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La calidad de los cables, no todos son iguales

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La calidad de los cables, no todos son iguales

Artículo técnico exclusivo para nuestro periódico técnico sobre la calidad de los cables escrito por Martin Pfalzgraf, responsable de soporte técnico de Rutronik Elektronische Bauelemente.

¿En qué se distingue un cable USB o HDMI de bajo coste de uno más caro? Prácticamente no existen diferencias externas e incluso las características técnicas y los niveles de rendimiento parecen ser casi los mismos o completamente idénticos. Aun así, puede haber grandes diferencias, como aquí se demuestra usando el ejemplo de los cables USB Tipo C y HDMI de muy elevada velocidad.

Cada cable USB o HDMI puede transmitir datos de vídeo y audio, señales y corriente. Si se produce cualquier error, se suele compensar electrónicamente, y los niveles y las velocidades se reducen si fuera necesario. Aunque no hay deficiencias de calidad perceptibles, sí que existen y, por ejemplo, hay interrupciones de imagen y sonido, parpadeo de píxel o defectos sonoros, descenso de las ratios de transmisión de datos, carga de dispositivos más lenta (de la especificada) o menor ratio de transmisión de potencia (de la requerida) entre la fuente de alimentación y el terminal.

Cuatro niveles en el mercado

La calidad de los cables se divide en cuatro niveles. Cada nivel superior implica que el cable tiene que cumplir mayores requisitos. Observando que esto sólo se puede conseguir con materiales y procesos de producción y test de más calidad, los costes relevantes aumentan con cada nivel.

No siempre resulta fácil determinar qué estándar de calidad cumple un cable. Especialmente en el sector consumo, donde las descripciones del producto no suelen ser concluyentes.

Los símbolos sin protección, las etiquetas y los térmicos como “cable de carga rápida” o “cable de datos de alta velocidad” pretenden significar propiedades técnicas que el cable de hecho no ofrece. Esto mismo se aplica a numerosas combinaciones de hardware y especificaciones como, por ejemplo, cables asequibles con conectores USB Tipo C. ¿Cómo es posible que un cable pasivo sólo soporte USB 2.0 a pesar de tener un conector USB Tipo C? A fin de cuentas, cada cable resulta tan bueno como su elemento de peores prestaciones.

Además, como regla de oro, al menos para altas corrientes: cuanto mayores son las secciones transversales, menor es la caída de tensión y mejor es el cable, ya que una sección transversal de mayores dimensiones del conductor interno reduce la resistencia eléctrica.

Incluso si la información declarada es correcta, a menudo no se puede atribuir al producto en su totalidad. Casi exclusivamente los fabricantes del segmento profesional ofrecen las especificaciones definidas con precisión y referidas a estándares y ciclos de prueba.

Primer nivel de calidad: componentes de alto rendimiento

Para lograr una calidad de transmisión de primera categoría, JAE utiliza un localizador para sus conectores USB 3.1, que permite una alineación exacta de los pines.
Para lograr una calidad de transmisión de primera categoría, JAE utiliza un localizador para sus conectores USB 3.1, que permite una alineación exacta de los pines.

El primer nivel de calidad sólo se refiere a la consecución del rendimiento especificado. La principal pregunta es la siguiente: ¿los componentes pueden hacer aquello para lo que están destinados?

En este nivel de calidad, los cables actuales están realizados mayoritariamente en cobre. Los hilos individuales de varios núcleos se unen en un tubo en cada caso. Cuanto más grueso es el cable, mayor es la capacidad de corriente. Y como la longitud de cable aumenta, también crece la posibilidad de pérdidas de señal HDMI e interferencias digitales. Si fuera necesario cubrir una distancia superior sin una pérdida de calidad significativa, habría que elegir un cable más grueso con más núcleos. Además, la composición del metal conductor como, por ejemplo, el contenido de oxígeno en el cobre también influye en la calidad de señal.

Para garantizar el nivel de rendimiento deseado, se suele requerir el uso de conectores apantallados en lugar de los estándares. En algunos casos, el diseño de los conectores puede necesitar un aumento del paso para disminuir la posible comunicación cruzada.

Los contactos chapados en oro tienen la ventaja de que no se oxidan. Esto dota al producto de un aire de mayor calidad y mantiene la resistencia a la fricción y el contacto a un nivel mínimo.

A esto se suma la calidad de la mano de obra. Es particularmente evidente tras una (re)conexión y desconexión frecuente y las tareas de rebobinado y desenrollado. Con un cable nuevo, el conector se debe unir firmemente al cable. Los problemas con cables HDMI de inferior calidad suelen ser consecuencia de pines doblados o rotos.

Otro factor importante es la estabilidad de conexión: los conectores HDMI se pueden conectar de manera holgada y mantienen la estabilidad (sin movimiento).

