Cavi USB-C ai raggi X: quali differenze costruttive tra l'uno e l'altro

Le soluzioni ai problemi più complessi dell’umanità dipendono dai processi produttivi. Quant’è vero questo assunto! E c’è addirittura un’azienda, Lumafield, che l’ha fatto diventare motivo fondante delle sue attività. Nasce così l’idea di guardare dentro il funzionamento dei dispositivi elettronici evidenziando possibili lacune prima dell’immissione sul mercato. Zone d’ombra che potrebbero ad esempio portare a incresciosi (e costosi) richiami di prodotto. Gli stessi cavi USB-C non possono e non devono sottrarsi a valutazioni approfondite: anche perché se ci si trova dinanzi a un cavo da 5 euro e a uno da 149 euro qualche differenza dovrà pur esserci.

Fondata nel 2019, Lumafield riconosce che mentre i prodotti e le tecnologie di fabbricazione diventano sempre più complessi e sofisticati, gli strumenti di debug utilizzati dagli ingegneri per risolvere i problemi di progettazione sono spesso rimasti ancorati al XIX secolo. L’azienda si propone di colmare questa lacuna, offrendo agli ingegneri strumenti avanzati, come la “visione a raggi X“, che consentono loro di valutare il lavoro sotto una nuova luce. L’obiettivo è quello di permettere ai produttori di qualunque genere di dispositivo di realizzare dispositivi più funzionali, economici e sostenibili.

Cavi USB-C, quali sono le differenze tra i prodotti meno e più costosi

Il nuovo Apple iPhone 15 segna una svolta rispetto ai modelli precedenti. Il “regno” dello storico cavo Lightning, durato 11 anni, è finito ed è iniziata l’era USB-C. Sempre più utenti si chiedono quali possano essere le differenze tra un cavo USB-C e l’altro, anche sulla base di prezzi decisamente variabili.

Lumafield ha voluto usare il suo scanner industriale CT a raggi X Neptune per iniziare a fare un po’ d’ordine e scoprire le diversità tra cavi USB-C, con particolare attenzione alle difformità ingegneristiche tra una versione e l’altra.

Le caratteristiche del cavo Apple Thunderbolt 4 (USB‑C) Pro: (costoso) capolavoro ingegneristico

I tecnici sono partiti dal cavo Apple Thunderbolt 4 (USB‑C) Pro: supporta trasferimenti dati Thunderbolt 3, Thunderbolt 4 e USB 4 con velocità che arrivano fino a 40 Gbps. Permette inoltre l’uscita video DisplayPort (HBR3) e può caricare i dispositivi fornendo fino a 100W. Esaminando nel dettaglio “i segreti” del cavo Thunderbolt 4 di casa Apple, Lumafield l’ha definito come uno “straordinario pezzo di ingegneria di precisione“. D’altra parte costa ben 79 euro nella versione lunga un metro.

La scansione a raggi X del cavo USB-C Apple, che vi invitiamo ad esplorare, mostra un lavoro eccellente: il cavo ha 24 pin, tutti montati in modo indipendente su un PCBA a 10 strati, e utilizza una vera e propria “foresta” di blind vias e buried vias. Con queste espressioni si fa riferimento a due tipi di fori utilizzati nei circuiti stampati: i primi (blind) sono fori ciechi che transitano attraverso uno o più strati del circuito stampato (PCB), senza attraversare l’intera scheda. Sono visibili solo da un lato della scheda.

I buried vias sono invece fori di collegamento che si trovano completamente all’interno della scheda e non sono visibili dall’esterno. Sono utili per interconnettere internamente gli strati di PCB senza compromettere lo spazio disponibile in superficie.

Il cavo Thunderbolt col marchio della Mela contiene tre tipi distinti di fili per abilitare separatamente le capacità di ricarica e trasferimento dati. I conduttori schermati coassialmente nel cavo sono linee dati ad alta velocità. La maggior parte dei collegamenti non schermati trasmette alimentazione, ma due di essi sono cavi dati che supportano la funzionalità USB 2.0 legacy. I fili e le relative schermature sono fissati separatamente sul PCBA.

Come si presenta un cavo USB-C Amazon Basics

Prendendo come “stella polare” il cavo USB-C di Apple, gli esperti di Lumafield hanno quindi esaminato l’architettura interna del cavo USB-C Amazon Basics. Costa esattamente un decimo rispetto al cavo Apple di pari lunghezza (14 euro circa contro 149 euro), ma quanto è valido? Il cavo di ricarica rapida USB-C Amazon Basics permette di gestire fino a 60W di potenza e assicura il trasferimento dati fino a 480 Mbps.

In corrispondenza del connettore sono disposti solo 12 pin, la metà di quelli Thunderbolt, e quattro coppie sono saltate anziché collegate individualmente al PCBA. Si tratta, come osservato da Lumafield, di una soluzione più semplice per garantire funzionalità di base per la ricarica e il trasferimento dati a velocità inferiore.

Cavi USB-C economici: l’esempio NiceTQ da poco più di 5 euro

Lumafield si è però spinta oltre prendendo in esame anche un cavo USB-C disponibile in commercio a poco più di 5 euro. Il produttore NiceTQ afferma che è capace di trasferire dati fino a 10 Gbps, un valore inferiore rispetto al cavo Thunderbolt di Apple ma nettamente superiore rispetto al cavo USB-C Amazon Basics.

Mettendo “sotto la lente” il cavo NiceTQ, tuttavia, sono emerse diverse criticità. “È un cavo molto più primitivo rispetto ai primi due che abbiamo visto. Non ha schermatura metallica sotto il suo involucro di plastica morbida e il guscio della spina galleggia all’interno di plastica sovrastampata senza alcun collegamento al filo di terra. Il pressacavo è semplicemente un’estensione in gomma dell’involucro in plastica della spina, senza rinforzo metallico.

All’interno del connettore sono presenti 8 pin, ma solo quattro di essi sono effettivamente collegati al cavo. Gli altri quattro galleggiano nel sovrastampaggio in plastica del connettore. Ciò può presentare problemi di affidabilità: se uno dei pin attivi si usura o si piega e non si collega in modo affidabile alla porta, non vi sarebbe disponibilità di un pin ridondante sul lato opposto.

I tecnici aggiungono inoltre che si tratta dell’unico cavo USB-C, tra quelli presi in esame, che non contiene PCBA: i pin si collegano direttamente ai fili. Inoltre, continua Lumafield, “il produttore afferma che il cavo trasmette dati fino a 10 Gbps, una velocità che corrisponde a USB 3.1 Gen 2, ma il cavo dispone di pin e fili sufficienti per supportare USB 2.0 fino a 480 Mbps“.

Economici ma ben progettati: i cavi ATYFUER

Per concludere la sua “carrellata”, Lumafield ha preso in esame anche un cavo USB-C ATYFUER che costa addirittura meno di quello marcato NiceTQ ma si mette in evidenza per una costruzione molto più sofisticata. Nonostante il prezzo irrisorio.

Il connettore consta di un set completo di 24 pin, sebbene solo 12 risultino collegati. Nonostante sia pubblicizzato come un cavo di ricarica, i suoi pin e fili sono configurati per il trasferimento dati USB 2.0.

Perché il cavo ha tutti i 24 pin quando solo la metà di essi è collegata? Si sono chiesti gli esperti di Lumafield. I pin extra potrebbero fornire un collegamento più saldo oppure, poiché lo stesso produttore realizza anche cavi Thunderbolt, è apparso più semplice ed economico mantenere un solo progetto.

Le immagini nell’articolo sono di Lumafield e sono tratte da questo post.