt die Impedanz an.

Die Differenzsignalimpedanz ist normalerweise die Summe jeder einzelnen Impedanz

Dieser hier verwendete Impedanzbegriff wird als "charakteristische Impedanz" bezeichnet, bei der die Kabellänge ungefähr> = 5% der höchsten Frequenzwellenlänge im Signalspektrum beträgt.

Unterhalb dieser Frequenz ist die Kabelinduktivität oder -kapazität für transiente Ströme bzw. hochohmige Schaltkreise und natürlich für den DC-Isolationswiderstand von größerer Bedeutung.