การเพิ่มแอมพลิฟายเออร์สัญญาณที่ปลายทั้งสองของสายเคเบิลสกรูล็อค USB 7 เมตรและ 10 เมตรไปยัง USB C Screwlock ได้รับการออกแบบมาเพื่อจัดการกับการลดทอนสัญญาณและความท้าทายด้านความสมบูรณ์ในระยะทางไกล นี่คือเหตุผล:
1. ชดเชยการลดทอนสัญญาณระยะไกล
ระยะการส่งผ่านที่มีประสิทธิภาพสูงสุดมาตรฐานของ USB 3.0 คือ 3-5 เมตร (โดยไม่มีการถ่ายทอด) ซึ่งเกินกว่าที่สัญญาณจะถูกลดทอนอย่างมีนัยสำคัญโดยความต้านทานสายเคเบิลและสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) ส่งผลให้เกิดข้อผิดพลาดของข้อมูลหรือการเชื่อมต่อการเชื่อมต่อ
แอมพลิฟายเออร์สัญญาณ (เช่นชิป redriver/retimer) ช่วยเพิ่มสัญญาณที่ปลายทั้งสองเพื่อให้แน่ใจว่าสัญญาณอนุพันธ์ superspeed ความถี่สูง (5Gbps) สามารถส่งไปยังอุปกรณ์เทอร์มินัลได้อย่างเต็มที่
2. ข้อกำหนดการสื่อสารสองทาง
USB 3.0 ใช้การสื่อสารแบบฟูลเพล็กซ์รวมถึงช่องสัญญาณแยกต่างหาก (TX) และรับ (RX) การขยายแบบปลายเดี่ยวอาจไม่สามารถแก้ปัญหาการลดทอนสัญญาณผกผันได้
การเพิ่มแอมพลิฟายเออร์ที่ปลายทั้งสองสามารถเพิ่มความแรงของสัญญาณของทั้งต้นน้ำ (โฮสต์ไปยังอุปกรณ์) และดาวน์สตรีม (อุปกรณ์สู่โฮสต์) เพื่อให้มั่นใจถึงความเสถียรของการส่งข้อมูลสองทาง
3. การบำรุงรักษาความสมบูรณ์ของสัญญาณความถี่สูง
การส่งความเร็วสูง 5Gbps มีความไวต่อการส่งสัญญาณและรูปคลื่น สายเคเบิลยาวแนะนำอาการกระวนกระวายใจและเสียงรบกวนซึ่งจะเพิ่มอัตราความผิดพลาดบิต
แอมพลิฟายเออร์สัญญาณคืนค่ารูปคลื่นสัญญาณและลดความเสี่ยงของข้อผิดพลาดผ่านฟังก์ชั่นการปรับเปลี่ยนและการทำงานใหม่
4. จัดการกับการรบกวนสิ่งแวดล้อมอุตสาหกรรม
การออกแบบสกรูล็อคมักใช้ในอุปกรณ์อุตสาหกรรมการแพทย์หรือกลางแจ้งซึ่งอาจมีสัญญาณรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่แข็งแกร่งหรือการสั่นสะเทือนเชิงกล สายเคเบิลยาวมีความไวต่อการรบกวนมากขึ้นและเครื่องขยายเสียงช่วยเพิ่มการต่อต้านการแทรกแซงโดยการเพิ่มอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวน (SNR)
5. แหล่งจ่ายไฟและการสูญเสียพลังงาน
ความต้านทานของสายเคเบิลยาวทำให้แรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟลดลง (ir drop) ซึ่งอาจส่งผลกระทบต่อการชาร์จอุปกรณ์หรือการทำงาน ในการออกแบบบางอย่างแอมพลิฟายเออร์อาจรวมฟังก์ชั่นการจัดการพลังงานเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการส่งพลังงาน
6. ความเข้ากันได้และการพัฒนามาตรฐาน
สายเคเบิลแบบพาสซีฟแบบดั้งเดิมไม่สามารถทำลายขีดจำกัดความยาวมาตรฐานของ USB-IF สายเคเบิลที่ใช้งานอยู่ (รวมถึงแอมพลิฟายเออร์) เปิดใช้งานความเข้ากันได้ของช่วงที่ยาวเป็นพิเศษผ่านการประมวลผลสัญญาณที่ใช้งานอยู่ในขณะที่ยังคงอัตราการถ่ายโอน USB 3.0 (5Gbps)
ตัวอย่างสถานการณ์แอปพลิเคชันจริง
- ระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรม: เชื่อมต่อเซ็นเซอร์ระยะไกลกับคอนโทรลเลอร์สำหรับความต้านทานการสั่นสะเทือน (การล็อคสกรู) และการส่งข้อมูลที่เสถียร
- อุปกรณ์เสียงและวิดีโอมืออาชีพ: การส่งสัญญาณวิดีโอ 4K ระยะยาว (เช่นจอภาพ USB-C) เพื่อหลีกเลี่ยงความล่าช้าของภาพ
- อุปกรณ์การแพทย์: ตรวจสอบความน่าเชื่อถือของข้อมูลเรียลไทม์จากอุปกรณ์ตรวจสอบสัญญาณชีพ
รายละเอียดการใช้งานทางเทคนิค
- redriver (redriver): จะขยายแอมพลิจูดของสัญญาณเท่านั้นค่าใช้จ่ายต่ำ แต่กระวนกระวายใจเวลาไม่มีความสามารถในการซ่อมแซม
- Retimer: สร้างสัญญาณใหม่ด้วยการกู้คืนข้อมูลนาฬิกา (CDR) ใหม่เพื่อกำจัดความกระวนกระวายใจซึ่งเหมาะสำหรับระยะทางไกล แต่มีค่าใช้จ่ายสูงกว่า
โดยสรุปการออกแบบเครื่องขยายสัญญาณสัญญาณแบบบูรณาการที่ปลายทั้งสองเป็นทางออกที่จำเป็นสำหรับการคำนึงถึงระยะทางไกลความเร็วสูงและความมั่นคงทางอุตสาหกรรม
