Mätning på kabelmontage sträcker sig från enkelt till utmanande

För många år sedan sade en rutinerad tekniker till mig, inte enbart på skämt, att kabelmontage – kontaktdon som kopplats ihop med en eller flera parallella koppartrådar och ofta enkelt kallas för en ”kabel” – var potentiella problemkällor som kopplade samman två andra potentiella problemkällor. Även om han hade rätt så var dessa kabelmontage så mycket mer än så. De var ofta smidiga fönster in till vad som pågick i en krets eller en interaktion mellan två detaljsammansättningar.

Tänk bara på det en gång så allmänt förekommande gränssnittet RS-232 och dess vanligaste kontaktdon, det D-formade kontaktdonet med 25 stift som kallades DB-25. Även om den nu anses vara något av en ”dinosaurie” som har ersatts av USB i många fall och sällan används i nya konstruktioner, har den tjänat branschen och användarna väl i många år och var den standardkontakt man använde för låga till medelhöga datahastigheter och andra kopplingar.

Och tack vare dess fysiska storlek kunde konstruktörerna mäta direkt på anslutningstrådarna med en voltmätare, ett oscilloskop eller annat testinstrument, vilket ofta skedde genom att man tog av skyddskåpan och fick tillgång till kontaktdonets baksida. Det fanns även väldigt smidiga breakout-boxar som gjorde det enkelt att mäta på en eller flera ledningar i RS232 kabelmontaget, koppla i/ur signaler samt till och med korskoppla eller bygla ledarna (Fig 1). Denna öppna tillgång gjorde det enkelt om man exempelvis behövde skapa ett nollmodem och omvandla en DTE-enhet (dataterminalutrustning) till en DCE-enhet (datakommunikationsutrustning). Den gjorde det även möjligt att bekräfta det man verkligen behövde veta och sedan kunde man snabbt löda ihop ett nytt kontaktdon eller en kabel med rätt koppling.

Figur 1: Den här lättanvända breakout-boxen för RS232 låter dig ansluta mätanordningar till en eller flera ledare, bryta signalvägar och till och med bygla mellan kontaktstiften. (Bildkälla: Tecra Tools, Inc.)

Men hur var det med telefonlinjer med RJ11?

Tillgängligheten på smidiga breakout-boxar var inte enbart begränsat till kontaktdonet DB-25. För den vanliga modularkontakten RJ11 med sex ledare som användes för att koppla in kabelanslutna telefoner kunde man skaffa en breakout-box som gjorde det möjligt att enkelt ansluta till ledarna med krokodilklämmor eller glidkontakter (figur 2). Detta gjorde det möjligt att övervaka eller mata in signaler vid arbete med produkter såsom fristående telefonsvarare, faxar etc.

Figur 2: Den här enkla breakout-boxen för RJ11 förenklade uppgiften att ansluta mätanordningar, signaler och system under konstruktion till kabelanslutna telefonlinjer. (Bildkälla: Bill Schweber)

I de fall då ett litet, lött gränssnitt behövdes mellan de sex ledarna och en projektprototyp, gjorde det behändiga breakout-kortet för RJ11 från SparkFun Electronics de elektriska sammankopplingarna tillförlitliga och enkla (Figur 3).

Figur 3: Breakout-kortet för RJ11 från SparkFun Electronics gjorde det möjligt att enkelt löda fast anslutningar till de sex ledarna på det vanligt förekommande kontaktdonet. (Bildkälla: Sparkfun)

Även IDC-montage kunde mätas

Montage med högre täthet som använder IDC:er (insulation-displacement connectors) med medelavstånd mellan stiften och flatkabel var också ganska lätta att mäta. Vid arbetsbänken för prototypkonstruktion kunde du krimpa på ett extra kontaktdon, som exempelvisTE Connectivity AMP Connectors  1658623-6, ett rektangulärt uttag med 26 stift, någonstans längs kabelmontaget (Figur 4).

