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电缆组件探测既简单又颇具挑战性

几年前,一位经验丰富的工程师半开玩笑地跟我说,电缆组件(连接器与一根或多根平行铜线配对连接在一起,通常简称为“电缆”)就是连接其他两个潜在问题来源的潜在问题来源。尽管他说得对,但电缆组件绝不只是潜在问题来源。它们通常会提供方便的窗口,让您了解电路中正在发生什么或者两个子组件之间如何相互作用。

让我们看一下曾经无处不在的 RS-232 接口及其最常见的连接器,即称为 DB-25 的 25 针 D 形连接器。尽管现在它已被认为是“老古董”,在许多情况下已被 USB 取代,并且很少有在新设计中使用,但它多年来一直拥有良好的行业和用户服务记录,并且是低至中等数据速率和其他链路的首选连接器。

更好的一面是,由于其物理尺寸,设计人员可以使用电压表、示波器或其他测试仪器直接探测连接器的电线,通常通过移除保护壳并接触连接器背面即可完成。甚至还有非常方便的分线盒,可将探针轻松连接到 RS-232 组件的一根或多根电线,接通/断开信号路径,甚至跨接和交叉连接电线(图 1)。这种开放式接入设计使得操作变得很容易,例如,您可以很容易地制作一个空的调制解调器,然后将 DTE(数据终端设备)设备转换为 DCE(数据通信设备)设备。它还可以让您确认真正需要的器件,然后就可以使用正确的布线配置快速焊接新的连接器/电缆。

图 1:这个易于使用的便捷型 RS-232 分线盒可让您将探头连接到一根或多根电线,断开信号路径,甚至将跳线从一个触点连接到另一个触点。(图片来源:Tecra Tools, Inc.)

RJ11 电信线路怎么样?

提供方便的分线盒的不只限于 DB-25 连接器。您也可以获得一款针对有线电话所用标准六线 RJ11 模块化连接器的分线盒,该分线盒可以让您使用鳄鱼夹或滑动式连接器毫不费力地接入导线(图 2)。这样在处理像独立答录机、传真机这样的产品时就可以监视或注入信号。

图 2:这种简单的 RJ11 分线盒大大简化了将设计中的探头、信号或系统连接到有线电话线上。(图片来源:Bill Schweber)

对于需要在六根导线之间使用较小焊接接口和项目原型需要的情形,方便的 SparkFun Electronics RJ11 分线板使得电气互连更可靠、轻松(图 3)。

图 3:这款 SparkFun Electronics RJ11 分线板可让广泛使用的模块化连接器的六根电线实现简单的焊接连接。(图片来源:SparkFun)

甚至 IDC 组件也可以探测

使用中等间距绝缘穿刺连接器 (IDC) 和扁平电缆的高密度组件也很容易进行探测。在原型安装台上,您可以压接一个额外的连接器,例如 TE Connectivity AMP Connectors1658623-6,这是一个可位于电缆组件任何位置的 26 针位矩形插座连接器(图 4)。

图 4:将 TE Connectivity AMP Connectors 的额外 1658623-6 26 针 IDC 沿扁平电缆压接,然后用作一根或多根电缆的接入端口。(图片来源:TE Connectivity AMP Connectors)

然后,只需将一根 28 AWG 的实心线插入一个或多个接触孔中,并将探头连接到插入的电线上即可。听起来可能有些笨,但确实有效。除了基本的灰色以外,扁平电缆还提供多色彩虹版本,这使得测试和调试更加容易(图 5)。

图 5:IDC 连接器可与单色或彩色扁平电缆一起使用;后者使得调试和电线追踪更加容易。(图片来源:作者)

千兆赫 (GHz) 设计改变了局面

但是时代已经改变,现在大量的设计工作都集中在带宽在 GHz 级以上的信号以及每秒千兆位的相应数据速率上。而且任何互连电缆组件都是精密工程部件,同轴电缆的直径可能仅为一毫米。这些电缆组件设计成与表面贴装插座一起使用,例如 Rosenberger01K80A-40ML5,额定工作频率为 110 GHz。某些连接器甚至配有扭矩扳手,以确保拧紧扭力正确(图 6)。

图 6:Rosenberger 01K80A-40ML5 射频连接器设计工作频率高达 110 GHz,与之配接的连接器端接的同轴电缆直径仅为 1 毫米。(图片来源:Rosenberger)

GHz 以上级电缆组件有一个看不见但很重要的“请勿打扰”标志,这有一个很好的理由:任何障碍物或附加探头都会对电缆的阻抗、性能、信号完整性和误码率 (BER) 产生非常不利影响。如今,对电容、负载、有时甚至是对温度敏感的,高速度、快摆动的小摆幅信号已经无法容忍相对笨拙的手了,就是说,不能接受您可能会做出任何随便的探测。如果您需要查看进出此类组件的信号,则需要仔细计划并采取缓冲策略。

对于这些信号,我们可能无能为力,因为您无法欺骗这些信号的物理实现。这就是海森堡不确定性原理的电子测试与计量版,就是说测量的行为会改变您要测量的参数。我们生活在一个瞬息万变的信号及其精密连接器的世界中,它们不希望被触摸。即使是温和的示波器探头或粗心的手指,也可能破坏电感、电容以及使信号与连接器配合融洽的其他设计因素之间的谨慎平衡。

但是我仍然在想念那些基础的分线盒,以及在他们所属时代的表现,他们也有辉煌之时。它们在相关的应用中仍然有用,但是它们正在快速退出舞台。我怀疑现在很多此类分线盒都塞在设备储物柜的后面。也许它们会在遥远的将来成为珍贵的收藏品,或者在某些古老而又至关重要的系统发生故障,以一种未来主义的手法威胁文明时,它们还可以出来力挽狂澜(借助于“老式计时器”)?

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关于此作者

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Bill Schweber 是一名电子工程师,撰写了三本关于电子通信系统的教科书,以及数百篇技术文章、意见专栏和产品特性说明。他担任过 EE Times 的多个特定主题网站的技术管理员,以及 EDN 的执行编辑和模拟技术编辑。

在 Analog Devices, Inc.(模拟和混合信号 IC 的领先供应商)工作期间,Bill 从事营销传播(公共关系),对技术公关职能的两个方面均很熟悉,即向媒体展示公司产品、业务事例并发布消息,同时接收此类信息。

担任 Analog 营销传播职位之前,Bill 在该公司颇受推崇的技术期刊担任副主编,并且还在公司的产品营销和应用工程部门工作过。在此之前,Bill 曾在 Instron Corp. 工作,从事材料测试机器控制的实际模拟和电源电路设计及系统集成。

他拥有电气工程硕士学位(马萨诸塞州立大学)和电气工程学士学位(哥伦比亚大学),是注册专业工程师,并持有高级业余无线电许可证。Bill 还规划、撰写并讲授了关于各种工程主题的在线课程,包括 MOSFET 基础知识、ADC 选择和驱动 LED。

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