Вернуться на сайт
    Тел. (495) 315-3106     Отправить запрос     Карта сайта

    Главная страница / Полезная информация / Создание и эксплуатация СКС / Разъемы и качество СКС /

    Разъемы и качество СКС

    Каталоги структурированных кабельных систем (СКС) могут содержать сотни позиций, но для распространения сигналов требуются две из них — кабели и разъемы. Международные, региональные и национальные стандарты определяют два типа среды — оптоволоконную и электропроводную.

    Возможности оптоволоконных систем определяются кабелями. Полоса пропускания зависит от категории кабеля (2 издание ISO/IEC 11801), его длины и используемого оптического окна. Основные потери мощности сигнала, вызванные затуханием, возникают в кабелях. Затухание в разъемах пренебрежимо мало и составляет доли децибел. Помехи отсутствуют, если не принимать во внимание системы с волновым уплотнением, которые в локальных сетях пока не применяются.

    В электропроводных системах приходится учитывать не только затухание, но и наводки. Затухание зависит от категории и длины кабеля и прямо пропорционально частоте сигнала. Наводки также увеличиваются с ростом частоты. Суммарный эффект затухания и наводок приводит к тому, что мощность сигнала оказывается сопоставимой с мощностью шумов. На верхней границе частотного диапазона стандартных каналов категории 5 и 6 сигнал практически равен уровню собственных суммарных шумов.

    Наибольший уровень собственных наводок дают разъемы. Наводки возникают из-за разбалансировки и изменений волнового сопротивления симметричных проводников, подключаемых к коннекторам. Наводки в кабелях контролировать проще, чем обеспечить компенсацию расплетенных витых пар. Об эффекте разбалансировки свидетельствует тот факт, что параметр отношения затухания к наводкам кабеля длиной 100 метров примерно на порядок лучше, чем у того же кабеля длиной 90 метров с двумя разъемами на концах.

    Разъем и коннектор

    Термины «разъем» и «коннектор» многие считают идентичными. В англоязычной литературе, действительно, используется один термин (connector), однако в стандартах СКС приведено два значения. Разъем — это элемент, предназначенный для коммутируемого соединения кабелей. Коннектор — часть разъема, служащая для подключения проводников кабеля.

    Стандарт RJ45 предусматривает несимметричное разъемное соединение, образуемое гнездом и штекером. Гнездо является интерфейсом линейных кабелей, а штекер — соединительных. Совмещенные гнездо и штекер образуют разъемное соединение. Каждый разъем имеет два коннектора: врезной для подключения витых пар и контактный — для коммутируемого соединения с ответным разъемом.

    Рис. 1 Разъем и коннектор

    Разъем и коннектор

    Для того, чтобы оснастить кабель разъемами, требуется снять оболочку и расплести пары, что в наибольшей степени ухудшает параметры системы. Поэтому от соединения кабелей с разъемами зависит работа протоколов и сети в целом.

    Контакт сквозь изоляцию

    Технология врезки, созданная для монтажа телефонных проводов на кроссах, оказалась весьма удачной. Она применяется практически во всех современных локальных сетях. Врезной контакт лучше, чем механический, или пайка, поскольку значительно упрощает монтаж и обеспечивает надежное низкоомное электрическое соединение.

    Конструкция коннекторов очень проста. Она напоминает гребенку с тонкими электропроводными лезвиями на боковых поверхностях зубцов. Гребенка коннектора может быть однорядной или двухрядной. Для подключения проводников кабеля их просто проталкивают между ножами гребенки, которые прорезают изоляцию и обеспечивают электрический контакт. Для компенсации разбалансировки, вызванной расплетением витых пар, применяют печатные платы.

    Врезной контакт не подвержен неблагоприятным воздействиям перепадов температур и не имеет переходов типа «медь проводника — олово пайки — металл коннектора». В коннекторах типа КСИ происходит процесс диффузии — медь проводника и сплав коннектора проникают друг в друга, увеличивая площадь контакта. С годами электрические параметры таких соединений даже улучшаются.

    Фото 1. Стандартный коннектор панели и модуль 808 Mk2

    Стандартный коннектор панели и модуль 808 Mk2

    В настоящее время существуют 4 типа запатентованных врезных коннекторов: Lucent Technologies, Krone, MOD-TAP и Nexans (ITT NS&S). Первые три отличаются только расположением ножей и имеют сходную конструкцию (фото 1 слева). Длину расплетения витых пар для подключения к таким коннекторам не удается уменьшить потому, что пары необходимо развести на одну или две гребенки, которые имеют достаточно большой размер. Пластиковые гребенки коннекторов и разъем RJ45 монтируются на печатной плате, которая призвана скомпенсировать разбалансировку. Проблема компенсации заключается в том, что расплетение витых пар очень велико, а их расположение всегда различается.

    Четвертый тип коннекторов показан на фото 1 справа. Геометрия расплетенных проводников строго задана, что обеспечивает лучшую компенсацию шумов. Это модуль 808.

