USB-Typ-C-Anschlüsse von Molex

Molex nutzt für USB-Typ-C-Anschlüsse Hochtemperatur-Nylon oder Nylon 64 als Gehäusematerial und ein dreistufiges Einsteckverfahren gewährleistet eine hohe Veredelung und elektrische Zuverlässigkeit des Steckers. (Bild: Molex)

Eckdaten

Die Anforderungen an ein Datenkabel sind je nach Einsatzzweck sehr unterschiedlich. Die Auswahl eines geeigneten Kabels kann je nach Anwendung eine Herausforderung sein. Eine Hilfe ist die Einteilung in vier Qualitätsstufen. Im ersten Level werden die einzelnen Komponenten betrachtet. Im zweiten Level werden die Bedingungen angepasst, die aufgrund der geforderten Leistung notwendig sind. Die Performanz des Gesamtsystems wird im dritten Level verifiziert. Im vierten Level wird die Leistung zusätzlich zertifiziert.

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JAE erreicht bei HDMI-Steckern und -Kabeln mit patentierten Verfahren eine hohe Geschwindigkeit. JAE

Das Kabel selbst, das Informationen wie Video- und Audiodaten sowie Energie überträgt, besteht aus einer Ader oder einem mehradrigen Verbund von Adern, die voneinander isoliert sind. Dazu kommen Stecker, Verbindungsstellen zwischen diesen Komponenten, Schirmung, Schlauch sowie Knickschutz und Gehäuse. Jede dieser Komponenten einschließlich deren Verarbeitung ist letztendlich entscheidend für die Leistung des Kabels und somit für Qualität und Geschwindigkeit der Datenübertragung und das mögliche Einsatzgebiet des Kabels. Auch wenn sich günstige USB- oder HDMI-Kabel von den teureren Varianten kaum unterscheiden, kann es große qualitative Unterschiede geben – selbst bei ähnlicher technischer Spezifikation.

Eine weitere Herausforderung bei der Auswahl eines geeigneten Kabels: Günstige Kabel mit USB-Type-C-Stecker suggerieren oft mehr Funktionen, als tatsächlich vorhanden sind. Zudem sind Begriffe wie Schnellladekabel oder High-Speed-Datenkabel nicht geschützt und somit nicht aussagekräftig.

Eine Hilfe ist die Einteilung in vier Qualitätsstufen: Im ersten Level werden die Voraussetzungen geschaffen, um die Leistung zu erreichen; hier werden die einzelnen Komponenten betrachtet. Im zweiten Level werden die Bedingungen angepasst, die aufgrund der geforderten Leistung notwendig sind. Die Performanz des Gesamtsystems wird im dritten Level verifiziert. Im vierten Level wird die Leistung zusätzlich zertifiziert. Im Folgenden betrachten wir die vier Level im Detail.

Erfüllen Komponenten die Anforderungen?

Die Optik und Haptik von Verbindungskabeln lassen oft schon einen ersten Schluss auf die Qualität zu. Hochwertige Varianten fallen beispielsweise dadurch auf, dass keine Standardstecker, sondern Stecker mit vergoldeten Kontakten angebracht sind. Auch die Verbindung zwischen Stecker und Kabel ist ausschlaggebend: HDMI-Kabel beispielsweise dürfen selbst nach hunderten Steckzyklen keine Schwachstellen an den Verbindungsstellen aufweisen. Auch die Steckfestigkeit darf vom Ein- und Ausstecken nicht beeinträchtigt werden: HDMI-Kabel lassen sich idealerweise locker einstecken und halten ohne viel Spiel.

Die Dicke und die Steifigkeit eines Kabels sind zudem Indikatoren für die Qualität und zum Teil sogar technisch bedingt, denn: Je länger die Strecke ist, die ein HDMI-Signal zurücklegt, desto wahrscheinlicher sind Störungen. Das HDMI-Kabel besteht aus Einzelleitungen, die gegeneinander isoliert sind. Die Anzahl dieser Einzelleitungen ist ausschlaggebend dafür, welche Strecke ein Kabel überbrücken kann, ohne das Signal zu sehr zu schwächen. Je mehr Einzelleitungen, desto dicker das Kabel. Neben der zu überbrückenden Strecke sind die zu transportierenden Ströme maßgeblich für die Kabeldicke. Für höhere Ströme und Geschwindigkeiten werden aufgrund der größeren Störungen bessere Schirmungen und somit größere Kabeldurchmesser nötig.

Werden Kabel häufig auf- und abgewickelt, dürfen dabei keine Kabelbrüche oder anderweitige Defekte entstehen. Eine Ummantelung aus PVC, manchmal auch aus Nylon, schützen hiervor.

Wie gut ist das System?

Schirmung ist jedoch nicht gleich Schirmung. Schlecht abgeschirmte Kabel können dazu führen, dass das Signal durch externe Störquellen, beispielsweise naheliegende Stromleitungen oder weitere Datenleitungen, beeinträchtigt wird. Dies kann zu sichtbaren Auffälligkeiten auf dem Bildschirm führen, beispielsweise zu weißen Pixeln. Deswegen werden im zweiten Level die einzelnen Komponenten so angepasst, dass das System den gewünschten Anforderungen gerecht wird.

Für viele Anwendungen sind drei- bis vierfach abgeschirmte HDMI-Kabel mit guter Verarbeitung ausreichend. Mehrfachschirmungen verringern die Störanfälligkeit, zum Beispiel verursacht durch elektromagnetische Interferenz. Sie werden aus Schirmungen der Innenleiter mithilfe von beispielsweise Metallgeflechten oder -folien sowie einer Schirmung im Mantel, auch aus mehreren Lagen, und gegebenenfalls einem Massedrahtanschluss realisiert.