Figur 4: En 1658623-6 IDC med 26 stift från TE Connectivity AMP Connectors kan krimpas på längs flatkabeln, och sedan användas som ett sätt att komma åt en eller flera av kabelns ledningar. (Bildkälla: TE Connectivity AMP Connectors)

Sätt sedan bara i en 0,08 mm‎‏² ledare i ett eller flera av kontakthålen och anslut mätanordningarna på trådarna. Det må låta lite osmidigt, men det fungerade. Förutom basfärgen grå, fanns flatkabeln även i en regnbågsfärgad variant, vilket gjorde testning och felsökning mycket enklare (Figur 5).

Figur 5: ICD-kontaktdonen kan användas med enfärgad eller flerfärgad flatkabel, där den sistnämnda gör felsökning och kabelspårning betydligt enklare. (Bildkälla: författaren)

Konstruktioner med flera Gigahertzfrekvenser (GHz) förändrar situationen

Men tiderna har förändrats och så mycket konstruktionsarbete är nu fokuserat på signaler med bandbredder inom flera Ghz-områden och motsvarande datahastigheter i gigabit per sekund. En sammankopplande kabelmontering är numera en precisionstillverkad komponent, med en koaxialkabel som kan vara bara någon millimeter i diameter. Dessa kabelmontage är konstruerade för användning med ett ytmonterat uttag som exempelvis Rosenbergers 01K80A-40ML5 som är märkt för användning upp till 110 GHz. Vissa kontaktdon levereras med en momentnyckel för att garantera att åtdragningsmomentet blir korrekt (Figure 6).

Figur 6: Rosenbergers kontaktdon 01K80A-40ML5 RF är konstruerat för användning upp till 110 Ghz och kopplas samman med ett kontaktdon som terminerar en koaxialkabel på bara en millimeter i diameter. (Bildkälla: Rosenberger)

Ett kabelmontage för frekvenser över GHz har en osynlig men viktig ”Stör ej”-skylt på sig, och detta av en god anledning: eventuella hinder eller tillagda mätanordningar kommer att ha en betydande inverkan på kabelns impedans, prestanda, signalintegritet och mängden bitfel (BER). Dagens signaler med hög hastighet, snabba förändringar och små svängningar kan inte, känsliga som de är för kapacitans, belastning och ibland även temperatur, tolerera den bildligt talat klumpiga mätning som du kan tänkas utföra. Om du behöver titta på en signal som går in eller ut från montaget måste du noggrant planera och genomföra en buffertstrategi.

Det finns inte så mycket vi kan göra åt detta då fysikens lagar för dessa signaler inte går att lura; det är den elektroniska test och mätvarianten av Heisenbergs osäkerhetsprincip, där den faktiska mätningen förändrar de parametrar som du försöker mäta. Vi lever i en värld av snabbrörliga signaler och dess precisionskontaktdon, och de gillar inte att bli vidrörda. Även en välvillig oscilloskop-probe eller ett vårdslöst finger kan störa den noggranna balansen av induktans, kapacitans och andra faktorer som signalen och kontaktdonet har konstruerats för att hantera.

Men jag tänker fortfarande på de där grundläggande breakout-boxarna och hur mycket nytta de gjorde så länge de varade; och de hade sina ärofyllda dagar. De är fortfarande användbara i relevanta tillämpningar, men dessa minskar snabbt. Jag misstänker att många breakout-boxar nu ligger inpackade längst bak i utrustningsskåpet. Kanske blir de värdefulla samlarföremål i en avlägsen framtid, eller så blir de kanske vår räddning (med hjälp av en ”veteran”) när felet i något antikt men väsentligt system hotar civilisationen i ett framtida manus?

Relaterat innehåll hos DigiKey

En djupdykning bland ljudanslutningsomkopplare och konfigurationer | DigiKey

Kom igång med USB C Power Delivery

Att använda IC-repeaters för att utöka omfånget av hög genomströmning hos USB 3.0-kablar

Hur man väljer, använder och underhåller koaxialkontakter för RF-tillämpningar

Kontaktdon – Grunderna