La Guía Definitiva de la Impedancia de Par Trenzado: Comparativa entre Ethernet de 100Ω y CAN Bus de 120Ω

Resumen Ejecutivo: Control de la Impedancia en Redes Diferenciales

La impedancia característica en los cables de par trenzado rige la integridad de la señal en redes diferenciales de alta velocidad. Las arquitecturas de Ethernet industrial requieren estrictamente una impedancia de 100Ω, mientras que las redes CAN Bus y RS-485 requieren una impedancia de 120Ω. El uso de una geometría de cable incorrecta altera la capacitancia y la inductancia mutuas, provocando reflexiones de señal (pérdida de retorno) que corrompen los fotogramas de datos y desencadenan fallos sistémicos.

Regla de ingeniería clave: Para redes de automatización industrial y automotriz, nunca sustituya un cable Ethernet de 100Ω en un sistema CAN Bus de 120Ω. Para evitar cambios de impedancia durante el enrutamiento físico y la vibración, especifique un dieléctrico de PE sólido con una cubierta de TPU extruida para fijar rígidamente la longitud de tendido (paso de torsión) en su lugar, garantizando un rendimiento eléctrico constante según las normas IPC/WHMA-A-620 Clase 3.

Análisis de Ingeniería Profundo: La Mecánica de 100Ω vs. 120Ω

A diferencia de los simples cables de alimentación punto a punto, los cables de datos fabricados por un fabricante de ensamblajes de cables y mazos de cables actúan como líneas de transmisión. La Impedancia Característica ($Z_0$) no es una medida de la resistencia de CC, sino la relación entre el voltaje y la corriente a medida que una onda de alta frecuencia viaja por el cable.

La impedancia está determinada físicamente por tres variables de fabricación distintas:

1. Diámetro Exterior del Conductor (AWG)
2. Espaciado del Conductor de Centro a Centro
3. La Constante Dieléctrica ($\epsilon_r$) del material aislante.

Ethernet Industrial de 100Ω (Profinet, EtherCAT)

Ethernet industrial se basa en pares trenzados de 100Ω construidos con precisión dentro de cada ensamblaje de cable industrial de grado industrial para alcanzar velocidades de gigabit en plantas del mundo real.

• La Ventaja Técnica: Mantener exactamente 100Ω evita picos en la Relación de Onda Estacionaria de Voltaje (VSWR) en el conector modular RJ45 o en la unión del conector M12. Las variaciones en la tasa de torsión (longitud de paso) causarán baches de impedancia.
• Restricción de Fabricación: Para alcanzar los 100Ω, los conductores deben mantenerse ligeramente más juntos que en un cable de 120Ω, utilizando a menudo un material con una constante dieléctrica ligeramente mayor o un separador específico de cruce (en Cat6/Cat6a) para mitigar la Diafonía de Extremo Cercano (NEXT).

Bus CAN de 120Ω (ISO 11898 / SAE J1939)

Diseñados originalmente para entornos automotrices hostiles —el hábitat natural de cualquier ensamblaje de cable automotriz robustecido— los sistemas de bus CAN (Controller Area Network) operan con un estándar de señalización diferencial de 120Ω.

• La Ventaja Técnica: Una red de Bus CAN está terminada físicamente en ambos extremos con resistencias de 120 ohmios. Si el cable en sí no es exactamente de 120Ω, la desadaptación de impedancia resultante provoca que la señal se refleje en los extremos del bus, colisionando con los tramas CAN activas y haciendo que los nodos generen banderas de error.
• Restricción de Fabricación: Dado que 120Ω requiere una capacitancia ligeramente menor entre los conductores, el aislamiento del cable debe ser ligeramente más grueso, o los conductores deben estar espaciados ligeramente más lejos, que en los cables Ethernet de 100Ω.
• Datos de Comparación de Adaptación de Impedancia

Preguntas Frecuentes

¿Por qué no puedo usar un cable Cat5e estándar de 100 ohmios para un sistema CAN Bus de 120 ohmios?

Aunque parezcan similares, utilizar un cable Cat5e de 100Ω en una red CAN de 120Ω crea una desadaptación de impedancia inmediata del 20%. Esta desadaptación provoca reflexiones de señal de alta frecuencia. En tramos de cable cortos, esto podría pasar desapercibido, pero en tramos industriales largos, las ondas reflejadas distorsionarán el umbral de voltaje diferencial, lo que provocará la pérdida de tramas, fallos en la arbitraje del bus y bloqueos totales del sistema.

¿Cómo afecta la tasa de torsión (longitud de paso) a la impedancia del par trenzado?

La longitud de paso afecta directamente a la capacitancia mutua y la inductancia entre los dos hilos. Una torsión más apretada generalmente aumenta la capacitancia y reduce la impedancia. Más importante aún, si la longitud de paso es inconsistente debido a una fabricación deficiente o a una flexión física agresiva en el campo, la impedancia fluctuará drásticamente a lo largo del cable.

¿Cómo se prueba y verifica la impedancia del par trenzado durante la fabricación?

Para garantizar el cumplimiento de la norma IPC-620 Clase 3 —el estándar de calidad de cualquier programa de control de calidad documentado—, los ensamblajes de cable personalizados se prueban utilizando Reflectometría en el Dominio del Tiempo (TDR) o un Analizador de Redes Vectorial (VNA). Un TDR envía un pulso eléctrico rápido por el cable y mide las reflexiones. Cualquier anomalía física —como aislamiento aplastado, pares destrenzado en el conector o un grosor incorrecto del dieléctrico— aparecerá como un pico o una caída medible en el gráfico de impedancia.