Pregunta de impedancia USB personalizada

Estoy pensando en hacer mi propio cable USB para un proyecto. El principal problema que tengo es que tengo mucha capacitancia en mi cable entre D+ y D- (400 pF), que es suficiente para eliminar las señales que lee mi PC. ¿Hay una manera fácil de arreglar esto? Entiendo que este es un problema de coincidencia de impedancia, pero no estoy seguro de por dónde empezar, ya que la capacitancia está entre dos líneas de entrada, no una línea y tierra, que es lo que recuerdo de mi curso de electromagnetismo.

Respuestas (3)

La impedancia de la línea de datos está determinada por

  • capacitancia entre alambres y
  • inductancia del par de cables.

Es una fórmula simple y la he usado para fabricar cables personalizados para enlaces de datos de alta velocidad en circunstancias en las que los cables y la cubierta general debían fabricarse con material de PTFE para adaptarse a aplicaciones de alta temperatura. la fórmula es

Zo = sqrt(L/C) - esta es la impedancia para una línea sin pérdidas. Aquí hay un buen artículo.

Esto le dice que para hacer un cable de mayor impedancia, L debe crecer y/o C debe reducirse. Uno de los métodos es hacer que el conductor real tenga un diámetro más pequeño mientras se mantiene igual el espacio entre los conductores. O puede hacer que el espacio entre los conductores sea más grande. A continuación se muestra una imagen de una calculadora en línea: -

ingrese la descripción de la imagen aquí

Tenga en cuenta que la fórmula dada en la página anterior (Zo) es exactamente la misma que la que di antes, pero usa las propiedades más fundamentales de los cables para dar L y C. En otras palabras, la permeabilidad y la permitividad están integradas en las ecuaciones, pero la segunda fórmula enumera explícitamente la permitividad porque será una variable debido al tipo de aislamiento.

Y aquí está el enlace a la página web de la calculadora. Tenga en cuenta que hay varias calculadoras en línea para que pueda verificar otras.

Desde la memoria, la impedancia del cable USB es de 90 ohmios.

Y si todo esto parece ser un gran problema, solo haga los cables más delgados y sepárelos un poco más y vea qué sucede. Si se trata de un problema de Zo, entonces las cosas deberían comenzar a mejorar a medida que lo hace.

Hola, gracias por la gran respuesta. Mi medidor LRC no puede detectar una inductancia significativa para mi cable (¡sigue dándome valores negativos!), así que asumo que la mayor parte de mi impedancia en este cable es capacitancia. Ya he considerado la idea de espaciar mis cables o reducir su calibre, pero ya estoy en 28 AWG y deben estar lo más apretados posible para reducir el tamaño del cable. Mi otra idea era hacer que un fabricante de cables personalizados utilizara un material aislante que pudiera evitar que se acumulara la capacitancia.
También estaba considerando usar un inductor para que coincida con el capacitor (esto es lo que recuerdo haber hecho del electromagnetismo), pero agregar otro componente activo solo retrasará aún más mi señal en el USB, lo que me temo que causará problemas con el viaje de la señal. Pero además de alterar las propiedades físicas del cable (de las cuales estoy bastante seguro de que no puedo cambiar mucho más) o colocar un inductor, ¿son esas mis únicas soluciones?
Y la terminación USB es de 90 ohmios, que creo que está en el transceptor descendente.
@Shensmobile no puede colocar ningún material aislante entre los núcleos a menos que tenga una permitividad más baja que el aislamiento que está utilizando actualmente; esta es la única forma de reducir la capacitancia. Es una cosa de las leyes de la física: si no obtiene datos, corrija la impedancia espaciando más los cables, reduciendo la permitividad de los aisladores o reduciendo el diámetro de los cables.
Bueno, el aislamiento que estoy usando actualmente es cualquier revestimiento de plástico estándar que se coloque sobre el conductor (supongo que es PVC), pero un fabricante personalizado podría aislarlo con algo mejor. Desafortunadamente, no puedo espaciar más los cables o hacerlos mucho más pequeños, así que creo que elegir un aislante diferente sería mi única opción.
¿Por qué un inductor pasivo sería un problema? Si esto es para 12 Mbit, debería poder funcionar. Agregue el mismo tipo de inductor a d+ y d- y pruébelo. Otra opción es la amplificación usb activa en cualquiera de los extremos. Esto se utiliza para ejecuciones largas de usb2 (480 mbit/s).
@JonWatte Puede funcionar: solía funcionar en líneas telefónicas antiguas para mantener la impedancia en 600 ohmios. De memoria, las bobinas de 88 mH se espaciaron cada milla y linealizó la impedancia a 600 ohmios en todo el ancho de banda del habla, pero por encima de esto, la impedancia cayó rápidamente. ¿Conoce la longitud del cable que tiene en mente el OP y puede calcular el valor de inductancia que sería adecuado? La amplificación USB es una buena opción, pero creo que debe ser bidireccional, no estoy 100% en eso. Si tiene una propuesta, responda: no me siento cómodo con ninguna de sus propuestas, pero podrían funcionar.
¡Esto es oro, hombre!

Bueno, los cables USB normales tienen estos blindajes para disminuir el efecto capacitivo de la línea. Mi conjetura inicial: ¿Por qué no intenta protegerlos al principio para ver si la capacitancia es el resultado del cableado físico? Además, tener un par trenzado en el cable USB podría ayudar a disminuir la capacitancia entre líneas, consulte Construcción del cable USB .

Los cables USB normales tienen blindaje FUERA del par trenzado D+/D-. Eso no ayudaría a reducir la capacitancia entre los dos cables. También tengo mi cable USB personalizado en disposición de par trenzado en este momento. Entiendo que comprar un cable "legítimo" de 4 metros de largo probablemente solucionaría mi problema, pero quiero saber si hay algún principio de ingeniería que pueda usar para aplicar una solución a esto. Necesitaré el cable USB personalizado para una aplicación de alta temperatura.

Pensándolo un poco más, creo que sería difícil obtener un inductor lo suficientemente grande para contrarrestar la capacitancia, pero aún así mantenerlo lo suficientemente pequeño como para no degradar la señal USB, especialmente a velocidades de datos USB 2.0 (480 Mbit).

Para ejecuciones largas de USB, si no puede alterar la construcción física del cable lo suficiente, entonces se necesita una amplificación activa. Y, sí, tiene que ser bidireccional. De hecho, puede comprar cables prefabricados con amplificación incorporada, y también puede comprar conjuntos de chips que puede agregar a su cable.

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