    Модуль 808 компании Nexans IES

    Решение компании Nexans IES для кабельных разъемов основано на принципе контакта сквозь изоляцию. Отличие от традиционной технологии состоит в том, что лезвия коннектора, расположенные практически в один ряд, максимально приближены друг к другу. Конструкция модуля позволяет уменьшить расстояние от оболочки кабеля до точки врезки. Ножи коннектора находятся в двух параллельных плоскостях, разделенных тонким диэлектриком, и имеют разную высоту.

    Контакты 3 и 6 расщепленной и худшей по параметрам пары составляют одну плоскость, остальные шесть контактов — другую. Емкость между пластинами обеспечивает компенсацию без применения печатных плат и электрических элементов. Такую технологию называют планарной. Ее применение возможно при минимальной разбалансировке витых пар.

    Фото 2. Коннекторы гнездового (модуль 808 Mk2) и штекерного разъемов RJ45

    808-plug.JPG (13745 bytes)

    Фото 3. Экранированные модули 808 на тыльной стороне розетки

     

    2to.JPG (15212 bytes)

    Модуль 808 имеет две разновидности — 808 Mk2 категории 5 (2000) и 808 Mk3 — категории 6. Конструктивные отличия 808 Mk2 и 808 Mk3 незначительны. Внешние размеры идентичны. В сочетании с модульной конструкцией это обеспечивает дополнительную гибкость проектирования и монтажа. В частности, на одной панели можно установить экранированные и неэкранированные модули разных категорий, например, категории 6 для магистральных каналов или серверов и категории 5е — для горизонтальных линий.

    Технология Nexans позволила свести к минимуму разброс параметров. Это обеспечило высокую степень компенсации шумов в и позволило увеличить число разъемов в канале до семи. Стандарты 2002 года предусматривают четыре разъема в канале.

    Данный запатентованный разъем, конструктивно выполненный в виде сборного модуля, имеет самые маленькие размеры и обладает наилучшими электрическими и механическими параметрами по сравнению со всеми существующими типами кабельных разъемов. Электрические параметры модулей 808 Mk2 существенно превосходят требования, определяемые стандартом TIA/EIA-568-A-5, а 808 Mk3 — проекта категории 6. По затуханию резерв составляет один — два порядка, по наводкам (NEXT) — один порядок.

    Расстояние от оболочки кабеля до точек врезки в коннектор модуля 808 Mk2 примерно вдвое меньше, чем у штекерного разъема RJ45 (фото 2 внизу). Соответственно ниже и уровень наводок. Данный пример не типичен. Разбалансировка штекерных разъемов меньше, чем у стандартных гнездовых разъемов.

    Последовательность и наводки

    Существует несколько вариантов взаимного расположения проводников относительно контактов коннекторов. Это TIA-T568A, TIA-T568B и USOC для четырех пар, TOKEN RING, 10 BASE-T — для двух пар и другие. В современных стандартах используются последовательности TIA-T568A и TIA-T568B.

    Протоколы передачи данных предусматривают разное число используемых пар и несколько вариантов подключения проводников к коннекторам. Две пары необходимы для протоколов 10BaseT, 100BaseTX, ATM155. Для работы 100BaseT4 и 100BaseVG выделяются все четыре пары. Проводники кабелей и коннекторы разъемов, имеют различные электрические параметры. Поэтому для оптимизации системы необходимо учитывать требования протоколов и возможности каждой пары.

    Последовательность монтажа проводов строго соблюдается. Для этого витые пары имеют цветовую маркировку, а монтажные позиции коннекторов обозначены цветом или цифрами.

    Последовательность и межпарные наводки

    Рис. 2. Схема последовательности расположения проводников TIA-T568B

    Рис. 3. График межпарных перекрестных наводок для базовой линии 90 м, 100 Мгц

    Базовая линия, представляет собой кабель длиной до 90 метров, оснащенный гнездовыми разъемами. На рисунке 2 показана одна из наиболее распространенных последовательностей монтажа проводников и пар на контактах коннектора — TIA-T568B. Проводники второй и четвертой пар размещаются на крайних парах контактов. Первая пара занимает два центральных контакта, а проводники третьей пары размещаются с внешней стороны проводников первой пары.

    Рисунок 3 иллюстрирует величину наводок стандартной базовой линии, и БЛ с разъемами типа 808 Mk2, на частоте 100 Мгц. Значения NEXT приведены на шестиугольной диаграмме. Каждый из лучей диаграммы имеет значение — 50 дБ в центре и — 20 дБ — на конце линий.

    Зеленая линия показывает уровень наводок, определяемый стандартами. Для базовой линии категории 5 перекрестные наводки должны быть не хуже -29,1 дБ. Красная линия — фактические усредненные измерения уровней наводок между парами для базовой линии с модулями 808 Mk2.

    Компании Nexans IES удалось значительно уменьшить наводки между всеми парами. Наилучшие результаты получены для 2-й и 4-й пар, используемых для работы АТМ 155. Для любой из пар показатели NEXT для крайних условий эксплуатации превосходят требования стандартов не менее чем на порядок. Это практически означает, что уровень внутренних шумов системы существенно ниже, чем допускается стандартами.

