Пропустите соединение USB 3.0 через разъем D-SUB

Мне нужно пропустить USB-кабель через стенку вакуумной камеры, для которой у нас есть только проходные фланцы D-SUB. Поэтому я разрезал USB-кабель пополам и припаял разъем D-SUB к каждой половине. Для подключений USB 2.0 это работает без каких-либо проблем, но у меня были проблемы с получением подключения USB 3.0 для работы.

В частности, компьютер издает звук подключения / отключения несколько раз в несколько секунд, когда кабель подключен. Единственный обходной путь - медленно нажимайте на разъем, пока устройство не будет распознано, по существу, вызывая соединение USB 2.0.

Я полагаю, это связано с недостаточным экранированием, чтобы получить ссылку USB 3.0?

Кажется, что отдельные соединения в порядке, с сопротивлением <3 Ом для каждого и без коротких замыканий. Ниже приведена схема прокладки кабелей через разъем:

Как показано на рисунке, экран соединен с корпусом разъема для соединения экрана с обеих сторон. Я старался держать количество разрушенной защиты на низком уровне, с удалением около 3 см с каждой стороны.

Какова наиболее вероятная причина этого сбоя и как его избежать в будущем, если это возможно?

Я полагаю, это связано с недостаточным экранированием, чтобы получить ссылку USB 3.0?

Скорее всего, вы просто вносите настолько значительный разрыв импеданса, разделяя пары проводников сверхскоростных проводников, что связь не может происходить должным образом.

Какова наиболее вероятная причина этого сбоя и как его избежать в будущем, если это возможно?

Как уже говорилось, вы не можете просто разделить проводники USB3 произвольно: сигнал передается в виде электромагнитного поля между проводниками; Так как частоты сигнала USB3 находятся в пределах микроволнового диапазона, ваше разделение пары проводников означает, что вы прервете перенос энергии.

Вы, вероятно, не сможете решить эту ситуацию, используя ваши текущие разъемы D-SUB вообще. Вам нужно будет заменить эти разъемы на те, которые по крайней мере приблизительно сохраняют номинальное сопротивление 90 Ом пар USB-разъемов SS3. Скорее всего, самый простой способ добиться этого - использовать сами разъемы USB3.

Здесь есть две проблемы:

1) Кабель USB поддерживает «горячую» замену. Это означает, что контакты питания сначала включаются (они длиннее контактов данных). Разъем d-sub не предназначен для горячего подключения, все контакты имеют одинаковую длину, а некоторые зацепляются в первую очередь в зависимости от угла, в который вставлен D-sub, и потенциально могут вызвать проблемы

2) Сопротивление дифференциальных линий (как упоминалось ранее) должно составлять 90 Ом, в противном случае быстрые дифференциальные сигналы будут отражаться и ослабляться, если не будут правильно согласованы. Разъем также необходимо контролировать импедансом для передачи быстрых сигналов через него.

Спецификация USB 3.0 использует низкочастотную сигнализацию (10-50 МГц) для установления связи с другой стороной. Приемопередатчики SFP + обычно не охватывают этот диапазон, по крайней мере, не в их таблицах данных (это больше похоже на 300-2500 МГц или около того). Таким образом, этот жизненно важный сигнал может не достигнуть другой стороны должным образом, и, следовательно, установление соединения может быть неудачным. Источник: http://billauer.co.il/blog/2015/12/usb-superspeed-parallel/

Проблема с вашим d-sub в том, что он, вероятно, имеет емкость \ индуктивность, аналогичную показанной ниже, и не достаточно быструю для передачи быстрой сигнализации 2.5 ГГц по USB 3.0

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

Так что вы можете с этим поделать?

Если вам не нужен USB 3.0, вы можете попробовать использовать только GND, Vcc, D + и D-линии. Если можно избежать горячего подключения D-sub, это может быть лучше (подключите разъем, который идет к концентратору).

Они также обеспечивают UHV-совместимые порты USB 3.0, если вы хотите просверлить еще одну дыру в вашей пластине или найти другой способ ее прокачки.

Проблема с разъемом DB-9 заключается в том, что он не «контролируется импедансом» и не имеет экрана между парами сигналов (необходимо использовать дифференциальные пары через разъем и экранировать их от других пар различий). USB 3.0 работает с частотой сигнала 2,5 ГГц, и «3 см свободного провода» является убийством для него. Несовпадение импеданса создает множество отражений сигнала (вызывая так называемые "межсимвольные помехи"), а значительное перекрестное взаимодействие между парами Rx и Tx нарушит когерентность сигнала, что приведет к значительным потерям в линии. Спецификации USB 3.x предъявляют очень строгие требования к сопротивлению и перекрестным помехам на ближнем и дальнем концах кабеля.

Для подключения USB 3.x к вашей внутренней камере вам необходимо либо выполнить тщательный поиск USB-разъемов вакуумного класса (если они существуют, они могут существовать), либо использовать коаксиальный многоконтактный ввод 50-Ом класса RF разъемы космического класса. Есть двухосевые разъемы Sub-D размера, вам нужно как минимум два двухосных канала, аналогичных этому:

Вы также можете использовать разъемы, используемые для подключения к сети Ethernet, если вы можете найти их в вакуумной версии, что-то вроде этого

В худшем случае вы можете использовать четыре проходных разъема типа SMA и сделать адаптер USB-SMA, аналогичный тому, который USB-IF использует при тестировании межсоединений и сертификации кабелей, примерно так:

Некоторыми источниками для сквозных вакуумных решений являются Pave Technology , MDC Vacuum Products и, вероятно, многие другие.

В любом случае я не вижу шансов получить надежный канал USB SuperSpeed ​​с использованием разъемов DB-9, и вам потребуется серьезная переделка вашей камеры.