Comprendre la vitesse maximale pouvant être transmise sur un câble

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J'essaye de me procurer un câble FFC / FPC pour USB3.0 (+ 5gbps). Cela m'a amené à la question de la transmission du signal. Je suis un peu débutant dans ce sujet. Je sais que vous devez faire correspondre l'impédance de votre PCB avec votre connecteur / câble pour minimiser les réflexions.

Je me demandais comment dire à quelle vitesse d'un signal vous pouvez transmettre sur un fil. Plus précisément, quel type de paramètres de câble affecte la vitesse de transmission? Toute aide est appréciée.

signal-integrity high-speed ffc fpc pseudo
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Question rapide: êtes-vous plus intéressé par les propriétés physiques des fils ou êtes-vous plus intéressé par les particularités des protocoles de transmission rapide.
Simon Marcoux
propriétés physiques
Nick
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n'oubliez pas d'accepter une réponse une fois toutes vos questions répondues.
Simon Marcoux
Lorsque vous augmentez la fréquence, l'onde em a tendance à se propager librement (la même chose pour les antennes). C'est la raison de l'utilisation de guides d'ondes ou de fils coaxiaux (c'est la même chose) pour la propagation des micro-ondes. Le conducteur externe contraint l'onde à suivre le chemin
Gianluca Conte

Réponses:

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La fréquence maximale est principalement liée aux caractéristiques de perte dépendant de la fréquence du câble. Finalement, vous arrivez à une fréquence où vous n'obtenez tout simplement pas assez de signal à l'autre extrémité pour l'utiliser.

  • Pertes résistives dans les conducteurs (y compris effet de peau)
  • Pertes diélectriques dans les matériaux isolants
  • Pertes de rayonnement si le câble n'est pas entièrement blindé

Tous ces facteurs ont tendance à augmenter avec la fréquence.

C'est pourquoi nous passons généralement à d'autres technologies à très hautes fréquences: les guides d'ondes pour les équipements radio micro-ondes et les fibres optiques pour les données à haut débit.

Dave Tweed
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J'aimerais voter mais je n'ai pas assez de représentants. Merci pour votre réponse!
Nick
La perte de signal est-elle due à la résistance du fil?
Nick
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Résistance partielle dans les conducteurs, mais aussi pertes diélectriques. Il y a également des pertes de rayonnement si le câble n'est pas entièrement blindé. Tous ces facteurs ont tendance à augmenter avec la fréquence.
Dave Tweed
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Le signal impose un champ électrique variant dans le temps à travers les diélectriques utilisés dans les câbles. Les charges au sein de ces diélectriques se déplacent en réponse à ces champs, et parfois elles ne conservent pas toute l'énergie utilisée dans ce mouvement. Par exemple, si le matériau est du tout piézoélectrique, une partie de l'énergie va déformer sa forme physique, qui finit par se transformer en chaleur aléatoire.
Dave Tweed
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N'oubliez pas la dispersion diélectrique (différentes vitesses de phase à différentes fréquences de signal). Techniquement, il ne s'agit pas d'une perte mais d'une distorsion.
Captainj2001
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Vous ne pouvez pas simplement «source» de câbles FFC / FPC pour USB 3.x. Ces câbles (et les connecteurs correspondants) ne sont pas qualifiés pour les canaux USB 3.x. Les câbles pour USB 3.0 doivent répondre à bien plus d'exigences qu'un simple paramètre de fil et ne pas avoir seulement une certaine impédance différentielle.

Pour utiliser des câbles non standard (ne faisant pas partie de la configuration définie par USB), vous devrez exécuter vous-même tous les tests de qualification des câbles USB, garantir les limites de perte d'insertion, la diaphonie NEXT / FEXT, l'impédance différentielle entre les connecteurs accouplés, etc. etc., si vous voulez que votre produit fonctionne avec un degré de fiabilité raisonnable.

Pour exécuter votre propre qualification, vous aurez besoin d'au moins un oscilloscope 8-16 GHz et un instrument TDR (réflectomètre dans le domaine temporel) à 20 GHz, ainsi que de créer un dispositif de dérivation dédié pour accéder aux signaux de manière correcte. La liste des exigences électriques pour les lignes de transmission USB 3.0 est donnée dans le document USB-IF suivant . Bien que le document concerne principalement la qualification des câbles standard et des connecteurs correspondants, l'annexe du document indique les exigences électriques générales à respecter.

Ale..chenski
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Vous devrez apprendre à utiliser les connecteurs SMA.
analogsystemsrf
@analogsystemsrf, vous ne vouliez pas dire "OP devra apprendre les connecteurs SMA"? Et n'oubliez pas d'acheter une clé dynamométrique 5/16 correctement préréglée pour eux ... seulement 216,26 $ chez Pasternack par exemple ... :-)
Ale..chenski
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@analogsystemsrf Avez-vous vu un connecteur USB 3 sur une carte mère? Ce sont des en-têtes d'épingle.
user71659
@ user71659, Avez-vous vu un appareil de test USB 3.0? usb.org/developers/estoreinfo/SuperSpeedTestTopologies.pdf
Ale..chenski
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@ Ale..chenski C'est parce que vous voulez que le luminaire soit facilement amovible. Ce n'est pas nécessaire pour le fonctionnement normal de l'USB 3.0.
user71659
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La fréquence qui peut être utilisée à l'intérieur d'un fil dépend fortement de l'effet de peau. Autrement dit, plus le fil est gros, plus la fréquence qu'il peut transporter est basse sans perte de signal causée par une augmentation de son impédance.

À basse fréquence, le signal sera distribué de manière égale à travers la plupart du fil, avec une fréquence plus élevée, le signal sera principalement distribué autour du périmètre du fil (la `` peau '').

Les fils qui permettent les meilleures caractéristiques seront toujours vraiment petits et avec plusieurs conducteurs pour réduire l'effet de peau. Malgré cela, plus vous montez, plus vous obtiendrez de pertes. Ensuite, le protocole intervient et augmente la tension, utilise des paires différentielles torsadées et repousse les limites au maximum jusqu'à ce que vous deviez passer à une technologie de transfert complètement différente.

Simon Marcoux
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Je me demandais comment dire à quelle vitesse d'un signal vous pouvez transmettre sur un fil. Plus précisément, quel type de paramètres de câble affecte la vitesse de transmission? Toute aide est appréciée.

Le modem câble Comcast XB6 fera plus de 1,5 Gbps en utilisant votre câble coaxial standard. La vitesse est limitée à votre vitesse du dernier kilomètre, sinon elle serait plus élevée.

PCIe 5.0 fait ~ 4 Go / s (ou x16 @ ~ 128 Go / s). Une connexion x1, la plus petite connexion PCIe, a une voie composée de quatre fils. Il porte un bit par cycle dans chaque direction.

Donc, 2 morceaux de fil peuvent faire environ 2 Go / s dans la pratique , en théorie, vous pouvez en extraire un peu plus. Pour le câble coaxial à fil simple, c'est le plus rapide car il est blindé. Avec la longueur de blindage est le deuxième facteur le plus important, les distances les plus courtes (pouces) étant les meilleures.

Rob
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