Grundlegendes zur maximalen Geschwindigkeit, die über ein Kabel übertragen werden kann

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Ich versuche, ein FFC / FPC-Kabel für USB 3.0 (+ 5 Gbit / s) zu beschaffen. Dies brachte mich zur Frage der Signalübertragung. Ich bin ein bisschen ein Anfänger in diesem Thema. Ich weiß, dass Sie die Impedanz auf Ihrer Leiterplatte mit Ihrem Stecker / Kabel abstimmen sollten, um Reflexionen zu minimieren.

Ich habe mich gefragt, wie ich feststellen kann, wie schnell ein Signal über ein Kabel übertragen werden kann. Welche Kabelparameter wirken sich speziell auf die Übertragungsgeschwindigkeit aus? Jede Hilfe wird geschätzt.

— Nick
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Kurze Frage: Interessieren Sie sich mehr für die physikalischen Eigenschaften der Drähte oder für die Besonderheiten schneller Übertragungsprotokolle?

— Simon Marcoux

physikalische Eigenschaften

— Nick

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Vergessen Sie nicht, eine Antwort zu akzeptieren, sobald alle Ihre Fragen beantwortet sind.

— Simon Marcoux

Wenn Sie die Frequenz erhöhen, neigt die em-Welle zur freien Ausbreitung (die gleiche der Antennen). Dies ist der Grund für die Verwendung von Wellenleitern oder Koaxialdrähten (die dasselbe sind) für die Ausbreitung von Mikrovawellen. Der externe Leiter zwingt die Welle, dem Pfad zu folgen

— Gianluca Conte

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Die maximale Frequenz hängt hauptsächlich mit den frequenzabhängigen Verlustcharakteristiken des Kabels zusammen. Schließlich erreichen Sie eine Frequenz, bei der Sie am anderen Ende einfach nicht genug Signal erhalten, um es zu verwenden.

Widerstandsverluste in den Leitern (einschließlich Hauteffekt)
Dielektrische Verluste in den Isoliermaterialien
Strahlungsverluste, wenn das Kabel nicht vollständig abgeschirmt ist

Alle diese neigen dazu, mit der Frequenz zuzunehmen.

Aus diesem Grund wechseln wir im Allgemeinen zu anderen Technologien mit sehr hohen Frequenzen: Wellenleiter für Mikrowellenfunkgeräte und Lichtwellenleiter für Hochgeschwindigkeitsdaten.

— Dave Tweed
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Ich würde upvoten, aber ich habe nicht genug rep. Vielen Dank für Ihre Antwort!

— Nick

Ist der Signalverlust auf den Widerstand im Kabel zurückzuführen?

— Nick

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Teilwiderstand in den Leitern sowie dielektrische Verluste. Es gibt auch Strahlungsverluste, wenn das Kabel nicht vollständig abgeschirmt ist. Alle diese neigen dazu, mit der Frequenz zuzunehmen.

— Dave Tweed

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Das Signal legt ein zeitlich veränderliches elektrisches Feld über die in den Kabeln verwendeten Dielektrika an. Ladungen innerhalb dieser Dielektrika bewegen sich als Reaktion auf diese Felder, und manchmal sparen sie nicht die gesamte Energie, die in dieser Bewegung verbraucht wird. Wenn das Material beispielsweise überhaupt piezoelektrisch ist, verzerrt ein Teil der Energie seine physikalische Form, was schließlich zu zufälliger Wärme führt.

— Dave Tweed

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Vergessen Sie nicht die dielektrische Dispersion (unterschiedliche Phasengeschwindigkeiten bei unterschiedlichen Signalfrequenzen). Dies ist technisch gesehen kein Verlust, sondern führt zu Verzerrungen.

— Captainj2001

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Sie können nicht einfach FFC / FPC-Kabel für USB 3.x "beschaffen". Diese Kabel (und die entsprechenden Anschlüsse) sind nicht für USB 3.x-Kanäle geeignet. Die Kabel für USB 3.0 müssen viel mehr Anforderungen erfüllen als nur Drahtparameter und nicht nur eine bestimmte Differenzimpedanz.

