Qualität von Verbindungskabeln Kabel ist nicht gleich Kabel

Was unterscheidet ein günstiges USB- oder HDMI- Kabel von einem hochpreisigen? Äußerlich sind praktisch keine Unterschiede zu erkennen, selbst die technischen Eigenschaften und Leistungen scheinen in vielen Fällen ähnlich oder sogar gleich zu sein. Aber dennoch kann es erhebliche Unterschiede geben.

Video- und Audiodaten, Signale und Versorgungsströme kann jedes USB- und HDMI-Kabel (Bild 1) übertragen. Gibt es dabei Fehler, werden diese häufig elektronisch kompensiert, ggf. werden Pegel oder Datenraten reduziert. So fallen zwar keine Qualitätsmängel auf, de facto gibt es sie trotzdem, zum Beispiel Bild- und Tonaussetzer, Pixelblitzen oder Artefakte-Bildung, Datenübertragungsraten werden nicht erreicht oder brechen ein, Geräteakkus werden langsamer geladen als spezifiziert, oder die Leistungsübertragung zwischen Netzteil und Gerät ist geringer als der geforderte Leistungsbedarf.

Die neuesten USB-Type-C-Verbindungskabel müssen eine Datenübertragung mit 10 Gbit/s (USB 3.1 Gen2) ermöglichen und können bis zu 100 W Leistung (20 V / 5 A) übertragen (USB Power Delivery). Verbindungskabel für Ultra High Speed HDMI müssen sogar für eine Übertragungsrate von 48 Gbit/s ausgelegt sein.

Vier Qualitätsstufen für Verbindungskabel

Bei Kabeln werden vier Qualitätsstufen unterschieden. Mit jeder nächsthöheren Stufe erfüllt ein Kabel höhere Anforderungen. Da dies nur mit hochwertigeren Materialien, Fertigungs- und Prüfprozessen zu erreichen ist, steigen auch die Kosten mit jeder Stufe.

Welchem Qualitätsstandard ein Kabel entspricht, lässt sich nicht immer ohne weiteres feststellen. Denn vor allem im Konsumgerätebereich sind Produktbeschreibungen oft nicht belastbar.

Ungeschützte Symbole, Labels und Begriffe wie Schnellladekabel oder HighSpeed-Datenkabel gaukeln technische Eigenschaften vor, die das Kabel gar nicht erbringt. Dasselbe gilt für zahlreiche Kombinationen aus Hardware und Spezifikationen wie günstige Kabel mit USB-Type-C-Stecker. Denn mit einem passiven Verbindungskabel lässt sich trotz USB-Type-C-Stecker nur USB 2.0 realisieren – weil jedes Kabel nur so gut ist wie sein schwächstes Element.

Zudem gilt als Faustregel, zumindest für hohe Stromstärken: Je größer die Leitungsquerschnitte, desto niedriger der Leitungswiderstand – und folglich auch die Spannung über dem Leitungswiderstand – und desto besser das Kabel.

Selbst wenn die Fakten korrekt sind, lassen sie sich dem Produkt oft gar nicht zuordnen. Fast ausschließlich Hersteller aus dem professionellen Segment bieten Verbindungskabel mit exakt definierten Spezifikationen an und weisen auf definierte Normen und Prüfzyklen hin.

Erste Qualitätsstufe: leistungs- fähige Komponenten

In der ersten Qualitätsstufe geht es lediglich darum, die angegebene Leistung zu erreichen. Im Vordergrund steht die Frage: Können die Komponenten des Verbindungskabels das?

Die Kabel selbst bestehen in dieser Qualitätsstufe meist aus Kupfer. Einzelne Litzen aus mehreren Adern sind jeweils ummantelt. Je dicker die Leiter im Kabel, desto höher ist die mögliche Stromstärke.

