Führen Sie die USB 3.0-Verbindung über den D-SUB-Anschluss

Ich muss ein USB-Kabel durch eine Vakuumkammerwand führen, für die nur D-SUB-Durchgangsflansche verfügbar sind. Also habe ich ein USB-Kabel in zwei Hälften geschnitten und einen D-SUB-Stecker an jede Hälfte gelötet. Bei USB 2.0-Verbindungen funktioniert dies ohne Probleme, aber ich hatte Probleme, eine USB 3.0-Verbindung zum Laufen zu bringen.

Insbesondere gibt der Computer nach dem Anschließen des Kabels alle paar Sekunden wiederholt den Ton zum Verbinden / Trennen aus. Die einzige Lösung besteht darin, den Stecker langsam einzuschieben, bis das Gerät erkannt wird, wodurch im Wesentlichen eine USB 2.0-Verbindung erzwungen wird.

Ich gehe davon aus, dass dies auf eine unzureichende Abschirmung zurückzuführen ist, um einen USB 3.0-Link zu erhalten.

Die einzelnen Verbindungen scheinen in Ordnung zu sein, mit einem Widerstand von <3 Ω für jede und ohne Kurzschlüsse. Unten sehen Sie ein Diagramm, wie ich die Kabel durch den Anschluss geführt habe:

Wie in der Abbildung gezeigt, ist die Abschirmung mit dem Gehäuse des Steckverbinders verbunden, um die Abschirmung auf beiden Seiten miteinander zu verbinden. Ich habe versucht, die Menge der zerstörten Abschirmung so gering wie möglich zu halten, wobei ungefähr 3 cm auf beiden Seiten entfernt wurden.

Was ist die wahrscheinlichste Ursache für diesen Fehler und wie kann er in Zukunft nach Möglichkeit vermieden werden?

Ich gehe davon aus, dass dies auf eine unzureichende Abschirmung zurückzuführen ist, um einen USB 3.0-Link zu erhalten.

Es ist wahrscheinlicher, dass Sie einfach eine so signifikante Impedanzunterbrechung einführen, indem Sie die Leiterpaare der Superspeed-Leiter trennen, dass die Kommunikation nicht ordnungsgemäß stattfinden kann.

Was ist die wahrscheinlichste Ursache für diesen Fehler und wie kann er in Zukunft nach Möglichkeit vermieden werden?

Wie gesagt, Sie können die Leiter von USB3 nicht einfach beliebig trennen: Das Signal wird als elektromagnetisches Feld zwischen den Leitern übertragen. Da die Signalfrequenzen von USB3 fest im Mikrowellenbereich liegen, bedeutet Ihre Aufteilung des Leiterpaares im Wesentlichen, dass Sie den Energietransport unterbrechen.

Sie werden diese Situation wahrscheinlich überhaupt nicht mit Ihren aktuellen D-SUB-Anschlüssen lösen können. Sie müssen diese Anschlüsse durch solche ersetzen, die mindestens annähernd die Nennimpedanz von 90 Ω von USB3-SS-Anschlusspaaren beibehalten. Dies lässt sich wahrscheinlich am einfachsten über USB3-Anschlüsse selbst erreichen.

Hier gibt es zwei Probleme:

1) Ein USB-Kabel ist Hot-Swap-fähig, dh, die Stromanschlüsse sind zuerst belegt (sie sind länger als die Datenanschlüsse). Ein D-Sub-Anschluss ist nicht für das Hot-Plug-Verfahren vorgesehen. Die Stifte sind alle gleich lang und einige rasten zuerst ein. Dies hängt vom Winkel ab, in dem der D-Sub eingesteckt ist, und kann zu Problemen führen

2) Die Impedanz der Differenzleitungen (wie zuvor erwähnt) muss 90 Ω betragen, sonst werden die schnellen Differenzsignale reflektiert und gedämpft, wenn sie nicht richtig angepasst werden. Der Stecker muss außerdem impedanzgesteuert sein, um schnelle Signale durchzulassen.

Die USB 3.0-Spezifikation verwendet eine Niederfrequenzsignalisierung (10-50 MHz), um eine Verbindung mit der anderen Seite herzustellen. SFP + -Transceiver decken diesen Bereich normalerweise nicht ab, zumindest nicht in ihren Datenblättern (es ist eher 300-2500 MHz oder so). Dieses lebenswichtige Signal erreicht die andere Seite möglicherweise nicht richtig, und daher kann der Verbindungsaufbau fehlschlagen. Quelle: http://billauer.co.il/blog/2015/12/usb-superspeed-parallel/

Das Problem mit Ihrem D-Sub ist, dass es wahrscheinlich eine Kapazität / Induktivität hat, die der unten gezeigten ähnelt und nicht schnell genug ist, um die schnelle 2,5-GHz-Signalisierung von USB 3.0 zu passieren

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

Was können Sie dagegen tun?

Wenn Sie USB 3.0 nicht benötigen, können Sie versuchen, nur die GND-, Vcc-, D + - und D- -Leitungen zu verwenden. Wenn ein heißes Stecken des D-Sub vermieden werden kann, ist dies möglicherweise am besten (stecken Sie den Stecker ein, der zum Hub führt).

Sie stellen auch UHV-kompatible USB 3.0-Port-Durchführungen zur Verfügung, wenn Sie ein weiteres Loch in Ihre Platte bohren oder einen anderen Weg finden möchten, sie einzuleiten.

Das Problem mit dem DB-9-Stecker ist, dass er nicht "impedanzgesteuert" ist und keine Abschirmung zwischen den Signalpaaren aufweist (Sie müssen Differenzpaare über den Stecker verwenden und sie gegen andere Differenzpaare abschirmen). USB 3.0 arbeitet mit einer Signalrate von 2,5 GHz, und "3 cm loses Kabel" ist ein Mordserfolg. Eine Impedanzfehlanpassung erzeugt eine Vielzahl von Signalreflexionen (die eine sogenannte "Inter-Symbol-Interferenz" verursachen), und ein signifikantes Übersprechen zwischen Rx- und Tx-Paaren wird die Signalkohärenz zerstören, was massive Verbindungsabfälle verursacht. USB 3.x-Spezifikationen stellen sehr strenge Anforderungen an die Impedanz sowie an das Übersprechen des nahen und fernen Endes über das Kabel.

Um eine USB 3.x-Verbindung mit Ihrer internen Kamera herzustellen, müssen Sie entweder intensiv nach USB-Steckverbindern mit Vakuumqualität suchen (sofern vorhanden) oder eine koaxiale 50-Ω-Mehrfachstift-Durchführung mit HF-Qualität verwenden Steckverbinder, Weltraumklasse. Es gibt zweiachsige Sub-D-Steckverbinder. Sie benötigen mindestens zwei zweiachsige Kanäle, ähnlich dem folgenden:

Sie können auch Anschlüsse für die Ethernet-Konnektivität verwenden, wenn Sie diese in einer Vakuumversion wie dieser finden

Im schlimmsten Fall können Sie vier SMA-Durchführungssteckverbinder verwenden und einen USB-zu-SMA-Adapter herstellen, ähnlich dem, was USB-IF beim Testen von Verbindungen und bei der Kabelzertifizierung verwendet:

Einige Quellen für Durchführungslösungen in Vakuumqualität sind Pave Technology , MDC Vacuum Products und wahrscheinlich viele andere.

Auf jeden Fall sehe ich keine Chance, einen zuverlässigen USB-SuperSpeed-Kanal mit DB-9-Anschlüssen zu haben, und Sie müssen Ihre Kammer gründlich überarbeiten.