I cavi USB richiedono un po 'di ingegneria di precisione. Esistono requisiti rigorosi sul valore dell'impedenza differenziale, sulla qualità delle interconnessioni e sulla quantità di perdite per cavo. La parte ad alta velocità del cavo USB, anche a velocità dati USB 2.0 480 Mbps, è costituita da una coppia di fili intrecciati, il tutto avvolto in uno schermo. Questo lo rende un cavo "biassiale". Il cavo viene realizzato nel modo più uniforme possibile, esercitando una buona disciplina di produzione, che riduce la riflessione / diffusione delle onde quando le transizioni / i bordi del segnale si propagano lungo il canale.

Tuttavia, tutti i "calcoli complessi" sono stati eseguiti cinquantasettanta anni fa e il risultato netto è piuttosto semplice.

L'impedenza caratteristica di un filo intrecciato (o guida d'onda planare, o cavo coassiale) è una funzione della geometria del conduttore e della costante dielettrica dell'isolante tra i conduttori. Per renderlo differenziale di 90 ohm, due fili di un certo diametro del nucleo e un certo spessore di isolante vengono intrecciati insieme (a un certo numero di torsioni per metro). La torsione assicura che la distanza tra i fili rimanga costante, perché è un parametro importante che definisce l'uniformità della linea di trasmissione. Anche lo spessore dell'isolamento dovrebbe essere ben controllato, per lo stesso motivo. Anche il numero di torsioni per unità di lunghezza è importante, ma in misura minore.

Ora, il diametro dell'isolamento definisce la distanza tra due conduttori di segnale e le proprietà elettriche di questa geometria sono state calcolate molto tempo fa. Quindi un produttore di cavi USB (intendo cavi sfusi) sa quale diametro scegliere, quale tipo di isolamento utilizzare e come torcere. La selezione finale dei parametri del filo passa attraverso la sperimentazione, dove la qualità del cavo e parametrica viene misurata da apparecchiature speciali. Dopo di che il cavo grezzo entra in produzione e viene venduto ai produttori di cavi, che ne saldano pezzi a un paio di connettori USB e ne incapsulano le estremità mediante stampaggio a pressione.

Quindi, i cavi del segnale USB hanno un trattamento speciale.

I cavi a impedenza controllata sono progettati per soddisfare le velocità di trasferimento dati, l'impedenza e la tolleranza. La tolleranza del disadattamento dell'impedenza viene misurata in Return Loss, RL [dB], chiamato anche s11, uno dei quattro parametri di scattering per dispositivi a due porte.

Impedenza RF per cavo coassiale. è definito dal rapporto tra conduttore esterno e conduttore interno fattorizzato dalla relativa costante dielettrica. Rapporti complessi simili vengono utilizzati per doppino ritorto, microstriscia e stripline. Questi rapporti sono abbastanza coerenti e includono gli effetti sulla pelle dei conduttori.

Tutti i fornitori di cavi devono aderire a questi criteri di progettazione geometrica e il suo progetto viene testato per perdita di ritorno. Ciò non significa che ogni produttore di ogni cavo venga testato in base a questi requisiti in produzione o che ogni cavo sia stato progettato e verificato con metodi sofisticati, ma i cavi di buona qualità verificano la progettazione e le tolleranze per la producibilità.

Man mano che la velocità dei dati aumenta, il cavo flessibile potrebbe diventare più rigido per una migliore coerenza.

Man mano che i conduttori si assottigliano o si distanziano ulteriormente con maggiore spazio d'aria tra l'isolamento, l'impedenza aumenta.

L'impedenza del segnale differenziale è solitamente la somma di ciascuna impedenza single ended

Questo termine di impedenza usato qui è chiamato "impedenza caratteristica" dove la lunghezza del cavo è approssimativamente> = 5% della lunghezza d'onda della frequenza più alta nello spettro del segnale.

Al di sotto di questa frequenza, l'induttanza o la capacità del cavo è più significativa rispettivamente per le correnti transitorie e i circuiti ad alta impedenza e, naturalmente, per la resistenza di isolamento CC.