Передайте з'єднання USB 3.0 через роз'єм D-SUB

Мені потрібно пропустити USB-кабель через стінку вакуумної камери, для якої у нас доступні лише прохідні фланці D-SUB. Тому я розрізав USB-кабель навпіл і припаяв роз'єм D-SUB до кожної половини. Для підключень USB 2.0 це працює без проблем, але у мене виникли проблеми з підключенням USB 3.0 до роботи.

Зокрема, комп'ютер випромінює звук підключення / відключення повторно кожні кілька секунд, коли кабель підключається. Єдине вирішення проблеми полягає в повільному натисканні на роз'єм, доки пристрій не буде розпізнаний, по суті, примушуючи з'єднання USB 2.0.

Я припускаю, що це пов'язано з недостатнім екрануванням для отримання зв'язку USB 3.0?

Окремі з'єднання здаються прекрасними, з опором <3 Ом для кожного і відсутністю шортів. Нижче наведена схема того, як я провів кабелі через роз'єм:

Як показано на малюнку, щит з'єднаний з оболонкою з'єднувача для з'єднання щита з обох сторін разом. Я намагався утримувати низьку кількість знищеного екранування, при цьому близько 3 см з кожного боку було видалено.

Яка найімовірніша причина цієї невдачі та як її уникнути в майбутньому, якщо це можливо?

Я припускаю, що це пов'язано з недостатнім екрануванням для отримання зв'язку USB 3.0?

Більш ймовірно, що ви просто введете настільки значну перерву імпедансу, розділивши пари провідників надшвидкісних провідників, що зв'язок не може належним чином відбутися.

Яка найімовірніша причина цієї невдачі та як її уникнути в майбутньому, якщо це можливо?

Як було сказано, не можна просто довільно розділити провідники USB3: сигнал передається як електромагнітне поле між провідниками; оскільки частоти сигналу USB3 повністю знаходяться в діапазоні НВЧ, ваше розщеплення пари провідників по суті означає, що ви порушите транспорт енергії.

Напевно, ви не зможете вирішити цю ситуацію, використовуючи поточні роз'єми D-SUB. Вам потрібно буде замінити ці роз'єми такими, які принаймні приблизно зберігають номінальний опір 90Ω пар роз'ємів USB3 SS. Це, мабуть, найпростіший спосіб досягти цього - через самі роз'єми USB3.

Тут є дві проблеми:

1) USB-кабель із можливістю гарячої заміни, тобто спочатку замикаються шнури живлення (вони довші, ніж шпильки даних). Роз'єм d-sub не вбудований для гарячого підключення, штифти мають однакову довжину, а деякі займаються спочатку залежно від кута підключення D-sub і, можливо, викликає проблеми

2) Імпеданс диференціальних ліній (як уже згадувалося) повинен бути 90 Ом, інакше швидкі диференціальні сигнали будуть відображатись і ослаблятись, якщо їх не узгоджувати належним чином. Роз'єм також повинен контролювати опір для передачі швидких сигналів через нього.

Специфікація USB 3.0 використовує низькочастотну сигналізацію (10-50 МГц) для ініціювання зв'язку з іншою стороною. Приймачі SFP + зазвичай не охоплюють цей діапазон, принаймні, не у своїх таблицях даних (це більше схоже на 300-2500 МГц або близько того). Тож цей життєво важливий сигнал може не надходити належним чином до іншої сторони, і, отже, встановлення зв'язку може вийти з ладу. Джерело: http://billauer.co.il/blog/2015/12/usb-superspeed-parallel/

Проблема з вашим d-sub полягає в тому, що він, ймовірно, має ємність \ індуктивність, подібну до наведених нижче, і недостатньо швидко для передачі швидкої сигналізації 2,5 ГГц через USB 3.0

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

То що ви можете з цим зробити?

Якщо у вас немає USB 3.0, ви можете спробувати використовувати лише лінії GND, Vcc, D + і D-. Якщо можна уникнути гарячого підключення D-sub, що може бути найкращим (підключіть роз'єм, що йде до концентратора).

Вони також роблять сумісні з UHV підключення USB 3.0 через порт, якщо ви хочете просвердлити ще одну дірку у вашій тарілці або знайти інший спосіб прокладати її.

Проблема з роз'ємом DB-9 полягає в тому, що він не "керується імпедансом" і не має екрана між сигнальними парами (потрібно використовувати диференціальні пари через з'єднувач і захищати їх від інших пар різниці). USB 3.0 працює зі швидкістю сигналу 2,5 ГГц, а "3 см нещільний провід" - це вбивство для нього. Невідповідність імпедансу створює безліч відбитків сигналу (спричиняючи так звані "міжсимвольні перешкоди"), а значні перехресні розмови між парами Rx і Tx вбивають когерентність сигналу, викликаючи масивні падіння зв'язку. Характеристики USB 3.x пред'являють дуже жорсткі вимоги до імпедансу та перехресних переходів на ближньому та дальному кінці по кабелю.

Щоб підключити USB 3.x до внутрішньої камери, потрібно або здійснити важкий пошук USB-роз'ємів вакуумного класу (якщо вони існують, вони можуть бути), або використати коаксіальний коаксиальний двоопінний коаксіальний 50-омний коефіцієнт радіочастоти з'єднувачі, простір. Існують двоосьові роз'єми розміру Sub-D, вам потрібно принаймні два двохосні канали, подібні до цього:

Ви також можете використовувати роз'єми, що використовуються для підключення до Ethernet, якщо ви можете знайти їх у вакуумній версії, приблизно так

У гіршому випадку ви можете використовувати чотири роз'єми типу SMA, що подаються, і зробити адаптер USB-SMA, аналогічний тому, що USB-IF використовує для тестування взаємозв'язку та сертифікації кабелю, приблизно так:

Деякі джерела вакуумних розчинів подачі - технологія Pave , вакуумні вироби MDC та, ймовірно, багато інших.

У будь-якому випадку я не бачу жодного шансу мати надійний USB SuperSpeed ​​канал за допомогою роз'ємів DB-9, і вам знадобиться серйозна переробка вашої камери.