Passer la connexion USB 3.0 via le connecteur D-SUB

Je dois faire passer un câble USB à travers une paroi de chambre à vide, pour laquelle nous n'avons que des brides traversantes D-SUB disponibles. J'ai donc coupé un câble USB en deux et soudé un connecteur D-SUB à chaque moitié. Pour les connexions USB 2.0, cela fonctionne sans aucun problème, mais j'ai eu des problèmes pour faire fonctionner une connexion USB 3.0.

Plus précisément, l'ordinateur émet le son de connexion / déconnexion à plusieurs reprises toutes les quelques secondes lorsque le câble est branché. La seule solution consiste à enfoncer le connecteur lentement, jusqu'à ce que l'appareil soit reconnu, forçant essentiellement une connexion USB 2.0.

Je suppose que cela est dû à un blindage insuffisant pour obtenir une liaison USB 3.0?

Les connexions individuelles semblent être bien, avec une résistance <3Ω pour chacune et aucun court-circuit. Voici un schéma de la façon dont j'ai acheminé les câbles à travers le connecteur:

Comme le montre la figure, le blindage est connecté à la coque du connecteur pour connecter le blindage des deux côtés ensemble. J'ai essayé de maintenir une faible quantité de blindages détruits, avec environ 3 cm de chaque côté enlevés.

Quelle est la cause la plus probable de cet échec, et comment l'éviter à l'avenir, si possible?

Je suppose que cela est dû à un blindage insuffisant pour obtenir une liaison USB 3.0?

Il est plus probable que vous introduisiez simplement une coupure d'impédance si importante en séparant les paires de conducteurs des conducteurs à grande vitesse que la communication ne peut pas avoir lieu correctement.

Quelle est la cause la plus probable de cet échec, et comment l'éviter à l'avenir, si possible?

Comme dit, vous ne pouvez pas séparer arbitrairement les conducteurs d'USB3: le signal est transporté sous forme de champ électromagnétique entre les conducteurs; parce que les fréquences du signal de l'USB3 sont solidement dans la gamme des micro-ondes, votre séparation de la paire de conducteurs signifie essentiellement que vous interrompez le transport de l'énergie.

Vous ne pourrez probablement pas résoudre cette situation en utilisant vos connecteurs D-SUB actuels. Vous devrez remplacer ces connecteurs par des connecteurs qui conservent au moins approximativement l'impédance nominale de 90 Ω des paires de connecteurs USB3 SS. C'est probablement le moyen le plus simple d'y parvenir via les connecteurs USB3 eux-mêmes.

Ici, nous avons deux problèmes:

1) Un câble USB est remplaçable à chaud, ce qui signifie que les broches d'alimentation sont engagées en premier (elles sont plus longues que les broches de données). Un connecteur D-Sub n'est pas conçu pour le branchement à chaud, les broches sont toutes de la même longueur et certaines s'enclenchent en premier en fonction de l'angle auquel le D-Sub est branché et peut potentiellement causer des problèmes

2) L'impédance des lignes différentielles (comme mentionné précédemment) doit être de 90 Ω, sinon les signaux différentiels rapides se refléteront et s'atténueront s'ils ne sont pas correctement adaptés. Le connecteur doit également être contrôlé par impédance pour passer des signaux rapides à travers lui.

La spécification USB 3.0 utilise une signalisation basse fréquence (10-50 MHz) pour établir une liaison avec l'autre côté. Les émetteurs-récepteurs SFP + ne couvrent généralement pas cette plage, du moins pas dans leurs fiches techniques (c'est plus ou moins 300-2500 MHz). Il est donc possible que ce signal vital n'atteigne pas correctement l'autre côté et, par conséquent, l'établissement de la liaison peut échouer. Source: http://billauer.co.il/blog/2015/12/usb-superspeed-parallel/

Le problème avec votre d-sub est qu'il a probablement une capacité / inductance similaire à celles illustrées ci-dessous, et pas assez rapide pour passer la signalisation rapide de 2,5 GHz d'USB 3.0

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

Que pouvez-vous y faire?

Si vous n'avez pas besoin d'avoir USB 3.0, vous voudrez peut-être essayer d'utiliser uniquement les lignes GND, Vcc, D + et D-. Si le branchement à chaud du D-sub peut être évité, cela pourrait être le mieux (branchez le connecteur qui va au concentrateur).

Ils réalisent également des traversées de ports USB 3.0 compatibles UHV si vous souhaitez percer un autre trou dans votre plaque ou trouver un autre moyen de le canaliser.

Le problème avec le connecteur DB-9 est qu'il n'est pas "commandé en impédance" et n'a pas de blindage entre les paires de signaux (vous devez utiliser des paires différentielles via le connecteur et les protéger des autres paires de diff). L'USB 3.0 fonctionne à un taux de signal de 2,5 GHz, et un «fil lâche de 3 cm» est un coup fatal. La non-concordance d'impédance crée une multitude de réflexions de signaux (provoquant ce que l'on appelle des «interférences inter-symboles»), et une diaphonie importante entre les paires Rx et Tx tue la cohérence du signal, provoquant des pertes de liaison massives. Les spécifications USB 3.x ont des exigences très strictes en matière d'impédance et de diaphonie proche et distante sur le câble.

Pour avoir une connexion USB 3.x avec votre caméra interne, vous devez soit effectuer une recherche approfondie des connecteurs USB de qualité sous vide (s'ils existent, ils le pourraient), soit utiliser une alimentation multibroches coaxiale 50 broches de qualité RF connecteurs, de qualité spatiale. Il existe des connecteurs de taille Sub-D à deux axes, vous avez besoin d'au moins deux canaux twinax, similaires à celui-ci:

Vous pouvez également utiliser des connecteurs utilisés pour la connectivité Ethernet, si vous pouvez les trouver dans une version à vide, quelque chose comme ça

Dans le pire des cas, vous pouvez utiliser quatre connecteurs de type SMA de traversée et créer un adaptateur USB-SMA, similaire à ce que l'USB-IF utilise dans les tests d'interconnexion et la certification des câbles, quelque chose comme ceci:

Certaines sources de solutions de traversée sous vide sont la technologie Pave , les produits sous vide MDC et probablement bien d'autres.

Dans tous les cas, je ne vois aucune chance d'avoir un canal USB SuperSpeed ​​fiable utilisant des connecteurs DB-9, et vous aurez besoin d'une refonte sérieuse de votre chambre.