Um nicht standardmäßige Kabel (nicht innerhalb der von USB definierten Konfiguration) zu verwenden, müssen Sie alle USB-Kabelqualifizierungstests selbst durchführen und sicherstellen, dass die Einfügungsdämpfung, das NEXT / FEXT-Übersprechen, die Differenzimpedanz zwischen verbundenen Steckverbindern usw. usw. begrenzt sind Sie möchten, dass Ihr Produkt mit einem angemessenen Maß an Zuverlässigkeit funktioniert.

Um Ihre eigene Qualifikation ausführen zu können, benötigen Sie mindestens ein 8-16-GHz-Oszilloskop und ein 20-GHz-TDR-Instrument (Time-Domain Reflectometer) sowie eine spezielle Breakout-Vorrichtung, um auf Signale korrekt zugreifen zu können. Die Liste der elektrischen Anforderungen für USB 3.0-Übertragungsleitungen finden Sie im folgenden USB-IF-Dokument . Obwohl das Dokument hauptsächlich zur Qualifizierung von Standardkabeln und Gegensteckern dient, enthält der Anhang des Dokuments die allgemeinen elektrischen Anforderungen, die zu erfüllen sind.

— Ale..chenski
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Sie müssen lernen, SMA-Anschlüsse zu verwenden.

— Analogsystemsrf

@analogsystemsrf, meintest du nicht "OP muss SMA-Konnektoren lernen"? Und vergessen Sie nicht, einen 5/16 richtig voreingestellten Drehmomentschlüssel für sie zu kaufen ... nur $ 216.26 von Pasternack zum Beispiel ... :-)

— Ale..chenski

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@analogsystemsrf Haben Sie einen USB 3-Anschluss auf einem Motherboard gesehen? Sie sind Pin-Header.

— user71659

@ user71659, Hast du ein USB 3.0-Testgerät gesehen? usb.org/developers/estoreinfo/SuperSpeedTestTopologies.pdf

— Ale..chenski

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@ Ale..chenski Das liegt daran, dass das Gerät leicht entbettbar sein soll. Dies ist für den normalen Betrieb von USB 3.0 nicht erforderlich.

— user71659

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Die Frequenz, die innerhalb eines Drahtes verwendet werden kann, hängt stark vom Hauteffekt ab. Einfach ausgedrückt, je größer der Draht ist, desto niedriger ist die Frequenz, die er tragen kann, ohne dass ein Signalverlust durch eine Erhöhung seiner Impedanz verursacht wird.

Bei niedriger Frequenz wird das Signal gleichmäßig über den größten Teil des Drahtes verteilt, bei einer höheren Frequenz wird das Signal überwiegend um den Umfang des Drahtes (die "Haut") verteilt.

Die Drähte, die die besten Eigenschaften ermöglichen, sind immer sehr klein und mit mehreren Leitern versehen, um den Hauteffekt zu verringern. Trotzdem, je höher Sie gehen, desto mehr Verlust werden Sie bekommen. Dann tritt das Protokoll ein und erhöht die Spannung, verwendet verdrillte Differentialpaare und schiebt die Grenzen auf das Maximum, bis Sie insgesamt auf eine andere Übertragungstechnologie umsteigen müssen.

— Simon Marcoux
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Ich habe mich gefragt, wie ich feststellen kann, wie schnell ein Signal über ein Kabel übertragen werden kann. Welche Kabelparameter wirken sich speziell auf die Übertragungsgeschwindigkeit aus? Jede Hilfe wird geschätzt.

Das Comcast XB6-Kabelmodem erreicht mit Ihrem Standard-Kabel-Koaxialkabel mehr als 1,5 Gbit / s. Die Geschwindigkeit ist auf die Geschwindigkeit Ihrer letzten Meile begrenzt, andernfalls wäre sie höher.

PCIe 5.0 erreicht ~ 4 GB / s (oder x16 @ ~ 128 GB / s). Eine x1-Verbindung, die kleinste PCIe-Verbindung, besteht aus einer Spur, die aus vier Drähten besteht. Es trägt ein Bit pro Zyklus in jede Richtung.

2 Drahtstücke können also in der Praxis ~ 2 GB / s leisten , theoretisch könnte man etwas mehr herausdrücken. Für Normal adriges Koaxialkabel ist die schnellste , weil es abgeschirmt ist. Neben der Abschirmlänge ist der nächstwichtigste Faktor, wobei kürzeste Abstände (Zoll) der beste sind.

— rauben
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