Het testen van kabelsets varieert van eenvoudig tot uitdagend

Jaren geleden vertelde een ervaren ingenieur me, niet helemaal gekscherend, dat kabelsets—connectors gekoppeld aan een of meer evenwijdige koperdraden, doorgaans gewoon ‘kabel’ genoemd—een potentiële bron van problemen zijn die twee andere potentiële bronnen van problemen met elkaar verbinden. Hoewel hij gelijk had, hadden deze kabelsets ook veel voordelen. Zo bood een kabelset vaak een kijkje in wat er in een circuit gebeurde of informatie over de interactie tussen twee subkabelsets.

Neem bijvoorbeeld de alomtegenwoordige RS-232-interface met de veelvoorkomende, 25-polige D-vormige stekker, ook wel bekend als een DB-25. Hoewel deze 'achterhaalde' stekkerverbinding in veel gevallen vervangen is door USB en nog maar zelden wordt gebruikt op nieuwe ontwerpen, heeft de DB-25 de industrie en gebruikers jarenlang goed gediend en was hij lange tijd dé connector voor lage tot matige datasnelheden en andere koppelingen.

Sterker nog, ontwerpers konden vanwege de fysieke afmetingen de draden van de connector rechtstreeks met een voltmeter, oscilloscoop of ander meetinstrument meten. Dit werd vaak gedaan door de beschermende shell te verwijderen om zo toegang te creëren tot de achterkant van de connector. Er waren zelfs handige breakout-boxen die het aansluiten van sondes op een of meer draden van de RS-232-kabelset, het maken/breken van signaalpaden en zelfs het aansluiten van een jumper en het kruisen van draden te vereenvoudigen (Afbeelding 1). Dankzij deze open toegang kon je bijvoorbeeld eenvoudig een nulmodem maken en een DTE (data terminal equipment) in een DCE (data communication equipment) omzetten. Ook kon je controleren wat je nodig had en vervolgens snel een nieuwe connector/kabel met de juiste bedradingsconfiguratie solderen.

Afbeelding 1: Met deze handige en gebruiksvriendelijke RS-232 breakout-box kun je sondes aan een of meerdere draden aansluiten, signaalpaden breken en zelfs een jumper van het ene naar een ander contact aansluiten. (Bron afbeelding: Tecra Tools, Inc.)

En hoe zit het met de RJ11-telefoonkabels?

Handige breakout-boxen waren niet alleen beschikbaar voor DB-25-stekkers. Ook voor de standaard modulaire, zespolige RJ11-stekker, die gebruikt werd voor vaste telefoons, kon je een breakout-box krijgen, die moeiteloos met behulp van krokodillenklemmen of schuifconnectors op de geleiders kon worden aangesloten (Afbeelding 2). Hiermee kon je signalen controleren of injecteren als je aan producten zoals zelfstandige antwoordapparaten, faxapparaten etc. werkte.

Afbeelding 2: Met deze eenvoudige RJ11 breakout-box was het aansluiten van sondes, signalen of ontwerpsystemen op de vaste telefoonlijn een fluitje van een cent. (Bron afbeelding: Bill Schweber)

En als er een kleinere, gesoldeerde interface nodig was tussen de zes draden en een projectprototype, werd de handige SparkFun Electronics RJ11 breakout-board gebruikt voor een probleemloze en betrouwbare elektrische interconnectie (Afbeelding 3).

Afbeelding 3: Met dit RJ11 breakout-board van SparkFun Electronics kun je eenvoudige soldeerverbindingen maken met de zes draden van de veelgebruikte modulaire connector. (Bron afbeelding: SparkFun)

Zelfs IDC-kabelsets konden worden gemeten

Ook kabelsets met een hogere dichtheid die gebruik maakten van isolatieverplaatsingsconnectors (IDC's) met een medium tussenafstand (pitch) en een bandkabel konden redelijk meetvriendelijk zijn. Op de prototype-tafel kon je overal langs de kabel een extra connector aansluiten, zoals de 1658623-6 van TE Connectivity AMP Connectors, een 26-polige rechthoekige vrouwelijke connector (Afbeelding 4).

