¿Los cables de datos USB (D+/D-) tienen una impedancia diferencial de 90 ohmios y una impedancia a tierra de un solo extremo de 45 ohmios? De ser así, ¿cómo se fabrica?

Los cables USB requieren cierta 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 USB 2.0 de 480 Mbps, está hecha de un par de cables trenzados, todos envueltos en un escudo. 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 ondas 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 aislador entre los conductores. Para que sea un diferencial de 90 ohmios, se trenzan juntos dos cables de cierto diámetro de núcleo y cierto grosor de aislante (a un cierto número de vueltas por metro). La torsión asegura que la distancia entre los cables se mantenga constante, porque es un parámetro importante que define la uniformidad de la línea de transmisión. El grosor del aislamiento también debe controlarse bien, por la misma razón. El número de torsiones por unidad de longitud también es importante, pero en menor medida.

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. Entonces, 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 la parametría se miden con un equipo especial. Después de lo cual, el cable sin procesar entra en producción y se vende a los fabricantes de cables, quienes sueldan trozos a un par de conectores USB y encapsulan los extremos mediante moldeo a presión.

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

Los cables controlados por impedancia están diseñados para cumplir con las velocidades de datos, la impedancia y la tolerancia. La tolerancia de desajuste de impedancia se mide en pérdida de retorno, RL [dB], que también se denomina 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 proporciones complejas similares para par trenzado, microstrip y stripline. Estas proporciones son bastante consistentes e incluyen los efectos de piel de los conductores.

Todos los proveedores de cables deben cumplir con estos criterios de diseño geométrico y su diseño se prueba por pérdida de retorno. No significa que todos los fabricantes de cada cable se prueben según estos requisitos en producción o que cada cable haya sido diseñado y verificado con métodos sofisticados, pero los cables de buena calidad verifican el diseño y las tolerancias para la fabricación.

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

A medida que los conductores se vuelven más delgados o se separan más con más espacio de aire entre el aislamiento, la impedancia aumenta.

La impedancia de la señal diferencial suele ser la suma de cada impedancia de un solo extremo

Este término de impedancia que se usa 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 corrientes transitorias y circuitos de alta impedancia respectivamente y, por supuesto, para la resistencia de aislamiento de CC.