Comprender la velocidad máxima que se puede transmitir a través de un cable

Estoy tratando de obtener un cable FFC/FPC para USB3.0 (+5 gbps). Esto me llevó a la cuestión de la transmisión de señales. Soy algo principiante en este tema. Sé que debe hacer coincidir la impedancia en su PCB con su conector/cable para minimizar los reflejos.

Me preguntaba cómo saber qué tan rápido puede transmitir una señal a través de un cable. Específicamente, ¿qué tipo de parámetros de cable afectan la velocidad de transmisión? Cualquier ayuda es apreciada.

Pregunta rápida: ¿está más interesado en las propiedades físicas de los cables o está más interesado en las particularidades de los protocolos de transmisión rápida?
propiedades físicas
no olvide aceptar una respuesta una vez que todas sus preguntas hayan sido respondidas.
Al aumentar la frecuencia la onda electromagnética tiende a propagarse libremente (al igual que las antenas). Esta es la razón de utilizar guías de ondas o cables coaxiales (que son lo mismo) para la propagación de microondas. El conductor externo obliga a la onda a seguir la trayectoria.
Algunas personas parecen dar a entender que las señales USB 3.0 necesitan preénfasis y ecualización después de viajar por un cable FFC: patents.google.com/patent/WO2017101329A1/en

Respuestas (4)

La frecuencia máxima está relacionada principalmente con las características de pérdida del cable que dependen de la frecuencia. Eventualmente, llega a una frecuencia en la que simplemente no obtiene suficiente señal en el otro extremo para usar.

  • Pérdidas resistivas en los conductores (incluido el efecto piel)
  • Pérdidas dieléctricas en los materiales aislantes
  • Pérdidas por radiación si el cable no está completamente blindado

Todos estos tienden a aumentar con la frecuencia.

Es por eso que generalmente cambiamos a otras tecnologías en frecuencias muy altas: guías de ondas para equipos de radio de microondas y fibras ópticas para datos de alta velocidad.

Votaría pero no tengo suficiente representante. ¡Gracias por su respuesta!
¿La pérdida de señal se debe a la resistencia en el cable?
En parte resistencia en los conductores, y también pérdidas dieléctricas. También hay pérdidas por radiación si el cable no está completamente blindado. Todos estos tienden a aumentar con la frecuencia.
@Nick, te voté a favor
¿Cómo entran en juego las pérdidas dieléctricas?
La señal impone un campo eléctrico variable en el tiempo a través de los dieléctricos utilizados en los cables. Las cargas dentro de esos dieléctricos se mueven en respuesta a esos campos y, a veces, no conservan toda la energía utilizada en ese movimiento. Por ejemplo, si el material es piezoeléctrico, parte de la energía distorsiona su forma física, lo que finalmente se convierte en calor aleatorio.
No se olvide de la dispersión dieléctrica (diferentes velocidades de fase a diferentes frecuencias de señal). Esto técnicamente no es pérdida, pero causa distorsión.
@ Captainj2001: Cierto, pero ese tipo de distorsión se puede igualar.

No puede simplemente "obtener" cables FFC/FPC para USB 3.x. Estos cables (y los conectores correspondientes) no están calificados para canales USB 3.x. Los cables para USB 3.0 tienen que cumplir muchos más requisitos que solo unos parámetros de cableado y no solo tener cierta impedancia diferencial.

Para usar cables no estándar (fuera de la configuración definida por USB), deberá realizar todas las pruebas de calificación del cable USB por su cuenta, garantizar los límites de pérdida de inserción, diafonía NEXT/FEXT, impedancia diferencial entre conectores acoplados, etc., si desea que su producto funcione con un grado razonable de confiabilidad.

Para ejecutar su propia calificación, necesitará al menos un osciloscopio de 8-16 GHz y un instrumento TDR (reflectómetro de dominio del tiempo) de 20 GHz, además de hacer un accesorio de ruptura dedicado para acceder a las señales de manera correcta. La lista de requisitos eléctricos para las líneas de transmisión USB 3.0 se proporciona en el siguiente documento USB-IF . Aunque el documento es principalmente para la calificación de cables estándar y conectores de acoplamiento, el apéndice del documento muestra los requisitos eléctricos generales que se deben cumplir.

Deberá aprender a usar conectores SMA.
@analogsystemsrf, ¿no quiso decir "OP necesitará aprender los conectores SMA"? Y no se olvide de comprarles una llave dinamométrica de 5/16 correctamente preajustada... por solo $216,26 de Pasternack, por ejemplo... :-)
@analogsystemsrf ¿Has visto un conector USB 3 en una placa base? Son encabezados de pines.
@user71659, ¿Ha visto algún dispositivo de prueba USB 3.0? usb.org/developers/estoreinfo/SuperSpeedTestTopologies.pdf
@Ale..chenski Eso es porque desea que el accesorio se pueda desmontar fácilmente. No es necesario para el funcionamiento normal de USB 3.0.
@user71659, estamos hablando de la "calificación" del enlace de interconexión USB 3.0, no del "funcionamiento normal". Para hacerlo, necesita una conexión confiable y repetible a los instrumentos, generadores BERT, osciloscopios de gigahercios y TDR, todos ellos usan conectores de tipo RF. Entonces, sí, desea conexiones que se puedan desintegrar con confianza y repetibilidad, preferiblemente sin desintegración ni recalibración.

La frecuencia que se puede utilizar dentro de un cable depende en gran medida del efecto pelicular. En pocas palabras, cuanto más grande es el cable, menor es la frecuencia que puede transportar sin tener pérdida de señal causada por un aumento de su impedancia.

A baja frecuencia, la señal se distribuirá por igual a través de la mayor parte del cable, con una frecuencia más alta, la señal se distribuirá predominantemente alrededor del perímetro del cable (la "piel").

Los hilos que permitan mejores características serán siempre muy pequeños y con múltiples conductores para reducir el efecto piel. A pesar de esto, cuanto más alto vayas, más pérdidas obtendrás. Luego, el protocolo interviene y aumentará el voltaje, usará pares diferenciales trenzados y empujará los límites al máximo hasta que necesite cambiar a una tecnología de transferencia diferente por completo.

Me preguntaba cómo saber qué tan rápido puede transmitir una señal a través de un cable. Específicamente, ¿qué tipo de parámetros de cable afectan la velocidad de transmisión? Cualquier ayuda es apreciada.

El módem por cable Comcast XB6 funcionará a más de 1,5 Gbps utilizando su cable coaxial estándar de visión. La velocidad está limitada a su velocidad de última milla, de lo contrario sería mayor.

PCIe 5.0 hace ~4 GB/s (o x16 @ ~128 GB/s). Una conexión x1, la conexión PCIe más pequeña, tiene un carril compuesto por cuatro cables. Lleva un bit por ciclo en cada dirección.

Entonces, 2 piezas de cable pueden hacer ~ 2 GB / s en la práctica , en teoría podría exprimir un poco más. Para cable plano , el cable coaxial es el más rápido porque está blindado. Junto con la longitud del blindaje es el siguiente factor más importante, siendo las distancias más cortas (pulgadas) las mejores.