Si se utilizan componentes de mayor calidad en la fabricación de un cable, sus propiedades mejorarán en consecuencia. Con corrientes superiores, las propiedades parásitas y las cargas inductivas provocan interferencias. El apantallamiento mejoras las propiedades de atenuación. La versión más sencilla se compone de una lámina y una trenza que protegen el cable. El conductor exterior de un cable económico sólo consta de unos pocos hilos de cobre y el aislante es claramente visible por debajo.

Para poder beneficiarse de un rendimiento mejorado, un apantallamiento muy sencillo y unos diámetros delgados resultan insuficientes. El grosor o la rigidez del cable, por lo tanto, se convierten en indicadores, mientras que los puntos de conexión y el diseño son puntos importantes.

Segundo nivel de calidad: todo el sistema bajo lupa

Los componentes más influyentes antes mencionados tienen el efecto positivo deseado (por ejemplo, la velocidad de transmisión aumenta de 480 Mbps a 10 Gbps). Esto se acompaña con cambios en los requisitos del cable (como el comportamiento de EMI/RFI). En el segundo nivel de calidad, los componentes individuales se deben seleccionar o adaptar de manera que los cables puedan ofrecer estas mayores prestaciones bajo las condiciones requeridas. La pregunta es: ¿puede hacerlo el sistema?

El método de retención por tornillo de JAE cumple los requisitos industriales y garantiza una conexión robusta y segura en entornos con presencia de vibración.
El método de retención por tornillo de JAE cumple los requisitos industriales y garantiza una conexión robusta y segura en entornos con presencia de vibración.

Con cables HDMI pobremente blindados, la señal puede estar influenciada por fuentes externas de interferencia como, por ejemplo, líneas de alimentación o datos cercanas. En el peor de los casos, esto provoca defectos visibles en la pantalla en forma de píxeles blancos. Se puede mejorar el comportamiento EMC (EMI/RFI) con el apantallamiento en una cubierta (tubo corrugado, lámina de metal y conexión a toma de tierra) y en los conductores internos (tubo corrugado y lámina de metal). Para la mayoría de aplicaciones, los cables HDMI robustos de 3 a 4 apantallamientos son suficientes. Si hay fuentes de alta corriente en las proximidades de los cables, se recomienda el uso de una versión con apantallado múltiple. Los cables de alta calidad poseen diseños de blindaje complejo realizado con varias capas o materiales magnéticos.

Las diferencias en la calidad se reconocen fácilmente por la densidad del bobinado del apantallamiento. Con cables buenos es “opaca”. Otro punto para destacar es la cubierta del blindaje. ¿Acaba el apantallado en el área del cable trenzado / no trenzado, en el área de los conductores desnudos o en el punto de conexión (entre el conductor y el contacto de la cubierta del conector) o sólo afecta a la cubierta del conector? ¿Cómo es la conexión entre el apantallado y el conector: full-surface o un latiguillo? ¿Es buena la conexión (soldadura/crimpado) entre el conductor interno y el contacto del conector y el posicionamiento de los cables (la alineación precisa desde el conductor interno al contacto del conector y las distancias entre los conductores internos en una capa o entre las dos)? Esta conexión resulta decisiva para la resistencia del contacto, que debería ser lo más baja, estable y constante posible.

A la hora de seleccionar los materiales, los fabricantes de cables de alta calidad cumplen los requisitos RoHS y REACH. Además, los cables necesitan resistir tanto la abrasión y el desgarro como los rayos ultravioletas (UV) y los lubricantes y ser retardantes de la llama y libres de halógenos. Los cables HDMI con vaina de nylon especial suelen proporcionar mejor protección ante la rotura, el pliegue, las grietas y el retorcimiento que los cables con vaina de plástico.

Tercer nivel de calidad: qué se suministra realmente

En el tercer nivel de calidad, se verifica el rendimiento y la pregunta es esta: ¿el sistema realmente ofrece lo que se pretendía teóricamente en su diseño? Para áreas de aplicación como el sector de automóvil, entornos industriales, tecnología médica y proyectos aeroespaciales, este nivel describe los requisitos mínimos definidos por el PPAP.

Con estos cables, los usuarios pueden tener por seguro que cumplen los parámetros asignados y que las tolerancias especificadas se han conseguido. Muchos cables pueden funcionar con fiabilidad en condiciones extremas, por ejemplo, en lo que se refiere a la temperatura, el radio de curvatura o el envejecimiento.

Para superar los requisitos de este nivel de calidad para los cables, los conectores USB Tipo C con una configuración de socket USB 3.1 Micro-B deben utilizar una resistencia pull-up de 56 kΩ. Con los cables USB 3.1, es indispensable emplear pines SuperSpeed conectados (o cables de datos). Además, los cables se suministran con un chip que comunica con los dispositivos conectados y, por ejemplo, transmite información relativa al nivel permitido de corriente de carga. Esto evita el deterioro del dispositivo.

