Kaapelikokoonpanojen mittaaminen helposta haastavaan

Eräs kokenut insinööri kertoi minulle vuosia sitten vitsailematta, että kaapelikokoonpanot—yhden tai useamman vierekkäisen kuparilangan kanssa paritetut liittimet, joita kutsuttiin usein yksinkertaisesti ”kaapeleiksi”—olivat potentiaalisia ongelmien lähteitä, jotka liittivät yhteen kaksi potentiaalista ongelmalähdettä. Hän oli oikeassa, ja kaapelikokoonpanot olivat paljon muutakin. Niiden kautta oli yleensä helppo seurata, mitä piirissä tai kahden alikokoonpanon välillä tapahtui.

Mieti aikoinaan ubiikkia RS-232-rajapintaa ja sen kaikkein yleisintä liitintä, 25-nastaista D-muotoista liitintä, jota kutsutaan myös DB-25:ksi. Vaikka tätä liitintä pidetään nyt vanhanaikaisena ja USB:n syrjäyttämänä ja sitä käytetään vain harvoin uusissa malleissa, se palveli alaa ja käyttäjiä hyvin useiden vuosien ajan ja oli luotettava liitin alhaisilla ja keskisuurilla datanopeuksilla ja muilla linkeillä.

Suunnittelijat pystyivät lisäksi sen fyysisen koon ansiosta mittaamaan liittimen johtimet suoraan jännitemittarilla, oskilloskoopilla tai muulla testausvälineellä, mikä tehtiin usein irrottamalla suojus liittimen takapuolelle pääsemiseksi. Saatavilla oli myös erittäin käytännöllisiä koekytkentärasioita, joiden avulla oli helppo liittää mittapäät RS232-kokoonpanon yhteen tai useampaan johtimeen, muodostaa/katkaista signaalipolkuja ja jopa liittää johtimia hyppyjohdoilla ja kytkeä niitä ristiin (kuva 1). Tämä avoin pääsy johtimiin helpotti tarvittaessa esimerkiksi nollamodeemin luontia ja päätelaitteen (DTE) muuntamista verkkosovittimeksi (DCE). Sen avulla oli mahdollista varmistaa mitä oikeasti tarvitaan ja sitten tarvittaessa juottaa nopeasti uusi liitin/kaapeli oikealla johdotuskonfiguraatiolla.

Kuva 1: Tämä helppokäyttöinen ja kätevä RS-232-koekytkentärasia mahdollistaa mittapäiden liittämisen yhteen tai useampaan johtimeen, signaalipolkujen katkaisemisen ja jopa koskettimien yhdistämisen hyppyjohdoilla. (Kuvan lähde: Tecra Tools, Inc.)

Entä RJ11-puhelinkaapelit?

Käytännöllisten koekytkentärasioiden saatavuus ei rajoittunut DB-25-liittimiin. Lankapuhelimien yleiselle kuusijohtimelliselle RJ11-modulaariliittimelle oli saatavilla koekytkentärasia, joka mahdollisti helpon liitännän johtimiin hauenleuoilla tai työntöliittimillä (kuva 2). Näin signaaleja voitiin monitoroida ja syöttää kaapeliin signaaleja työskenneltäessä sellaisten tuotteiden kuten erillisten puhelinvastaajien, faksilaitteiden yms. kanssa.

Kuva 2: Tämä yksinkertainen RJ11-koekytkentärasia helpottaa suuresti mittapäiden, signaalien ja suunniteltavien järjestelmien liittämistä lankapuhelinlinjaan. (Kuvan lähde: Bill Schweber)

Mikäli kuuden johtimen ja projektin prototyypin välille tarvitaan pienempi juotettu rajapinta, SparkFun Electronicsin kätevä RJ11-kytkentäkortti takaa luotettavan ja helpon sähköisen yhteenkytkennän (kuva 3).

Kuva 3: Tämä SparkFun Electronicsin RJ11-kytkentäkortti mahdollistaa helpon juotosliitoksen laajalti käytetyn modulaariliittimen kuuteen johtimeen. (Kuvan lähde: SparkFun)

Jopa IDC-kokoonpanojen mittaus on mahdollista

Tiheydeltään korkeammat kokoonpanot, joissa käytetään eristyksen syrjäyttäviä liitoksia (IDC) keskitiheällä jaolla, ja litteät kaapelit voivat myös soveltua hyvin mittaukseen. Prototyyppien testauspenkissä voidaan puristaa ylimääräinen liitin, kuten TE Connectivity AMP Connectorin 1658623-6, 26-nastainen suorakulmainen naarasliitin, haluttuun kohtaan kaapelikokoonpanossa (kuva 4).