Neben der Anzahl der Schirmungen sind die Verarbeitungsqualität, also die Dichte der Schirmwicklung, sowie die Abdeckung der Schirmung (in welchem Bereich des Kabels/der Verbindungsstelle/des Steckers endet die Schirmung?) entscheidend. Dazu gehört auch die präzise Ausrichtung von Litzen und Steckerkontakt sowie deren (Löt-/Crimp-) Verbindung für einen möglichst geringen und stabilen Übergangswiderstand.

Natürlich hat auch das verwendete Material für Kabel, Stecker und Schirmung Einfluss auf die Qualität. Hochwertige Kabel sind abrieb- und reißfest, besser vor Brüchen und Knicken geschützt, beständig gegen UV und Öl, flammhemmend und halogenfrei. Zudem richten sich die Hersteller hochwertiger Kabel nach RoHS- und Reach-Anforderungen.

Thema der nächsten Seite: Was leistet das Kabel tatsächlich?

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JAE richtet bei allen USB-3.1-Steckern nicht nur den Kontaktabstand, sondern auch die Kontakthöhe exakt aus, um die Übertragungsqualität zu verbessern. JAE

Die Anforderungen an ein Datenkabel sind je nach Einsatzzweck sehr unterschiedlich: Wird es im Wohnzimmer oder im Automobil verwendet? Ist es moderaten Umgebungsbedingungen ausgesetzt oder muss es großen Temperaturschwankungen standhalten? Ist eine verminderte Performanz nur ärgerlich oder ist sie ein finanzielles Risiko und im schlimmsten Fall sogar lebensbedrohlich?

Für Anwendungsbereiche, bei denen man sich auf die Performanz der Kabel verlassen können muss – dazu gehören unter anderem Automotive, Industrie, Medizin sowie Luft- und Raumfahrt – werden Mindestanforderungen beschrieben. Diese sind durch das Produktionsteil-Abnahmeverfahren (Production Part Approval Process, PPAP) vorgegeben.

Kabel, die nachweislich diese harten Spezifikationen erfüllen, sind in Level 3 einzuordnen und im Normalfall nur beim Profi erhältlich. Sie halten die vorgegebenen Nennwerte ein und die angegebenen Toleranzen können ausgereizt werden. Viele Kabel funktionieren auch in Extrembereichen zuverlässig, zum Beispiel hinsichtlich Temperatur, Biegeradius oder Alterung.

Bei der Herstellung sind die Kernkompetenzen der Hersteller gefragt: Sie sind Spezialisten für Materialien und Prozesse, dank ihrer hohen Fertigungstiefe nutzen sie fast ausschließlich eigene Produkte – entsprechend höher fallen die Preise für Level-3-Kabel also aus.

An den folgenden Punkten können Sie ein hochwertiges Kabel erkennen:

  • Kabel erfüllen mechanische, elektrische und physikalische Vorgaben.
  • Spezifikationen wie Temperaturbereich, Geschwindigkeiten, Stromstärke und Steckzyklen finden sich im Datenblatt.
  • Angaben zu Leiterquerschnitt der Daten-/Stromleitung und Anzahl der einzelnen Litzen
  • Kabel besitzen mindestens eine doppelte Schirmung mit Angabe der Dämpfung von Störungen und Dämpfung des Signals.
  • Angabe der Prüfquote, Funktions- und Alterungstests unter realen Umgebungsbedingungen
  • spezifizierte Übergangswiderstände, Signaldämpfung, Schirmungsdämpfung

Für erstklassige Übertragungsqualitäten oder höchstmögliche elektrische Zuverlässigkeit setzen manche Hersteller weiterhin spezielle Materialien oder Verfahren ein: Molex nutzt für USB-Typ-C-Anschlüsse Hochtemperatur-Nylon oder Nylon 64 als Gehäusematerial und ein dreistufiges Einsteckverfahren gewährleistet eine hohe Veredelung und elektrische Zuverlässigkeit des Steckers. JAE erreicht bei HDMI-Steckern und -Kabeln mit patentierten Verfahren eine hohe Geschwindigkeit. Das Unternehmen richtet zudem bei allen USB-3.1-Steckern nicht nur den Kontaktabstand, sondern auch die Kontakthöhe exakt aus, um die Übertragungsqualität zu verbessern.

Unabhängige Tests und Zertifizierungen belegen die Qualität

Noch einen Schritt weiter geht das vierte Level: Hier wird die Leistung der Kabel zusätzlich von autorisierten unabhängigen Stellen geprüft und entsprechend zertifiziert, wenn gewisse Standards eingehalten werden. Hersteller dürfen nach erfolgreicher Zertifizierung geschützte Logos und Begriffe für ihre Produkte verwenden, beispielsweise die Test-ID-Nummer (TID) für USB-Kabel oder das Label Ultra High Speed HDMI für HDMI-Kabel.

Diese Maßnahmen haben aber ihren Preis: Neben den Zertifizierungskosten müssen Hersteller zusätzlich für Mitglieds- und Logogebühren sowie für die Listung aufkommen. Kunden und Nutzer können sich dafür sicher sein, dass diese Kabel ihre Qualitätstests erfüllen – wenn nicht übertreffen.

Folgende Performance bieten die neuen USB- und HDMI-Kabel

USB Type C

・10 GBit/s (Daten-) Übertragungsgeschwindigkeit (USB 3.1 Gen2 )

・USB Charger (USB Power Delivery) mit bis zu 100 W Leistung (5 A/20 V)

 Ultra-High-Speed HDMI

・Eine neue Übertragungsgeschwindigkeit von 48 Gbps

 

Martin Pfalzgraf

Technischer Support bei Rutronik Elektronische Bauelemente

(neu)

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