¿Los cables de datos USB (D + / D-) tienen una impedancia diferencial de 90 ohmios y una impedancia de 45 ohmios a tierra de un solo extremo y, en caso afirmativo, cómo se hace?

Los cables USB requieren una ingeniería de precisión. Existen requisitos estrictos sobre el valor de la impedancia diferencial, la calidad de las interconexiones y la cantidad de pérdidas por cable. La parte de alta velocidad del cable USB, incluso a una velocidad de datos de USB 2.0 a 480 Mbps, está hecha de un par de cables trenzados, todo envuelto en un blindaje. Esto lo convierte en un cable "biaxial". El cable se hace lo más uniforme posible, ejerciendo una buena disciplina de fabricación, lo que reduce la reflexión / dispersión de la onda a medida que las transiciones / bordes de la señal se propagan a lo largo del canal.

Sin embargo, todos los "cálculos complejos" se realizaron hace cincuenta y setenta años, y el resultado neto es bastante simple.

La impedancia característica de un cable trenzado (o guía de onda plana o cable coaxial) es una función de la geometría del conductor y la constante dieléctrica del aislante entre los conductores. Para hacerlo, 90 ohmios diferenciales dos cables de cierto diámetro del núcleo y cierto grosor del aislador se retuercen entre sí (en cierto número de giros por metro). La torsión garantiza que la distancia entre los cables se mantenga constante, ya que es un parámetro importante que define la uniformidad de la línea de transmisión. El espesor del aislamiento también debe estar bien controlado, por la misma razón. El número de giros por unidad de longitud también es importante, pero en menor grado.

Ahora, el diámetro del aislamiento define la distancia entre dos conductores de señal, y las propiedades eléctricas de esta geometría se calcularon hace mucho tiempo. Por lo tanto, un fabricante de cable USB (me refiero a cable a granel) sabe qué diámetro elegir, qué tipo de aislamiento usar y cómo torcer. La selección final de los parámetros del cable pasa por la experimentación, donde la calidad del cable y los parámetros se miden con un equipo especial. Luego, el cable en bruto entra en producción y se vende a los fabricantes de cables, que sueldan trozos a un par de conectores USB y encapsulan los extremos mediante moldeo por presión.

Por lo tanto, los cables de señal USB tienen un tratamiento especial.

Los cables controlados por impedancia están diseñados para cumplir con las tasas de datos, la impedancia y la tolerancia. La tolerancia de desajuste de impedancia se mide en Pérdida de retorno, RL [dB], que también se llama s11, uno de los cuatro parámetros de dispersión para dispositivos de dos puertos.

Impedancia de RF para coaxial. se define por la relación entre el conductor externo y el conductor interno factorizado por la constante dieléctrica relativa. Se utilizan relaciones complejas similares para par trenzado, microcinta y línea de banda. Estas proporciones son bastante consistentes e incluyen los efectos en la piel de los conductores.

Todos los proveedores de cable deben cumplir con estos criterios de diseño geométrico y su diseño se prueba por la pérdida de retorno. No significa que todos los fabricantes de todos los cables sean sometidos a pruebas según estos requisitos en producción o que todos los cables hayan sido diseñados y verificados con métodos sofisticados, pero los cables de buena calidad verifican el diseño y las tolerancias de fabricación.

A medida que las tasas de datos aumentan, el cable flexible puede volverse más rígido para una mejor consistencia.

A medida que los conductores se adelgazan o se separan con más espacio entre el aislamiento, aumenta la impedancia.

La impedancia de señal diferencial suele ser la suma de cada impedancia final única

Este término de impedancia utilizado aquí se denomina "impedancia característica" donde la longitud del cable es aproximadamente > = 5% de la longitud de onda de frecuencia más alta en el espectro de la señal.

Por debajo de esta frecuencia, la inductancia o capacitancia del cable es más significativa para las corrientes transitorias y los circuitos de alta impedancia respectivamente y, por supuesto, la resistencia de aislamiento de CC.