Câbles USB: le blindage compte aussi...

Câbles USB: le blindage compte aussi...

oui, j'ai des enfants :-)Il y a six ans, nous vous proposions un article sur l'influence de la résistance électrique des câbles USB sur le bon fonctionnement des périphériques. Aujourd'hui, nous allons parler d'un problème connexe peu connu, et qui nous a récemment poussé à changer de fournisseur de câbles USB: le blindage des câbles USB.



Pourquoi un blindage ?


Selon le standard USB 2.0, un câble USB doit être fait de 5 conducteurs au minimum: les deux fils d'alimentation, la paire différentielle pour la communication et un cinquième conducteur de blindage en cuivre tressé, qui doit envelopper tous les autres sur toute la longueur du câble et être raccordé aux coques des connecteurs aux deux extrémités. Même la version moins rapide dite full-speed à 12 Mb/s, aussi appelée USB 1.1, exige un câble blindé (voir Spécifications USB 2.0, paragraphe 6.1).

Pourtant, si vous faites un essai avec un câble blindé et un câble non blindé, il y a de forte chance que vous ne voyez pas de différence apparente. Alors à quoi sert le blindage ? Voici une petite histoire en guise de réponse.

Il y a quelques temps, nous sommes allés faire des mesures de compatibilité électromagnétiques d'un module au laboratoire de test accrédité. En partant, nous avions pris les câbles USB que nous avions sous la main. Mais lors des mesures d'émission du module, nous avons eu une très mauvaise surprise:

Emissions d'un Yocto-3D-V2 avec un câble USB mal blindé
Emissions d'un Yocto-3D-V2 avec un câble USB mal blindé


Si vous n'êtes pas familier avec ce genre de graphes, sachez que dépasser la ligne rouge est éliminatoire.

Nous avons perdu un temps considérable à chercher la source du problème, jusqu'à remarquer que le câble USB que nous utilisions n'était pas tout à fait le même que d'habitude. En remplaçant le câble par un autre correctement blindé, tout est rentré dans l'ordre:

Emissions d'un Yocto-3D-V2 avec un vrai câble USB blindé
Emissions d'un Yocto-3D-V2 avec un vrai câble USB blindé



Mis à part le côté obligatoire des limites légales d'émissions, qui a déjà son importance en soi, ces mesures démontrent l'efficacité que le blindage aura aussi pour limiter l'effet des perturbations électromagnétiques. En effet, le blindage est tout aussi utile pour se protéger des perturbations externes qui pourraient s'induire dans les câbles, par exemple lors de chocs transitoires sur une ligne de courant secteur à proximité d'un câble USB. C'est à cause de ce genre de failles d'implémentation des standards d'immunité que les raccordements USB ont moins bonne réputation dans le milieu industriels que les raccordement RS232 par exemple, réputés plus robustes en raison des niveaux de tension plus élevés utilisés pour la signalisation.

Banc de test pour câble USB


Comme nous nous étions fait piégés par un mauvais câble, nous avons décidé de faire quelques tests des câbles vendus sous le nom "USB 2.0" dans le commerce... Selon la spécification USB 2.0 (section 6.6.3), la résistance entre les deux coques de blindage, via le blindage, ne devrait pas dépasser 0.6Ω. Nous avons donc acheté différents câbles de toutes catégories, et nous nous sommes fabriqué un testeur de câble, basé sur le principe décrit dans un article précédent.

Comme nous voulions mesurer la résistance de plusieurs conducteurs, nous avons utilisé un Yocto-MaxiBridge, qui offre quatre entrées de mesure. S'agissant de mesurer des résistances inférieures à 1Ω, il faut garantir à tous points de la mesure des très bons contacts. Nous avons donc fabriqué un petit circuit qui se soude directement sur le Yocto-MaxiBridge, comportant directement les connecteurs USB adaptés aux câbles à tester, et les résistances de précision pour la mesure ratiométrique.

Notre testeur de câbles USB de précision
Notre testeur de câbles USB de précision


Il nous suffi de brancher chaque câble à tester, et le résultat de la mesure apparait instantanément sur l'interface:

Interface du testeur de câbles
Interface du testeur de câbles


Les résultats


Les résultats sont... édifiants. La plupart des câbles "USB 2.0" d'entrée de gamme que l'on trouve dans le commerce, pourtant vendus parfois plus de 10$, ne sont pas blindés, ou sont mal blindé, ce qui revient à peu près au même. Voici ce qu'on observe si l'on ouvre à l'aide d'un cutter le surmoulage en plastique autour des connecteurs USB:




Dans certains câbles bon marché, il n'y a pas de blindage du tout. Ce type de câble n'est absolument pas conforme et ne devrait pas être vendu sous la dénomination USB 2.0.




Souvent, le câble lui-même est blindé, mais les connecteurs ne le sont pas. Parfois, pour faire illusion, un petit fil du blindage du câble est parfois soudé au contact de masse, de sorte à ce qu'un test à l'aide d'un "bipeur" donne l'impression d'un blindage correct. C'est un tel câble qui nous avait induit en erreur lors de nos tests d'émissions.
Résistance du blindage: 3.3Ω, non conforme.


Certains fabricants achètent du bon matériel, mais n'ont pas les bonnes machines pour les monter. On se retrouve avec des câbles comme celui-ci où un bon connecteur à coque blindée se retrouve serti sur un moulage en plastique à la place d'être serti sur le blindage du câble. Du coup, la conductivité du blindage n'est à nouveau assurée que par un petit fil.
Résistance du blindage: 3.6Ω, non conforme.


Sans instrument de mesure et sans référence, la seule manière à peu près sûre d'obtenir un bon câble USB dans un supermarché consiste à acheter la version "de luxe" avec des connecteurs dorés, souvent vendue plus de 30$. Tous les câbles de cette gamme que nous avons testés étaient faits correctement. Mais 30$, c'est un peu cher pour un câble USB...

Nous avons heureusement déniché une marque qui fait des câbles USB correctement, et que l'on peut acheter pour un prix abordable: Delock. Ce sont donc ces câbles que nous revendons depuis le printemps dernier.

Malheureusement Delock ne commercialise pas de câbles microB-micro-B-OTG, tels que nécessaire pour brancher nos modules à un téléphone Android ou à nos YoctoHub. De fait, aucun des câbles microB-microB-OTG que nous ayons pu trouver dans le commerce n'était correctement blindé. Nous avons donc du trouver un fabricant de câble qui accepte de nous en fabriquer conformément aux spécifications. Ce sont ceux que nous vous proposons sur notre shop.

Conclusion


Si vous désirez reproduire ce testeur de câble chez vous, vous pouvez nous contacter pour obtenir les instructions de fabrication du PCB. Lorsque vous commandez votre Yocto-MaxiBridge, n'oubliez pas de nous indiquer que vous le désirez sans bornier, pour pouvoir souder directement le circuit portant les connecteurs.

Et si vous désirez construire un système basé sur des modules USB, et que vous devez faire certifier votre système, souvenez-vous de cet article et utilisez des câbles USB blindés!

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