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Einfache bis anspruchsvolle Untersuchung von Kabelkonfektionen

Ein erfahrener Ingenieur erzählte mir vor Jahren, und das nicht nur zum Spaß, dass Kabelkonfektionen - Steckverbinder, die mit einem oder mehreren parallelen Kupferdrähten gepaart sind und oft einfach als „Kabel“ bezeichnet werden - potenzielle Problemquellen für die Verbindung zweier anderer potenzieller Problemquellen darstellen. Obwohl er Recht hatte, waren diese Kabelkonfektionen viel mehr als das. Sie waren oft bequeme Einblicke in das Geschehen in einem Schaltkreis oder in die Interaktion zwischen zwei Untergruppen.

Denken Sie an die einst allgegenwärtige RS-232-Schnittstelle und ihren gebräuchlichsten Anschluss, den als DB-25 bekannten 25-poligen D-förmigen Steckverbinder. Obwohl er heute als „rückständige Technologie“ gilt, die in vielen Fällen von USB abgelöst wurde und bei neuen Designs nur noch selten verwendet wird, hat er der Industrie und den Anwendern viele Jahre lang gute Dienste geleistet und war der ideale Anschluss für niedrige bis mittlere Datenraten und andere Verbindungen.

Noch besser ist, dass die Entwickler aufgrund seiner physikalischen Größe die Drähte des Steckverbinders direkt mit einem Voltmeter, Oszilloskop oder einem anderen Prüfgerät testen konnten, was oft durch Entfernen der Schutzhülle und Zugriff auf die Rückseite des Steckverbinders geschah. Es gab sogar sehr bequeme Breakout-Boxen, mit denen es einfach war, Sonden an einen oder mehrere Drähte der RS-232-Baugruppe anzuschließen, die Signalpfade herzustellen/zu unterbrechen und sogar die Drähte zu überbrücken und zu kreuzen (Abbildung 1). Dieser offene Zugang machte Änderungen einfach, wenn Sie zum Beispiel ein Nullmodem erstellen und ein DTE-Gerät (Datenendgerät) in ein DCE-Gerät (Datenkommunikationsgerät) umwandeln mussten. So konnten Sie auch schnell herausfinden, was Sie wirklich brauchten, und dann schnell einen neuen Stecker/Kabel mit der richtigen Verdrahtungskonfiguration anlöten.

Abbildung 1: Mit dieser benutzerfreundlichen, handlichen RS-232-Breakout-Box können Sie Sonden an einen oder mehrere Drähte anschließen, Signalpfade unterbrechen und sogar einen Jumper von einem Kontakt zum anderen hinzufügen. (Bildquelle: Tecra Tools, Inc.)

Und bei den RJ11-Telefonleitungen?

Die Verfügbarkeit von praktischen Breakout-Boxen war nicht auf DB-25-Steckverbinder beschränkt. Für den standardmäßigen sechsadrigen modularen RJ11-Steckverbinder, der für drahtgebundene Telefone verwendet wird, konnten Sie eine Breakout-Box erhalten, mit der Sie die Leiter mühelos mit Krokodilklemmen oder Aufschiebesteckern anzapfen konnten (Abbildung 2). Dies ermöglichte es, Signale zu überwachen oder einzuspeisen, wenn man an Produkten wie eigenständigen Anrufbeantwortern, Faxgeräten und mehr arbeitete.

Abbildung 2: Diese einfache RJ11-Breakout-Box erleichtert das Anschließen von Sonden, Signalen oder Systemen an die verdrahtete Telefonleitung erheblich. (Bildquelle: Bill Schweber)

Für Fälle, in denen eine kleinere, gelötete Schnittstelle zwischen den sechs Drähten und einem Projekt-Prototypen erforderlich war, sorgt das handliche RJ11-Breakout-Board von SparkFun Electronics für eine zuverlässige und mühelose elektrische Verbindung (Abbildung 3).

Abbildung 3: Diese RJ11-Breakout-Platine von SparkFun Electronics ermöglicht eine einfache Lötverbindung zu den sechs Drähten des weit verbreiteten modularen Steckverbinders. (Bildquelle: SparkFun)

Sogar IDC-Baugruppen konnten untersucht werden

Baugruppen mit höherer Dichte unter Verwendung von Schneidklemmverbindern (IDCs) mit mittlerem Rastermaß und Flachkabeln konnten ebenfalls recht freundlich für die Sondierung sein. Sie konnten überall entlang der Kabelkonfektion einen zusätzlichen Steckverbinder an den Prototyp crimpen, wie z.B. den 1658623-6 von TE Connectivity AMP Connector, einen rechteckigen Buchsenstecker mit 26 Positionen (Abbildung 4).

Abbildung 4: Ein zusätzlicher 26-poliger IDC-Steckverbinder 1658623-6 von TE Connectivity AMP kann entlang des Flachkabels gecrimpt und dann als Zugangsport zu einem oder mehreren der Kabeladern verwendet werden. (Bildquelle: TE Connectivity AMP Connectors)

Sie führen dann einfach einen massiven 28AWG-Draht in ein oder mehrere Kontaktlöcher ein und befestigen die Sonden an dem eingeführten Draht. Es mag klobig klingen, aber es hat funktioniert. Über das einfache Grau hinaus war das Flachkabel auch mit vielen Regenbogenfarben erhältlich, was das Testen und Debuggen erheblich erleichterte (Abbildung 5).