Afbeelding 4: Een extra 1658623-6 26-polige IDC-connector van TE Connectivity AMP Connectors kan op de bandkabel worden gekrompen en vervolgens worden gebruikt als toegangspoort voor een of meer aders. (Bron afbeelding: TE Connectivity AMP Connectors)

Daarna stak je gewoon een massieve 28AWG-draad in een of meer van de contacten en bevestigde je de sondes aan de ingestoken draad. Het klinkt misschien wat klungelig, maar het werkte. Behalve gewoon grijs waren er ook meerkleurige regenboogbandkabels verkrijgbaar, die testen en foutopsporing een stuk makkelijker maakten (Afbeelding 5).

Afbeelding 5: De IDC-connector kan op een effen of een meerkleurige bandkabel worden aangesloten. Deze meerkleurige optie maakt foutopsporing en het traceren van draden veel eenvoudiger. (Bron afbeelding: auteur)

Multi-gigahertz-ontwerpen veranderen de situatie

Maar tijden veranderen en veel ontwerpwerk is tegenwoordig gericht op signalen met een bandbreedte in het multi-GHz-bereik, met bijbehorende datasnelheden van gigabits per seconde. Elke aangesloten kabelset is nu een zorgvuldig ontworpen component, met een coaxkabel van soms maar een millimeter dik. Deze kabelsets zijn ontworpen voor gebruik met een opbouwconnector zoals de 01K80A-40ML5 van Rosenberger, die geschikt is tot 110 GHz. Sommige connectors worden zelfs geleverd met een momentsleutel om te zorgen dat ze precies goed vastgedraaid worden (Afbeelding 6).

Afbeelding 6: The 01K80A-40ML5 RF-connector van Rosenberger is ontworpen voor gebruik tot 110 GHz en wordt aangesloten op een connector aan het uiteinde van een coaxkabel met een diameter van slechts één millimeter. (Bron afbeelding: Rosenberger)

Een GHz+-kabelset heeft een onzichtbaar maar cruciaal ‘Niet storen’-bordje—en terecht, want elke obstructie of extra sonde heeft een zeer negatieve invloed op de impedantie, prestaties, signaalintegriteit en bitfoutfrequentie (bit error rate, BER) van de kabel. De hogesnelheidssignalen van vandaag de dag, met hun lage amplitude en hoge flanksteilheid (slew-rate), zijn gevoelig voor capaciteit, belasting en soms zelfs temperatuur en kunnen de relatief harde hand—figuurlijk gesproken—van een willekeurige meting niet dulden. Als je een signaal wilt meten dat in of uit die kabelset gaat, moet je zorgvuldig een bufferstrategie plannen en implementeren.

Daar is weinig aan te doen, omdat je de fysica van deze signalen niet kunt ontlopen. Het is de elektronische test- en meetversie van het onzekerheidsprincipe van Heisenberg, waarbij de meting zelf de parameter verandert die je probeert te meten. We leven in een wereld van snelbewegende signalen en precisieconnectors—en die houden er niet van om aangeraakt te worden. Zelfs een onschuldige sonde of achteloze vinger kan het delicate evenwicht verstoren tussen inductantie, capaciteit en andere factoren waarvoor het signaal en de connector waren ontworpen.

Maar ik denk nog vaak aan die simpele breakout-boxen en hoe makkelijk ze waren, voor zolang het duurde—en hoogtijdagen hebben ze zeker gehad. Ze zijn nog steeds nuttig in relevante toepassingen, maar die worden steeds minder. Ik vermoed dat veel van deze breakout-boxen nu ergens achter in de kast liggen. Wellicht worden ze in de toekomst nog eens waardevolle verzamelobjecten of komen ze nog eens van pas (met de hulp van een 'oudgediende') als in een futuristisch scenario een storing in een oud maar vitaal systeem onze beschaving dreigt te vernietigen.

Gerelateerde DigiKey-content

Een diepgaande analyse van schakelaars en configuraties van audio-jacks

Aan de slag met voeding via USB-C

Redrivers gebruiken om het bereik van USB-3.0-kabels met een hoge doorvoercapaciteit te vergroten

Het kiezen, gebruiken en onderhouden van coaxiale connectors voor RF-toepassingen

Connectors – De grondbeginselen