Mit zunehmender Kabellänge verliert das HDMI-Signal an Qualität, digitale Störungen nehmen zu. Gilt es, eine größere Strecke ohne nennenswerte Qualitätsverluste zu überbrücken, ist ein dickeres Kabel mit mehr Adern zu wählen. Darüber hinaus beeinflusst auch die Zusammensetzung des leitenden Metalls, zum Beispiel der Sauerstoffgehalt im Kupfer, die Signalqualität.

Um die gewünschte Leistung liefern zu können, sind typischerweise abgeschirmte Stecker anstelle von Standardsteckern nötig. In manchen Fällen muss die Bauform der Stecker hinsichtlich des Abstands der Kontaktstifte (Rastermaß) vergrößert werden, um ein mögliches Übersprechen zu reduzieren.

Vergoldete Kontakte haben den Vorteil, dass sie nicht oxidieren. Damit bleiben Reibung und Kontaktwiderstand möglichst gering und das Produkt wirkt hochwertiger.

Hinzu kommt die Verarbeitungsqualität. Sie zeigt sich vor allem nach häufigem (Um-) Stecken und Lösen sowie Auf- und Abwickeln. Bei neuen Verbindungskabeln muss der Steckverbinder fest am Kabel sitzen. Probleme mit minderwertigen HDMI-Kabeln entstehen oftmals durch verbogene oder gebrochene Pins.

Ein weiterer Faktor ist die Steckfestigkeit: HDMI-Stecker lassen sich im Idealfall leicht einstecken und halten ohne großes Spiel.

Werden bei einem Verbindungskabel wertigere Komponenten verarbeitet, verbessern sich damit auch die Eigenschaften des Kabels. Bei höheren Stromstärken kommt es durch parasitäre Eigenschaften und induktive Lasten zu Störungen. Eine Schirmung verbessert die Dämpfungseigenschaften. Die einfachste Variante besteht aus einer Folie und einem Geflecht zur Schirmung im Kabel. Bei einem minderwertigen Kabel besteht der Außenleiter nur aus wenigen einzelnen Kupferlitzen, die Isolierung darunter ist gut zu erkennen.

Um die verbesserte Leistung abrufen zu können, genügen eine einfache Schirmung und dünne Leiterdurchmesser nicht mehr. Damit wird die Dicke, beziehungsweise Steifigkeit des Kabels zu einem Indikator, auch die Verbindungsstellen und die Konstruktion werden wichtiger.

Zweite Qualitätsstufe: Gesamt- system unter der Lupe

Die eben genannten leistungsfähigeren Komponenten haben den gewünschten, positiven Einfluss auf die Leistung eines Kabels, zum Beispiel wird die Übertragungsrate von 480 Mbit/s auf 10 Gbit/s erhöht. Damit einhergehend verändern sich die Anforderungen an das Kabel, zum Beispiel das EMI/RFI-Verhalten. In der zweiten Qualitätsstufe müssen dann einzelne Komponenten so gewählt beziehungsweise angepasst werden, dass die Kabel diese bessere Leistung unter den geforderten Bedingungen auch erbringen können. Die Frage lautet dann: Kann es das System?

Bei schlecht abgeschirmten HDMI-Kabeln kann das Signal durch externe Störquellen beeinflusst werden, beispielsweise durch benachbarte Strom- oder Datenleitungen. Im schlimmsten Fall führt das zu sichtbaren Artefakten auf dem Bildschirm in Form von weißen Pixeln. Mit einer Schirmung im Mantel (Metallgeflecht, Metallfolie oder Massedraht-Anschluss) und einer Schirmung der Innenleiter (Metallgeflecht oder Metallfolie) lässt sich das EMV-Verhalten (EMI/RFI) verbessern.

Für die meisten Einsatzgebiete sind drei- bis vierfach abgeschirmte, solide verarbeitete HDMI-Kabel ausreichend. Befinden sich starke Stromquellen in der Nähe der Kabel, ist eine Variante mit mehrfacher Abschirmung zu empfehlen. Hochwertige Kabel haben aufwendige Schirmkonstruktionen aus mehreren Lagen oder magnetischen Werkstoffen.

