Testowanie zespołów kablowych bywa nie tylko łatwe, ale też czasem wymagające

Pewien doświadczony inżynier powiedział mi lata temu, i to nie do końca żartując, że zespoły kablowe - złącza sparowane z jednym lub kilkoma równoległymi drutami miedzianymi, często określane po prostu jako „kabel” - są potencjalnymi źródłami problemów łączącymi dwa inne potencjalne źródła problemów. Mimo że miał rację, te zespoły kablowe były czymś znacznie więcej. Często dawały wygodny podgląd na to, co działo się w obwodzie lub na interakcję między dwoma podzespołami.

Zastanówmy się nad niegdyś wszechobecnym interfejsem RS-232 i jego najpopularniejszym złączem, 25-pinowym złączem w kształcie litery D znanym jako DB-25. Chociaż obecnie jest uważany za „relikt przeszłości”, który w wielu przypadkach został zastąpiony przez USB i jest rzadko stosowany w nowych projektach, dobrze służył branży i użytkownikom przez wiele lat i był przynoszącym oczekiwane rezultaty złączem do transmisji danych z niską i średnią prędkością oraz do innych połączeń.

Co więcej, ze względu na jego fizyczny rozmiar projektanci mogli badać przewody złącza bezpośrednio za pomocą woltomierza, oscyloskopu lub innego przyrządu testowego, co często robiono, zdejmując osłonę ochronną i uzyskując dostęp do tylnej części złącza. Istniały nawet bardzo wygodne skrzynki rozdzielcze, które ułatwiały podłączanie sond do jednego lub kilku przewodów zespołu RS-232, wykonywanie/przerywanie ścieżek sygnałowych, a nawet łączenie (także krosowe) przewodów (ilustracja 1). Ten otwarty dostęp stanowił ułatwienie, jeśli na przykład konieczne było utworzenie pseudomodemu i przekształcenie urządzenia DTE (urządzenie końcowe transmisji danych) w urządzenie DCE (urządzenia do przesyłania danych). Pozwalał on również stwierdzić, czego naprawdę potrzebujemy, a następnie szybko wlutować nowe złącze/kabel z zachowaniem odpowiedniej konfiguracji połączeń.

Ilustracja 1: łatwa w użyciu, poręczna skrzynka rozdzielcza RS-232 umożliwia podłączenie sond do jednego lub kilku przewodów, przerywanie ścieżek sygnałowych, a nawet przełączanie zworek z jednego styku do drugiego. (Źródło ilustracji: Tecra Tools, Inc.)

A co z liniami telekomunikacyjnymi RJ11?

Dostępność wygodnych skrzynek rozdzielczych nie ograniczała się do złączy DB-25. Do standardowego sześcioprzewodowego złącza modułowego RJ11 używanego w telefonach przewodowych dostępna była skrzynka rozdzielcza umożliwiająca bezproblemowe podłączenie przewodów za pomocą zacisków krokodylkowych lub złączy nasuwanych (ilustracja 2). Umożliwiało to monitorowanie lub wprowadzanie sygnałów podczas pracy na produktach, takich jak samodzielne sekretarki automatyczne, faksy i inne.

Ilustracja 2: prosta skrzynka rozdzielcza RJ11 znacznie ułatwia podłączanie sond, sygnałów lub projektowanych systemów do przewodowej linii telefonicznej. (Źródło ilustracji: Bill Schweber)

W przypadkach, gdy między sześcioma przewodami i prototypem potrzebny był mniejszy, lutowany interfejs, niezawodność i prostotę wykonania połączeń elektrycznych zapewniała poręczna płytka rozdzielcza RJ11 firmy SparkFun Electronics (ilustracja 3).

Ilustracja 3: płytka rozdzielcza RJ11 firmy SparkFun Electronics umożliwia wykonanie prostego połączenia lutowanego z sześcioma przewodami powszechnie używanego złącza modułowego. (Źródło ilustracji: SparkFun)

Pozwala nawet na testowanie zespołów IDC

Zespoły o większej gęstości wykorzystujące złącza IDC (z połączeniem wykonywanym przez przerwanie izolacji) o średnim rastrze i kable płaskie także mogą dawać się stosunkowo łatwo testować. Na stanowisku do prototypów, w dowolnym miejscu wzdłuż zespołu kablowego można zacisnąć dodatkowe złącze, np. 1658623–6firmy TE Connectivity AMP Connectors, czyli 26-pozycyjne złącze o prostokątnym gnieździe (ilustracja 4).

