Általános áttekintés
Az IT-ipar gyors fejlődésével az átviteli minőség, a sebesség és az alkalmazások sokfélesége folyamatos törekvést indított el a gyorsabb átviteli sebességek fejlesztése felé. A jelátvitel kódolási sebességének növelése és a felhasználói várakozások lerövidítése érdekében. 1. Csomagolási pontosság csökkentése. 2. Teljes duplex átviteli módok biztosítása mindkettő plauzibilis módja a probléma megoldásának. E cél elérése érdekében minden egyes komponensnek képesnek kell lennie a jelromlás, a torzítás és az interferenciával szembeni ellenállás minimalizálására.
Ezért a hídként működő csatlakozó is korszerűsítésre szorul, mivel egyre nagyobb szerepet játszik az átviteli minőségben és sebességben. Az alábbi folyamatábra mutatja az USB átviteli sebességének fejlődését az USB 1.0-tól az USB 3.1 Gen 2-ig. Egy másik fontos megemlítendő pont az átviteli mód, amely fél-duplexről teljes duplexre változott.
Megjelenés
A fogyasztói elektronika (CE) mostanában a “karcsúsítás” trendjét éli, egyre kisebbek és vékonyabbak. A korábban említett sebességnövekedés mellett, az okostelefon-ipar erős hajtóerejével; a csatlakozók megjelenése és mérete egyre kisebb és kisebb lett. Az USB fejlődését is ugyanezek a tényezők befolyásolták, Az A / B típusú fejlődéstől a Mini USB-ig, 2007-ben a Micro USB-t is láttuk ebből a tendenciából kiindulva. Megfigyelhetjük, hogy amellett, hogy vékony és könnyű, a teljesítmény és a csatlakoztatás és kihúzás egyszerűsége mind olyan tényezők, amelyek befolyásolják ezt a fejlődő tendenciát.
Teljesítmény
Régebben a csatlakozóknak csak az elektromos áram vezetőképességére volt szükségük, és nem kellett nagy mennyiségű adatot továbbítaniuk. A mechanikai teljesítmény állt a tesztelés középpontjában. Például illesztési és szétválasztási erő, tartóssági vizsgálat, a csatlakozó érintkezési tartási ereje, érintkezési ellenállás vizsgálata stb. Ezek és más tényezők mind befolyásolnák a vezetőképességet és a mechanikai tényezőket. Az USB és az IEEE1394 2000 után vált elérhetővé; így a csatlakozók új korszakba léptek, és nem csak az elektromos áram vezetőképességére volt szükség, hanem nagy mennyiségű adat továbbítására is. Most az impedancia, a terjedési késleltetés, a terjedési eltolódás, a csillapítás, az áthallásvizsgálat stb. hozzáadásával. Ezekkel az új kiegészítésekkel jobban érvényesíthetjük a jelintegritást.
Interferencia
Az átviteli terhelés növekedése kiváltotta a nagyfrekvenciás csatlakozók, például a HDMI, a DisplayPort és az USB 3.1 Type-C iránti igényt. A csatlakozók átviteli sebessége az Mbps szintről Gbps szintre nőtt. Így amikor a jelsebesség tovább nő, az interferencia szintek is emelkednek. Ezért az interferenciaszintek csökkentése egyre fontosabbá vált.
Az egyvezetékes kábelekről a sodrott páros kábelekre vagy akár a koaxiális kábelekre való áttéréssel. Mindezek célja az autonóm interferencia csökkentése és az idegen interferenciával szembeni ellenállás növelése; azonban a nagy sebességű átvitel során a több vezeték vagy több jelpár miatt a Crosstalk lehetősége is megnőtt; ezért a Crosstalk okát elemezni és vizsgálni kell.
A Crosstalk olyan jelenség, amelynek során az átviteli rendszer egyik áramkörén vagy csatornáján továbbított jel nemkívánatos hatást kelt egy másik áramkörben vagy csatornán. Az áthallást általában az egyik áramkörből, áramkörrészből vagy csatornából a másikba történő nemkívánatos kapacitív, induktív vagy vezetőképes csatolás okozza. Egy példa erre, amikor vezetékes telefonjainkat használjuk otthon, néha interferencia lép fel, amikor egy harmadik hang vagy rádióhangok hallhatók a telefonhívások során; így a nagyfrekvenciás átvitelek hajlamosak a szomszédos nagyfrekvenciás átvitelekből származó Crosstalkra; ezért rendkívül nehéz lenne elkerülni a Crosstalk kialakulását. Ezért van szükség a Crosstalk vizsgálatára, hogy meghatározzuk és megértsük, hogy a Crosstalk az elfogadható tartományon belül van-e.