Abbildung 5: Der IDC-Steckverbinder kann mit ein- oder mehrfarbigen Flachkabeln verwendet werden; letzteres erleichtert die Fehlersuche und das Aufspüren von Drähten erheblich. (Bildquelle: Autor)

Multi-Gigahertz(GHz)-Designs ändern die Situation

Aber die Zeiten haben sich geändert, und sehr viel Entwicklungsarbeit konzentriert sich heute auf Signale mit Bandbreiten im Multi-GHz-Bereich und entsprechenden Datenraten von Gigabit pro Sekunde. Jede Kabelkonfektion ist heute eine präzisionsgefertigte Komponente mit einem Koaxialkabel, das vielleicht nur einen Millimeter Durchmesser haben darf. Diese Kabelkonfektionen sind für die Verwendung mit einer oberflächenmontierbaren Buchse wie Rosenbergers 01K80A-40ML5 vorgesehen, die für den Betrieb bis 110 GHz ausgelegt ist. Einige Steckverbinder werden sogar mit einem Drehmomentschlüssel geliefert, um sicherzustellen, dass die Befestigung mit der korrekten Kraft vorgenommen wird (Abbildung 6).

Abbildung 6: Der HF-Steckverbinder 01K80A-40ML5 von Rosenberger ist für den Betrieb bis 110 GHz ausgelegt und passt zu einem Steckverbinder, der ein Koaxialkabel mit nur einem Millimeter Durchmesser abschließt. (Bildquelle: Rosenberger)

Eine GHz+-Kabelkonfektion trägt ein unsichtbares, aber wichtiges „Bitte nicht stören“-Schild, und das aus gutem Grund: Jedes Hindernis oder jede zusätzliche Sonde wirkt sich sehr nachteilig auf die Impedanz, Leistung, Signalintegrität und Bitfehlerrate (BER) des Kabels aus. Die heutigen schnellen Signale sind empfindlich in Bezug auf Kapazität, Last und manchmal sogar Temperatur und können die „schwere Hand“, bildlich gesprochen, nicht tolerieren. Wenn Sie sich ein Signal ansehen müssen, das in diese Baugruppe hinein oder aus ihr heraus geht, müssen Sie eine Pufferstrategie sorgfältig planen und umsetzen.

Dagegen können wir nicht viel tun, denn die Realität der Physik dieser Signale kann man nicht täuschen; es ist die elektronische Test- und Messversion der Heisenbergschen Unschärferelation, bei der der eigentliche Messvorgang den Parameter verändert, den man zu messen versucht. Wir leben in einer Welt der sich schnell bewegenden Signale und ihrer Präzisionssteckverbinder, und sie mögen es nicht, berührt zu werden. Sogar eine gutartige Sonde oder ein unvorsichtiger Finger können das sorgfältige Gleichgewicht von Induktivität, Kapazität und anderen Faktoren stören, mit denen das Signal und der Steckverbinder so konzipiert wurden, dass sie gut zusammenspielen.

Aber ich denke immer noch über diese grundlegenden Breakout-Boxen nach, und wie viel Gutes sie getan haben, während ihre Zeit dauerte; und sie hatten ihre ruhmreichen Tage. Sie sind immer noch nützlich für relevante Anwendungen, aber diese werden täglich weniger. Ich vermute, dass viele dieser Breakout-Boxen jetzt irgendwo hinten im Geräteschrank verstauben. Vielleicht werden sie in ferner Zukunft wertvolle Sammlerstücke sein oder sogar zu Hilfe kommen (mit Hilfe eines „Oldtimers“), wenn die Fehlfunktion eines alten, aber lebenswichtigen Systems in einem futuristischen Drehbuch die Zivilisation bedroht.

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Über den Autor

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Bill Schweber ist ein Elektronikingenieur, der drei Lehrbücher über elektronische Kommunikationssysteme sowie Hunderte von Fachartikeln, Stellungnahmen und Produktbeschreibungen geschrieben hat. In früheren Funktionen arbeitete er als technischer Website-Manager für mehrere themenspezifische Websites für EE Times sowie als Executive Editor und Analog Editor bei EDN.

Bei Analog Devices, Inc. (einem führenden Anbieter von Analog- und Mischsignal-ICs) arbeitete Bill in der Marketingkommunikation (Öffentlichkeitsarbeit). Somit war er auf beiden Seiten des technischen PR-Bereichs tätig. Einerseits präsentierte er den Medien Produkte, Geschichten und Meldungen von Unternehmen und andererseits fungierte er als Empfänger derselben Art von Informationen.

Vor seinem Posten in der Marketingkommunikation bei Analog war Bill Mitherausgeber der renommierten Fachzeitschrift des Unternehmens und arbeitete auch in den Bereichen Produktmarketing und Anwendungstechnik. Zuvor arbeitete Bill bei Instron Corp. als Designer von Analog- und Leistungsschaltungen sowie von integrierten Steuerungen für Materialprüfmaschinen.

Er verfügt über einen MSEE (University of Massachusetts) und einen BSEE (Columbia University), ist ein registrierter Fachingenieur und hat eine Amateurfunklizenz für Fortgeschrittene. Darüber hinaus hat Bill Online-Kurse zu verschiedenen Themen geplant, verfasst und abgehalten, etwa zu MOSFET-Grundlagen, zur Auswahl von Analog/Digital-Wandlern und zur Ansteuerung von LEDs.

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