Ilustracja 4: dodatkowe 26-pinowe złącze IDC firmy TE Connectivity AMP Connectors można zacisnąć wzdłuż kabla płaskiego, a następnie wykorzystać jako gniazdo dostępowe do jednego lub kilku przewodów kablowych. (Źródło ilustracji: TE Connectivity AMP Connectors)

Następnie wystarczy włożyć przewód drutowy 28 AWG do przynajmniej jednego otworu stykowego i podłączyć do niego sondy. Może to brzmieć nieciekawie, ale działało. Oprócz podstawowego szarego koloru, kable płaskie były też dostępne w formie wielokolorowej tęczy, co znacznie ułatwiało testowanie i debugowanie (ilustracja 5).

Ilustracja 5: złącza IDC można używać z kablem płaskim jedno- lub wielokolorowym; ten drugi znacznie ułatwia debugowanie i śledzenie przewodów. (Źródło ilustracji: autor)

Projekty wielogigahercowe (GHz) zmieniają sytuację

Ale czasy się zmieniły i wiele zadań projektowych koncentruje się teraz na sygnałach o szerokościach pasma w zakresie wielu GHz i odpowiadających im szybkościach transmisji rzędu gigabitów na sekundę. Każdy zespół kabli połączeniowych jest teraz precyzyjnie zaprojektowanym komponentem, z kablem koncentrycznym o średnicy zaledwie milimetra. Te zespoły kabli są przeznaczone do stosowania z gniazdem do montażu powierzchniowego, takim jak 01K80A-40ML5 firmy Rosenberger, przystosowanym do pracy przy częstotliwości nawet 110GHz. Z niektórymi złączami w komplecie jest nawet klucz dynamometryczny, który pozwala zapewnić odpowiednie dokręcenie (ilustracja 6).

Ilustracja 6: złącze częstotliwości radiowych (RF) 01K80A-40ML5 firmy Rosenberger jest przeznaczone do pracy przy częstotliwości 110GHz i współpracuje ze złączem końcowym kabla koncentrycznego o średnicy zaledwie jednego milimetra. (Źródło ilustracji: Rosenberger)

Na zespołach kablowych GHz+ znajdują się niewidzialne, ale ważne oznaczenia: „Nie zakłócać”. Nie bez powodu: każda przeszkoda lub dodatkowa sonda bardzo negatywnie wpłynie na impedancję, wydajność, integralność sygnału i bitową stopę błędów (BER). Dzisiejsze, charakteryzujące się wysoką prędkością, szybkim narastaniem i małymi wahaniami sygnały wrażliwe na pojemność, obciążenie, a nawet czasami temperaturę, nie tolerują stosunkowo ciężkiej ręki, mówiąc w przenośni, przy ewentualnym testowaniu. Jeśli chce się spojrzeć na sygnał doprowadzany do tego zespołu lub z niego wyprowadzany, konieczny jest precyzyjny plan i wdrożenie strategii buforowania.

Niewiele możemy z tym zrobić, ponieważ realia fizyki tych sygnałów nie są czymś, co można oszukać; jest to widoczna na przykładzie testów i pomiarów elektronicznych wersja zasady nieoznaczoności Heisenberga, w której sam akt pomiaru zmienia parametr, który próbuje się zmierzyć. Żyjemy w świecie szybko przesyłanych sygnałów i precyzyjnych złączy, które nie lubią dotykania. Nawet nieszkodliwa sonda oscyloskopowa lub nieostrożny palec mogą zakłócić skrupulatną równowagę indukcyjności, pojemności i innych czynników, z którymi zaprojektowane sygnały i złącza mają współgrać.

Ale wciąż myślę o tych podstawowych skrzynkach i o tym, ile dobrego zrobiły, gdy miały swoje pięć minut i swój czas chwały. Nadal są przydatne przy odpowiednich zastosowaniach, choć szybko odchodzą w zapomnienie. Podejrzewam, że nie jedna z tych skrzynek rozdzielczych jest teraz schowana głęboko na samym dnie szafy na sprzęt. Być może w odległej przyszłości będą one cennymi przedmiotami kolekcjonerskimi, a nawet przyjdą nam kiedyś na ratunek (przy pomocy jakiegoś „weterana”) w obliczu awarii jakiegoś starożytnego, ale kluczowego systemu, zagrażającej ciągłości cywilizacji w futurystycznym scenariuszu?

Powiązane treści DigiKey

Pogłębiona analiza przełączników i konfiguracji gniazd audio

Pierwsze kroki z zasilaniem USB-C

Korzystanie z redriverów do powiększenia zasięgu przewodów USB 3.0 o dużej przepustowości

Jak dobierać, stosować i konserwować złącza koncentryczne używane przy częstotliwościach radiowych

Złącza - podstawy