Qualitätsunterschiede sind leicht an der Dichte der Schirmwicklung zu erkennen: Bei guten Kabeln ist diese »blickdicht«. Ein weiterer Punkt ist die Abdeckung der Schirmung. Endet die Schirmung im Bereich des verdrillten Kabels, des nichtverdrillten Kabels, im Bereich der blanken Leiter oder der Verbindungsstelle zwischen Leiter und Steckergehäusekontakt oder erst am Steckergehäuse? Erfolgt die Verbindung zwischen Schirmung und Stecker vollflächig oder nur über einen Verbindungsdraht (Pigtail)? Wie gut ist die Löt-/Crimp-Verbindung Innenleiter-Steckerkontakt und die Positionierung der Kabel – das heißt die präzise Ausrichtung von Innenleiter zu Steckerkontakt, die Abstände zwischen den Innenleitern innerhalb einer Ebene, zwischen zwei Ebenen? Die Verbindung Innenleiter-Steckerkontakt entscheidet wesentlich über den Übergangswiderstand, der möglichst gering, stabil und konstant sein soll.

Bei der Materialauswahl richten sich Hersteller hochwertiger Kabel nach den RoHS- und Reach-Anforderungen. Die Kabel sind zudem abrieb- und reißfest, UV- und Öl-beständig, flammhemmend sowie halogenfrei. HDMI-Kabel mit spezieller Nylonummantelung schützen in der Regel besser vor Brüchen, Knicken, Rissen und Verwindungen als solche mit Plastikummantelung.

Dritte Qualitätsstufe: Was wird tatsächlich geliefert?

Auf der dritten Qualitätsstufe wird die Leistung des Verbindungskabels verifiziert; die Frage ist: Liefert das System tatsächlich das, was es theoretisch kann? Für Anwendungsbereiche wie Automobil, Industrie, Medizin, Luft- und Raumfahrt beschreibt diese Stufe die Mindestanforderungen, wie sie auch durch Abnahmeverfahren wie PPAP (Production Part Approval Process) vorgegeben sind.

Bei diesen Verbindungskabeln können sich Anwender darauf verlassen, dass sie die Nennwerte einhalten und die angegebenen Toleranzen ausgeschöpft werden können. Viele Kabel funktionieren auch in Extrembereichen zuverlässig etwa hinsichtlich der Temperatur oder bezüglich Biegeradius beziehungsweise Alterung.

Um die Anforderungen dieser Qualitätsstufe bei Kabeln zu erfüllen, müssen USB-Typ-C-Stecker an einer USB-3.1-Micro-B-Buchsenanordnung einen Widerstand von 56 kΩ zur Verbindung mit der Versorgungsspannung verwenden (Pullup). Bei USB-3.1-Kabeln sind zusätzliche verdrillte Leitungspaare für SuperSpeed-Receiver (SSRX, Pins 5,6) und -Transmitter (SSTX, Pins 8,9) ein Muss. Außerdem ist in den Verbindungskabeln ein IC integriert, das mit den angeschlossenen Geräten kommuniziert und zum Beispiel die Information überträgt, wie hoch der Ladestrom sein darf. So werden Schäden am angeschlossenen Gerät – und seinem Nutzer – verhindert.

Vierte Qualitätsstufe: Qualität unter Beweis

Auf der höchsten Qualitätsstufe müssen die Verbindungskabel ihre Leistung nachweisbar erbringen. Hier finden sich ausschließlich zertifizierte Produkte, die Zertifizierung wird durch ein geschütztes Symbol gekennzeichnet. Ein Indikator für ein solches USB-Kabel ist eine TID-Nummer (Test-ID), bei einem HDMI-Kabel das Premium-HDMI-Label beziehungsweise »Ultra High Speed HDMI«. Die Test-ID wird von autorisierten unabhängigen Testlaboren zugewiesen.