A Crosstalk két típusra osztható Near End Cross Talk-NEXT és Far End Cross Talk-FEXT, jelenleg a Type-C 4 jelpárral rendelkezik, a DisplayPort pedig 5 AUX vezérlő jelpárral, a plusz jelet az audióhoz használják. Ezért mindkét validáció komolyan veszi a Crosstalk peremméréseket, és azokat a tiszteletben tartott tesztelési kritériumok közé emelte.
Jelveszteség
A termékek egyre kisebbé válásának trendjével párhuzamosan megnőtt az igény a könnyű csavart kábelek iránt, így a kábel vékonyabbá válik. Jelenleg a HDMI-kábelek 24-30 AWG körüliek, az USB 3.1 kábelek 28-34 AWG-sek. Amikor a kábelek vékonyabbá válnak, a küldött jel a réz tulajdonságai miatt kifáradhat. Az USB-IF szabványt állított fel a fáradás elfogadott mértékére vonatkozóan, amely az alábbiakban látható. ( 1. és 2. táblázat )
A “veszteséget” az átvitel során bekövetkező fáradás határozza meg, amely két típusba sorolható: Beiktatási veszteség és visszatérési veszteség. Ideális esetben nem szabadna fáradásnak lennie; azonban a réz egyedi tulajdonságai miatt minél nagyobb a kábel fesztávolsága, annál nagyobb a fáradási arány (vagy minél nagyobb a kábel, annál több a fáradás). Bár ez a fajta fáradás nem érinti a csatlakozót, azonban a kábelben komoly problémákat okozhat. A visszaverődési veszteség keletkezését a csatlakozó vagy a paring interfész okozza, ennek fő oka a csatlakozó alakja és a csatlakozó “szerkezetének” egyedisége a csatlakozó számára, továbbá a csatlakozó gyártása során bizonyos hibák is akadályoznák a teljesítményét. A jobb tapadás és a minőség növelése érdekében a nagyfrekvenciás csatlakozók jobb tesztelése elengedhetetlen.
A kábelek beiktatási veszteségének vizsgálata részletes vizsgálatot végző műszereket igényel. Általában a beiktatási veszteség teszteléséhez az időtartomány és a frekvenciatartomány teszteléséhez szükséges berendezésekre van szükség. Az USB 3.1 esetében a különböző paraméterek mérésére az időtartománybeli reflektometriát (TDR) és a hálózatelemzőt (NA) használják. Az átviteli sebesség növekedése több kihívást is jelent a szükséges műszerek integritása és a feladatok elvégzéséhez szükséges kezdeti beruházás tekintetében.
Az USB 3.1 Type-C esetében a javasolt MOI (Method of Implementation) előírja, hogy a kábelvizsgálatokat egyetlen kábelvizsgáló egységen keresztül kell elvégezni. Ezen a ponton mind a (TDR), mind az (NA) vizsgálatokat egy vizsgálati egységgel lehet elvégezni. A Tektronix (TDR) mérések az IConnect szoftveren keresztül Fast-Fourier Transform segítségével különböző frekvenciájú szinuszhullámokká alakíthatók. A Keysight ENA a (TDR) opciót használja a mért szinuszhullámok inverz Fourier-transzformációs időtartománybeli jelekké történő átalakítására.
A vékonyabb és gyorsabb csatlakozók iránti megnövekedett kereslet a korszerű gyártási módszereket, a mikrokomponenseket és a magasabb frekvenciákat váltotta fel. A csatlakozók tesztelése és elemzése nagy tőke- és munkaerő-ráfordítást igényel. Az ebben a felülvizsgálatban említett csatlakozók még mindig alacsonyabb szintű termékeknek számítanak. A nagyfrekvenciás technológiák tanulmányozása azonban akadályt képez az iparágon belül; ezért a magas szintű termékek, például a board to board csatlakozók általános képességének korszerűsítése az összes csatlakozógyártó számára végső akadállyá vált.
A jelek átalakításához szükséges szoftver támogatásával a mérnökök egyszerre mérhetik a (NA) és (TDR) méréseket, ezáltal csökkentve a tesztek elvégzéséhez szükséges időt, csökkentve a költségeket és az elemzési időt.
