Testing på kabelmoduler spenner fra enkel til utfordrende

En erfaren ingeniør fortalte meg for mange år siden, spøkefullt, men med en alvorlig undertone, at kabelmoduler – kontakter som er sammenkoblet med en eller flere parallelle kobberledninger, og ofte kalt en «kabel» – var potensielle problemkilder som koblet sammen to andre potensielle problemkilder. Selv om han hadde et poeng, var disse kabelmodulene mye mer enn dette. De fungerte ofte som praktiske vinduer inn i aktiviteten til en krets eller samhandlingen mellom to undermoduler.

Ta for eksempel det tidligere allment utbredte RS-232-grensesnittet og dets vanligste kontakt, den 25-pinners D-formede kontakten, kjent som DB-25. Selv om denne nå betraktes som en utdatert enhet som i mange tilfeller har blitt erstattet av USB, og sjelden brukes i nye installasjoner, fungerte den godt for bransjen og individuelle brukere i mange år. Kontakten var førstevalget for bruksområder med lave til moderate datahastigheter og andre lenker.

Takket være den fysiske størrelsen, kunne utviklere direkte undersøke kontaktenes ledninger med et voltmeter, oscilloskop eller annet testinstrument, noe som ofte ble gjort ved å fjerne beskyttelseskappen for å få tilgang til baksiden av kontakten. Det var til og med veldig praktiske testbokser (breakout-bokser) som gjorde det enkelt å koble sonder til en eller flere ledninger på RS-232-modulen, åpne/lukke signalbanene og til og med brokoble (jumper) og krysskoble ledningene (figur 1). Denne åpne tilgangen gjorde det enkelt hvis du for eksempel hadde behov for å lage en nullmodem og transformere en DTE-enhet (data terminal equipment) til en DCE-enhet (data communications equipment). Den gjorde det også mulig å bekrefte det du virkelig trengte, slik at du deretter raskt kunne lodde sammen en ny kontakt/kabel med riktig ledningskonfigurasjon.

Figur 1: Med denne brukervennlige, hendige RS-232-testboksen kan du feste sonder til en eller flere ledninger, bryte signalbaner og til og med koble sammen to kontakter med en brokobling. (Bildekilde: Tecra Tools, Inc.)

Hva med RJ11-telco-linjer?

Tilgjengeligheten av praktiske testbokser var ikke begrenset til DB-25-kontakter. For den standard modulære RJ11-kontakten med 6 ledninger for fasttelefoner, kunne du få en testboks som gjorde det mulig å enkelt koble seg inn på lederne ved hjelp av alligatorklemmer eller påskyvbare kontakter (figur 2). Dette gjorde det mulig å overvåke eller injisere signaler når du arbeidet med produkter, for eksempel frittstående telefonsvarere, faksmaskiner og annet.

Figur 2: Denne enkle RJ11-testboksen forenkler oppgaven med å koble til sonder, signaler eller systemer som er under konstruksjon, til den kablede telefonlinjen. (Bildekilde: Bill Schweber)

I tilfeller der det er nødvendig med et mindre, loddet grensesnitt mellom de seks ledningene og en prosjektprototype, sørger det praktiske utbrytningskortet, SparkFun Electronics RJ11 Breakout Board, for at den elektriske sammenkoblingen både er pålitelig og enkel å utføre (figur 3).

Figur 3: Dette SparkFun Electronics RJ11-utbrytningskortet (breakout board) sikrer enkel loddetilkobling til de seks ledningene på den svært populære modulære kontakten. (Bildekilde: SparkFun)

Til og med IDC-sammenstillinger kunne testes

Kabelmoduler med høyere tetthet som brukte IDC-er (insulation-displacement connectors) med medium avstand (pitch) og flatkabel kunne også være ganske nyttige for testing. På monteringsbenken for prototyping kunne du krympe en ekstra kontakt, for eksempel TE Connectivity AMP Connectors 1658623-6, som er en 26-posisjons, rektangulær stikkontakt, hvor som helst langs kabelmodulen (figur 4).

