Passe a conexão USB 3.0 através do conector D-SUB

Preciso passar um cabo USB através de uma parede da câmara de vácuo, para a qual temos apenas flanges de passagem D-SUB disponíveis. Então, cortei um cabo USB ao meio e soldei um conector D-SUB em cada metade. Para conexões USB 2.0, isso funciona sem problemas, mas tive problemas para fazer funcionar uma conexão USB 3.0.

Especificamente, o computador emite o som de conectar / desconectar repetidamente a cada poucos segundos quando o cabo está conectado. A única solução alternativa é empurrar o conector lentamente, até que o dispositivo seja reconhecido, forçando essencialmente uma conexão USB 2.0.

Presumo que isso se deva à blindagem insuficiente para obter um link USB 3.0?

As conexões individuais parecem estar bem, com resistência <3Ω para cada uma e sem shorts. Abaixo está um diagrama de como eu direcionei os cabos através do conector:

Conforme mostrado na figura, a blindagem é conectada à carcaça do conector para conectar a blindagem dos dois lados. Tentei manter baixa a quantidade de blindagens destruídas, com cerca de 3 cm de cada lado removido.

Qual é a causa mais provável dessa falha e como evitá-la no futuro, se possível?

Presumo que isso se deva à blindagem insuficiente para obter um link USB 3.0?

É mais provável que você simplesmente introduza uma quebra de impedância tão significativa separando os pares de condutores dos condutores de super velocidade que a comunicação não pode ocorrer adequadamente.

Qual é a causa mais provável dessa falha e como evitá-la no futuro, se possível?

Como dito, você não pode simplesmente separar os condutores do USB3 arbitrariamente: o sinal é transportado como campo eletromagnético entre os condutores; Como as frequências de sinal do USB3 estão solidamente dentro da faixa de microondas, sua divisão de pares de condutores significa essencialmente que você interrompe o transporte de energia.

Você provavelmente não conseguirá resolver esta situação usando os conectores D-SUB atuais. Você precisará substituir esses conectores por outros que tenham pelo menos aproximadamente a impedância nominal de 90 nominal dos pares de conectores USB3 SS. É bem provável que a maneira mais fácil de conseguir isso seja através dos próprios conectores USB3.

Existem dois problemas aqui:

1) Um cabo USB pode ser trocado a quente, o que significa que os pinos de energia são acoplados primeiro (eles são mais longos que os pinos de dados). Um conector d-sub não é construído para conexão a quente, os pinos têm o mesmo comprimento e alguns engatam primeiro, dependendo do ângulo em que o D-sub está conectado e está potencialmente causando problemas

2) A impedância das linhas diferenciais (como mencionado anteriormente) precisa ser de 90Ω; caso contrário, os sinais diferenciais rápidos refletirão e atenuarão se não forem correspondidos adequadamente. O conector também precisa ser controlado por impedância para transmitir sinais rápidos através dele.

A especificação USB 3.0 usa sinalização de baixa frequência (10-50 MHz) para iniciar um link com o outro lado. Os transceptores SFP + geralmente não cobrem esse intervalo, pelo menos não em suas folhas de dados (são mais ou menos 300-2500 MHz). Portanto, esse sinal vital pode não alcançar o outro lado corretamente e, portanto, o estabelecimento do link pode falhar. Fonte: http://billauer.co.il/blog/2015/12/usb-superspeed-parallel/

O problema com o d-sub é que ele provavelmente tem uma capacitância \ indutância semelhante às mostradas abaixo e não é rápido o suficiente para passar pela rápida sinalização de 2,5 GHz do USB 3.0

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

Então, o que você pode fazer sobre isso?

Se você não precisa ter o USB 3.0, tente usar apenas as linhas GND, Vcc, D + e D-. Se for possível evitar o hot plug do D-sub, isso pode ser melhor (conecte o conector que vai ao hub).

Eles também produzem entradas de porta USB 3.0 compatíveis com UHV, se você quiser fazer outro furo na sua placa ou encontrar outra maneira de encaixá-la.

O problema com o conector DB-9 é que ele não é "controlado por impedância" e não possui blindagem entre os pares de sinais (você precisa usar pares diferenciais através do conector e protegê-los de outros pares diff). O USB 3.0 opera com uma taxa de sinal de 2,5 GHz e "fio solto de 3 cm" é uma matança para ele. A incompatibilidade de impedância cria uma infinidade de reflexões de sinal (causando a chamada "interferência entre símbolos"), e conversas cruzadas significativas entre os pares Rx e Tx matam a coerência do sinal, causando quedas maciças no link. As especificações do USB 3.x têm requisitos muito rígidos para impedância e conversas de extremidade próxima e remota sobre o cabo.

Para ter uma conexão USB 3.x com sua câmera interna, é necessário fazer uma pesquisa pesada por conectores USB de nível a vácuo (se existirem, ou talvez) ou usar a passagem coaxial de 50 pinos RF com classificação de 50 Ω conectores de grau espacial. Existem conectores de tamanho Sub-D de dois eixos, você precisa de pelo menos dois canais binaxiais, semelhantes a este:

Você também pode usar conectores usados ​​para conectividade Ethernet, se puder encontrá-los na versão a vácuo, algo como isto

Na pior das hipóteses, você pode usar quatro conectores do tipo SMA de passagem e criar um adaptador USB para SMA, semelhante ao que o USB-IF usa nos testes de interconexão e na certificação de cabos, algo como isto:

Algumas fontes para soluções de alimentação de vácuo são Pave Technology , MDC Vacuum Products e provavelmente muitas outras.

De qualquer forma, não vejo chance de ter um canal USB SuperSpeed ​​confiável usando conectores DB-9, e você precisará de um retrabalho sério em sua câmara.