Câbles USB: la taille compte

Câbles USB: la taille compte

On aurait tendance à se dire qu'un câble USB en vaut bien un autre et qu'il n'y a aucune raison pour dépenser plusieurs dizaines de francs dans un câble de soit disant bonne qualité alors qu'on peut en trouver un probablement équivalent pour quelques francs sur Internet. A-t-on raison ou pas? la question mérite d'être posée...


Ces deux câbles USB Micro-B sont-ils équivalents?
Ces deux câbles USB Micro-B sont-ils équivalents?



Pour pouvoir répondre, nous allons tout d'abord évoquer deux règles essentielles en électricité, vous les avez sûrement apprises à l'école, mais un petit rappel de ne fera probablement pas de mal.

La loi d'Ohm, nous dit que la différence de potentiel (en volts) aux bornes d'un conducteur électrique est égale à sa résistance interne (en ohms) fois l'intensité du courant (en ampères) qui le traverse. Cette loi est connue sous la forme U = R . I.

La tension (U) aux bornes d'un conduteur est égale au produit de sa résistance (R) et du courant qui le traverse (I)
La tension (U) aux bornes d'un conduteur est égale au produit de sa résistance (R) et du courant qui le traverse (I)



Une autre loi nous dit que la différence de potentiel (en volts) aux bornes d'un groupe de conducteurs connectés en série est égale à la somme des différences de potentiel aux bornes de ces conducteurs.

Les tensions aux bornes de dipôles montés en série s'ajoutent
Les tensions aux bornes de dipôles montés en série s'ajoutent



Il se trouve que ces deux lois ont une conséquence sur les câbles USB: à l'école on vous a appris que les les câbles avaient une résistance nulle, et bien on vous a menti :-) Les câbles électriques ont une résistance souvent négligeable certes, mais qui n'est certainement pas nulle.

Par conséquent un module USB au bout de son câble se comporte comme s'il y était intercalé entre deux résistances: une pour le fil VCC et une autre pour le fil GND (Ce sont les fils d'alimentation rouge et noir). Une partie de l'énergie va donc disparaître dans les fils.


Donc si on appelle Rp la résistance du fil plus, Rm la résistance du fils moins Vusb le voltage fourni par le PC au niveau de la prise USB et I la courant qui traverse le cable, en vertu des deux lois citées plus haut, le voltage à l'entré du module n'est plus que Vusb - I.(Rp + Rm).

Les fils d'un câble USB se comportent comme des résistances, ce qui influe sur la tension disponible pour le module
Les fils d'un câble USB se comportent comme des résistances, ce qui influe sur la tension disponible pour le module



On comprend donc qu'il vaut mieux que la résistance du câble ne soit pas trop élevée, surtout surtout si le module consomme beaucoup.

Les spécification USB imposent des limites: le host doit être capable de fournir entre 4.65 et 5.25 volts au niveau de la prise USB et un module USB doit être capable de se contenter de 4.4v.

Après la théorie, la pratique: nous avons mesuré la résistance totale (fil VCC + fil GND) de quelques câbles USB du marché afin de faire un comparatif et de pouvoir décider en connaissance de cause si tous les câbles USB sont équivalents.

Marque / LongueurRésistance (ohm)
Cable générique (0.3m) 0.289
Cable générique (1m)0.598
Delock (1m)0.256
Nokia (1.2m)0.526
Delock (2m)0.264
Manhattan (5m)1.429




Première observation: on a un facteur 5 entre le câble qui a la plus grande résistance et celui qui a la plus faible. On peut assez facilement calculer les conséquences en termes de chute de voltage. Le tableau ci-dessous résume le voltage au bornes du module en fonction du câble et de sa consommation, en considérant le cas le plus défavorable (4.65v à la sortie du PC).


Marque50 mA100 mA150 mA200 mA300 mA400 mA500 mA
Cable Géneric (0.3m)4.64v4.62v4.61v4.59v4.56v4.53v4.51v
Câble génerique (1m)4.62v4.59v4.56v4.53v4.47v4.414.35v
Delock (1m)4.644.62v4.61v4.60v4.57v4.55v4.52v
Nokia (1.2m)4.62v4.60v4.57v4.54v4.49v4.44v4.39v
Delock (2m)4.64v4.62v4.61v4.60v4.57v4.54v4.52v
Manhattan (5m4.58v4.51v4.44v4.36v4.22v4.08v3.94v



La pratique montre qu'en général un module USB se déconnecte avant d'atteindre les 4.4v fatidiques. Notez que cela ne signifie pas forcement que le module ne fonctionne plus. Il se déconnecte simplement du bus USB, si la tension remonte il se reconnectera.

Les fils d'un câble USB sont tellement fins qu'ils ont du mal à véhiculer de la puissance
Les fils d'un câble USB sont tellement fins qu'ils ont du mal à véhiculer de la puissance



Conclusion: Les fils d'un câble USB sont tellement fins qu'ils ont du mal a transporter de la puissance. Plus les fils sont fins et/ou longs, plus leur résistance va augmenter, au point que dans certains cas extrêmes la connexion USB ne va pas fonctionner. Globalement si vous utilisez des modules USB qui consomment moins de 200mA, vous ne risquez pas grand chose, au delà il va falloir choisir vos câbles avec soin. Évidement, aucun fabricant de câble USB ne vous donnera la résistance de ses câbles, mais vous pouvez vous fier à l'heuristique suivante: utilisez des câbles aussi courts que possible, et évitez les câbles trop fins.

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1 - dodutils Dimanche 18 mai 2014 20H42

Un bon wiki contenant un tableau de déperdition des câbles cuivre en fonction de la distance et du diamètre :

http://en.wikipedia.org/wiki/American_wire_gauge#Tables_of_AWG_wire_sizes

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