Figur 4: En ekstra 1658623-6 26-pinners IDC fra TE Connectivity AMP Connectors kan krympes langs flatkabelen, og deretter brukes som en tilgangsport til en eller flere av kabelledningene. (Bildekilde: TE Connectivity AMP Connectors)

Deretter er det bare å sette inn en entrådet 0,08 mm² (28 AWG)-ledning i ett eller flere kontakthull og feste sonder på den innsatte ledningen. Det høres kanskje klossete ut, men det fungerte. I tillegg til grunnleggende grå, var flatkabelen også tilgjengelig som en flerfarget regnbue, noe som gjorde testing og feilsøking mye enklere (figur 5).

Figur 5: IDC-kontakten kan brukes med ensfarget eller flerfarget flatkabel, der sistnevnte gjør feilsøking og trådsporing mye enklere. (Bildekilde: forfatter)

Konstruksjoner i multi-gigahertz-området (GHz) endrer situasjonen

Men dagens virkelighet er en annen, så mye utviklingsarbeid handler nå om signaler med båndbredde i multi-gigahertz-området, og korresponderende datahastigheter i gigabit-per-sekund-området. Alle sammenkoblende kabelmoduler er nå en presisjonskonstruert komponent, med en koaksialkabel som kun kan være en millimeter i diameter. Disse kabelmodulene er konstruert for å brukes med en overflatemontert kontakt, for eksempel Rosenbergers 01K80A-40ML5, som er klassifisert for drift til 110 GHz. Noen kontakter har til og med en momentnøkkel for å sikre at tilstrammingen er helt riktig (figur 6).

Figur 6: Rosenberger 01K80A-40ML5 RF-kontakten er konstruert for drift til 110 GHz, og passer sammen med en kontakt som terminerer en koaksialkabel med en diameter på bare er én millimeter. (Bildekilde: Rosenberger)

En GHz+-kabelmodul har et usynlig, men viktig skilt som sier «Ikke forstyrr», og det er en god grunn til dette: Alle obstruksjoner eller tilleggs-sonder vil ha en veldig negativ innvirkning på kabelens impedans, ytelse, signalintegritet og bitfeilfrekvens (BER – bit error rate). Dagens høyhastighetssignaler med raske endringer og små svingninger tåler ikke, på grunn av deres følsomhet for kapasitans, belastning og til og med temperaturer, den relativt store innvirkningen fra en tilfeldig test du utfører. Hvis du har behov for å inspisere et signal som går inn eller ut av denne sammenstillingen, må du nøye planlegge og implementere en bufferstrategi.

Det er ikke mye vi kan gjøre med dette, fordi fysikken knyttet til disse signalene er ikke noe som kan endres eller lures. Det er Heisenbergs uskarphetsrelasjon overført til elektronisk testing og måling, der selve målehandlingen endrer selve parameteren du prøver å måle. Vi lever i en verden med raske signaler og presisjonskontakter, og de liker ikke å bli rørt. Selv en gunstig oscilloskopsonde eller uforsiktig finger kan forstyrre den forsiktige balansen mellom induktans, kapasitans og andre faktorer som signalet og kontakten ble utviklet til å samhandle godt med.

Men jeg kan ikke slutte å tenke på de grunnleggende testboksene, og hvor mye bra de bidro med mens de var i bruk. De hadde virkelig sine glansdager. De er fremdeles nyttige for relevante bruksområder, men bruken av dem er i sterk nedgang. Jeg mistenker at mange av disse testboksene nå er stappet helt bakerst i utstyrsskapet. Kanskje de vil bli verdifulle samleobjekter i fremtiden, eller til og med komme til unnsetning (med hjelp fra en «gammel tidtaker») når en feil i et gammelt, men viktig system truer menneskeheten i en futuristisk virkelighet?

Relatert DigiKey-innhold

Et dypt innblikk i audiopluggbrytere og konfigurasjoner

Kom i gang med USB-C-strømforsyning

Bruk av signalforsterkere (Redrivers) til å utvide rekkevidden til USB 3.0-kabler med høy gjennomgang

Hvordan velge, bruke og vedlikeholde koaksialkontakter for RF-installasjoner

Kontakter – det grunnleggende