Cuarto nivel de calidad: calidad probada

En el nivel de calidad más elevado, los cables deben demostrar sus prestaciones. Sólo los productos certificados se encuentran en este nivel y dicha certificación conlleva un marcado con un símbolo protegido. Un indicador para este tipo de cable USB es un número TID, mientras que para un cable HDMI lo es la etiqueta HDMI premium o ‘Ultra high speed HDMI’. El TID es un ID de prueba que sigue y define los criterios y las especificaciones de prueba. Lo emite un laboratorio de prueba autorizado e independiente.

Molex asegura una elevada fiabilidad eléctrica del conector a través de un material para la cubierta de alta calidad y un proceso de moldeado por inserción 3-tier.
Molex asegura una elevada fiabilidad eléctrica del conector a través de un material para la cubierta de alta calidad y un proceso de moldeado por inserción 3-tier.

Los fabricantes usan términos protegidos en la especificación o la descripción del producto. TID, símbolo, etiqueta y término siempre se asignan exactamente a un número de artículo específico.

Los costes relativamente altos para estos cables premium no sólo son consecuencia del aumento de los costes de los materiales, la mano de obra y la prueba, sino también de los gastos de la certificación y las tasas del uso de símbolos, etiquetas y términos, números TID e inclusión en los listados pertinentes. La mayoría de los proveedores de estos cables son miembros de los organismos y los comités apropiados. Por ende, los clientes y los usuarios pueden estar seguros de que sus cables cumplen o incluso superan las respectivas pruebas de calidad.

Además, las compañías tienes sus propias ratios de prueba del 100%. Y, por el otro lado, con los proveedores de cables económicos esa ratio es baja – o incluso cero. Las pruebas llevadas a cabo difícilmente, o de ningún modo, se pueden trasladar a otras versiones de cable. El proceso de producción no suele permitir su reproducción en un lote y las pruebas y las revisiones de calidad tampoco se pueden repetir.

Los fabricantes de cables y conectores de alta calidad, por su parte, son especialistas en materiales y procesos, desde el moldeado y la talladura de las herramientas a la perforación y el revestimiento. Gracias a su nivel de integración vertical, prácticamente sólo usan sus propios productos y componentes.

Algunos proveedores ofrecen características adicionales, como cables con atenuación de entrada medida, comunicación cruzada reducida o diagramas de ojos. Por ejemplo, los conectores USB Tipo C de Molex utilizan nylon de alta temperatura o nylon 64 como material de la cubierta y un proceso de moldeado por inserción 3-tier para garantizar la durabilidad durante la conexión y la fiabilidad eléctrica del conector.

Otros fabricantes también poseen sus propias tecnologías patentadas. Por ejemplo, JAE ha optimizado sus conectores / cables HDMI con métodos patentados para alcanzar la velocidad demandada. Usa un localizador basado en resina para todos los conectores USB 3.1 con la intención de alinear con precisión no sólo la separación entre pines, sino también la altura de pin, garantizando así una calidad de transmisión superior. También se usan los números TID en este nivel de calidad.

¿Cómo se puede reconocer un cable de alta calidad?

  • Las especificaciones como rango de temperatura, velocidades, corriente y ciclos de conexión están enumeradas y disponibles en la ficha técnica y en la página web del fabricante
  • Se ofrece información relativa a la sección transversal del conductor de las líneas de datos y alimentación, así como el número de hilos individuales
  • Posee, al menos, doble apantallamiento junto a la indicación de la atenuación de la interferencia y la atenuación de la señal a través del cable
  • Se especifica la ratio de prueba y las pruebas funcionales de envejecimiento se realizan bajo condiciones ambientales reales
  • Está certificado y marcado con símbolos y etiquetas protegidos
  • Se usan técnicas de optimización relativas a la construcción y el diseño
  • Estructura y grosor de los hilos, recubrimiento de dichos hilos o cables
  • Calidad de la mano de obra
  • Disponibilidad a largo plazo
  • Existencia de resistencias USB
  • Especificación de las resistencias de contacto, la atenuación de señal y la atenuación del apantallado
  • Chip integrado para USB power delivery (USB-PD)
  • Uso de los materiales adecuados
  • Cumplimiento de los requisitos de RoHS y REACH
  • La experiencia del fabricante en mercados exigentes como entornos industriales, el sector del automóvil, tecnología médica, proyectos aeroespaciales, etc.

Estándares de rendimiento en la calidad de los cables

Así, los nuevos cables USB y HDMI proporcionan el siguiente rendimiento:

USB Tipo-C

  • Índice de transmisión de (datos) de 10 Gbps (USB 3.1 Gen2)
  • Cargador USB (USB power delivery) con hasta 100 W (5 A / 20 V)

HDMI ultra high speed

  • Una nueva velocidad de transmisión de 48 Gbps.

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