In der Spezifizierung beziehunsweise Produktbeschreibung nutzen die Anbieter geschützte Begriffe. TID, Symbol, Label und Begriff werden immer exakt einer Artikelnummer zugeordnet.

Die relativ hohen Kosten für diese Premium-Verbindungskabel resultieren also nicht nur aus höheren Material-, Verarbeitungs- und Prüfkosten, sondern auch aus den Zertifizierungskosten sowie Gebühren für die Nutzung von Symbolen, Labels und Begriffen, TID-Nummern und Listungen. Die meisten Hersteller solcher Verbindungskabel sind Mitglieder entsprechender Gremien und Ausschüsse. Kunden und Nutzer der Premium-Verbindungskabel können sicher sein, dass die Kabel Qualitätstests erfüllen oder gar übertreffen.

Hinzu kommen unternehmenseigene Prüfquoten von bis zu 100 Prozent. Bei Anbietern günstiger Kabel ist die Testquote hingegen gering – oder gleich Null. Durchgeführte Tests lassen sich außerdem kaum – oder gar nicht – auf andere Kabel-Varianten übertragen. Die Fertigungsprozesse erlauben kaum eine Reproduzierbarkeit innerhalb einer Charge. Auch Tests und Qualitätskontrollen sind kaum wiederholbar.

Die Hersteller hochwertiger Kabel und Steckverbinder hingegen sind Spezialisten für Materialien und Prozesse, von der Formgebung und dem Werkzeugbau bis zum Stanzen der Kontakte und der Beschichtung. Durch ihre hohe Fertigungstiefe nutzen sie fast ausschließlich eigene Produkte und Komponenten.

Manche Hersteller bieten sogar noch mehr, etwa Verbindungskabel mit einer gemessenen Eingangsdämpfung, reduziertem Übersprechen oder Augendiagrammen. Zum Beispiel verwenden die USB-Typ-C-Anschlüsse von Molex Hochtemperatur-Nylon oder PA 46 (Polyamid) als Gehäusematerial und ein dreistufiges Einsteckverfahren, um eine hohe Veredelung und elektrische Zuverlässigkeit des Steckers zu gewährleisten.

Einige Hersteller verfügen darüber hinaus über eigene patentierte Techniken. Beispielsweise hat JAE seine HDMI-Stecker und -Kabel mit patentierten Verfahren optimiert, um die hohe Datenrate zu erreichen. Das Unternehmen weist die TID-Nummern aus und richtet bei allen USB-3.1-Steckern nicht nur den Kontaktabstand sondern auch die -Höhe exakt aus, um so eine erstklassige Übertragungsqualität zu gewährleisten (Bild 2).    hs

Woran ist ein hochwertiges Verbindungskabel zu erkennen?

  • Spezifikationen wie Temperaturbereich, Datenraten, Stromstärke, Steckzyklen sind beziffert und im Datenblatt angegeben
  • Angaben zu Leiterquerschnitt der Daten- und Stromleitung sowie Anzahl der einzelnen Litzen
  • Mindestens doppelte Schirmung mit Angabe der Dämpfung von Störungen und Dämpfung des Signales durch das Kabel
  • Prüfquote ist angegeben, Funktions- und Alterungstests finden unter realen Umgebungsbedingungen statt
  • Zertifizierungen, Kennzeichnung durch geschützte Symbole und Label
  • Aufbau und Dicke der Litzen, Beschichtung der Litzen oder Kabel sind angegeben
  • Verarbeitungsqualität
  • Langzeitverfügbarkeit
  • Vorhandensein von USB-Widerständen
  • Spezifizierte Übergangswiderstände, Signaldämpfung, Schirmungsdämpfung
  • Integriertes IC für USB Power Delivery (USB-PD)
  • Erfahrung des Herstellers ist vorhanden aus anspruchsvollen Märkten wie Industrie, Automobiltechnik, Medizin, Luft- und Raumfahrt.