Kuva 4: TE Connectivity AMP Connectorin ylimääräinen 26-nastainen IDC 1658623-6 voidaan puristaa litteään kaapeliin ja sitä voidaan sen jälkeen käyttää porttina yhteen tai useampaan kaapelin johtimeen. (Kuvan lähde: TE Connectivity AMP Connectors)

Sen jälkeen yksinkertaisesti kytke yksisäikeinen 28 AWG:n johdin yhteen tai useampaan kosketinaukkoon ja kytke mittapäät kyseiseen johtimeen. Tämä saattaa kuulostaa omituiselta, mutta se toimii. Litteitä kaapeleita oli saatavilla perusharmaan ohella myös monivärisinä kuten sateenkaaren värisenä, mikä helpotti testausta ja debuggausta (kuva 5).

Kuva 5: IDC-liitintä voidaan käyttää yksivärisen tai monivärisen litteän kaapelin kanssa. Jälkimmäinen on parempi debuggausta ja johtimien seurantaa varten. (Kuvan lähde: kirjoittaja)

Monigigahertsimallit (GHz) muuttavat tilanteen

Ajat ovat kuitenkin muuttuneet ja suunnittelutyö keskittyy nykyään pääosin kaistanleveydeltään multigigahertsialueen signaaleihin ja vastaaviin datanopeuksiin gigabittejä per sekunti. Mikä tahansa yhdyskaapelikokoonpano on nykyään tarkasti suunniteltu komponentti, jossa koaksiaalikaapelin halkaisija saattaa olla vain millimetri. Nämä kaapelikokoonpanot on tarkoitettu käytettäviksi sellaisten pinta-asennusliittimien kuten Rosenbergerin 01K80A-40ML5:n kanssa, joka on luokiteltu 110 GHz:lle. Osa liittimistä jopa toimitetaan momenttiavaimen kanssa, jolla varmistetaan juuri oikea kiristysmomentti (kuva 6).

Kuva 6: Rosenbergerin 01K80A-40ML5 RF-liitin on tarkoitettu jopa 110 GHz:n taajuudelle ja se liitetään halkaisijaltaan ainoastaan yhden millimetrin koaksiaalikaapelin terminoivaan liittimeen. (Kuvan lähde: Rosenberger)

GHz+ -kaapelikokoonpanossa on näkymätön, mutta tärkeä ”Ei saa häiritä” -kyltti hyvästä syystä: mikä tahansa este tai lisätty mittapää heikentää kaapelin impedanssia, tehokkuutta, signaalin eheyttä ja bittivirhesuhdetta (BER). Tämän päivän suurinopeuksiset, muutosnopeudeltaan korkeat ja signaaliamplitudiltaan alhaiset signaalit ovat herkkiä kapasitanssin, kuorman ja joskus jopa lämpötilan suhteen. Ne eivät salli kuvainnollisesti puhuen suhteellisen kovakouraista mittausta. Jos sinun täytyy tarkastella kokoonpanoon menevää tai siitä tulevaa signaalia, puskuristrategia on suunniteltava ja toteutettava huolellisesti.

Tähän ei voi vaikuttaa paljon, koska näihin signaaleihin liittyviä fysikaalisia realiteetteja ei voi huijata. Ne ovat ikään kuin elektroniikan testi- ja mittausversio Heisenbergin epävarmuusperiaatteesta, jossa itse mittaustoimi muuttaa mitattavaa parametria. Elämme nopeasti muuttuvien signaalien ja niihin liittyvien tarkkuusliitinten maailmassa. Nämä eivät pidä siitä että niihin kosketaan. Jopa pahaa tarkoittamaton mittapää tai tahaton sormi voi häiritä induktanssin, kapasitanssin ja muiden tekijöiden herkkää tasapainoa, jossa signaali ja liitin on tarkoitettu toimimaan yhdessä.

Ajattelen silti yhä sitä, kuinka hyviä koekytkentärasiat olivat ja miten paljon hyvää ne tekivät niin kauan kuin niiden aikakausi kesti; ja miten suosittuja ne olivat. Ne ovat yhä hyödyllisiä tiettyihin sovelluksiin, mutta ne ovat katoamassa nopeasti. Uskon että monet näistä koekytkentärasioista on nyt sullottu laitelokeron takaosaan. Ehkä niistä tulee arvokkaita keräilyesineitä hamassa tulevaisuudessa tai ehkä ne jopa tulevat apuun ("veteraanin" avulla), kun jonkin ikivanhan mutta elintärkeän järjestelmän vika uhkaa jossain futuristisessa käsikirjoituksessa koko sivilisaatiota?

Aiheeseen liittyvä DigiKey-sisältö

Syvä sukellus audiojakkikytkimiin ja konfiguraatioihin

Aloita USB-C-virransyötön käyttö

Suorituskyvyltään korkeiden USB 3.0 -kaapeleiden etäisyyden kasvattaminen redrivereillä

Koaksiaaliliittimien valinta, käyttö ja ylläpito RF-sovelluksissa

Liitinten perusteet