    Благодаря уменьшению уровня собственных шумов, структурированная кабельная система Nexans IES универсальна и имеет существенный резерв даже по наихудшим парам.

    Долговечность

    По истечении нескольких лет эксплуатации кабельной системы контакты начинают окисляться. Для решения проблемы соединение проводников и контактов коннектора должно быть газонепроницаемым. Это не позволяет кислороду проникать в зону контакта. Врезные контакты обеспечивают многолетний срок службы благодаря бескислородному контакту и механической фиксации.

    Для обеспечения газонепроницаемости на лезвия врезных контактов наносят тонкий слой окислов серебра. При монтаже проводников окислы серебра снимаются таким образом, что кислород не попадает в зону врезки. При повторном монтаже на те же лезвия защитное покрытие на них отсутствует, что приводит к наличию молекул кислорода между двумя металлами. Кислород препятствует диффузии и приводит к деградации контакта. Через два — три года эксплуатации возможно появление отказов. Модуль 808 допускает единственный монтаж, зато служит десятилетиями.

    Следует отметить также надежность фиксации витых пар и кабеля в разъеме. Механическая фиксация проводников обеспечивает снятие нагрузок с контактов коннектора, которые могут привести к деградации параметров врезных контактов.

    В неэкранированном модуле 808 реализовано три уровня фиксации кабеля и коннектора. Механическое крепление осуществляется в следующих точках:

    • проводники зажимаются между выступами крышки и направляющими модуля;
    • проводники фиксируются ножами коннектора и дополнительно поджимаются крышкой модуля. Усилие врезки не снимается после монтажа и сохраняется в течение всего срока эксплуатации;
    • кабель крепится стяжкой к панели (розетке).

    В дополнение к этому в экранированных системах кабель фиксируется обжимным кольцом к корпусу модуля, что обеспечивает четвертую точку фиксации. Кабельная оболочка заканчивается и крепится внутри модуля, в поле зрения нет витых пар.

    В традиционных гребеночных коннекторах предусмотрена только одна фиксация кабеля стяжкой.

    Разъем 808 состоит из двух частей: модуля с крышкой и корпуса. В неэкранированных системах корпус пластмассовый, в экранированных — металлический.

    Массивный металлический корпус обеспечивает защиту от наводок расплетенных и наиболее уязвимых для внешних электромагнитных воздействий проводников. Малое волновое переходное сопротивление экрана достигается тем, что все элементы экрана располагаются непосредственно на кабеле и разъеме. Эффективное электрическое соединение металлических корпусов модулей и панелей с помощью шины многократно снижет потенциал экрана за счет массы панелей и шкафов и упрощает процесс заземления. Кроме того, конструкция модуля наилучшим образом решает проблему экранирования проводников кабеля на 360о.

    Кроме того, корпус модуля обеспечивает дополнительную защиту расплетенных проводников от внешних воздействий.

    Механические и диэлектрические характеристики

    По диэлектрическим и механическим параметрам модуль 808 превосходит требования, определяемые международными (ISO/IEC 11801), европейскими (IEC 603–7) и американскими стандартами (TIA/EIA-568-A). Гнездовой восьмиконтактный разъем модуля очень долговечен и надежен.

    Контактные проводники не окисляются благодаря нанесенному на них покрытию золотым напылением толщиной около 2 микрон. Это обеспечивает более 2.500 коммутаций, что на порядок превышает требования стандарта. Электрические, механические и температурные характеристики приведены в таблице.


    Модуль 808Стандарт ISO/IEC 11801
    Максимально допустимое напряжение1000 В500 В
    Минимальное гарантированное число соединений2500 раз200 раз
    Усилие соединения / разъединения разъемов2 кг
    Усилие разрыва разъемов5 кг
    Диапазон рабочих температурот -40° C до +70° Cот -10° C до +60° C

    Модульная конструкция и простота

    Традиционное решение панелей СКС — металлическая планка шириной 19 дюймов с полкой, на которой неразъемно закреплены от 12 до 72 коннекторов. Розетка включает один, два или более коннекторов. При этом кабельные окончания панелей и розеток разнотипны и различаются по параметрам.

    Структурированная кабельная система Nexans IES состоит из универсальных модулей 808, которые монтируются как на панелях, так и на розетках всех типов и всех стандартов. При замене розеток или панелей модули остаются на кабеле. С другой стороны, для создания новых линий не требуется менять всю панель или розетку.

    Размеры и механические характеристики коннектора также играют немаловажную роль. Nexans IES производит модули кабельных разъемов самых маленьких размеров. В результате, они более компактно размещаются на распределительных панелях. Плотность монтажа модулей типа 808 на распределительных панелях примерно в полтора раза выше, чем у самых миниатюрных разъемов других производителей.

    Удобство монтажа

    Монтаж модулей 808 отличается от традиционной забивки проводников во врезные коннекторы. В отличие от блочных систем, требующих выполнять работы на пространстве панели, модули поочередно устанавливают на каждый кабель. Рабочее место оказывается более удобным. Кроме того, не требуется следить за величиной расплетения витых пар, составляющей для разъемов пятой категории 13 мм. В традиционных коннекторах практически не удается выполнить требования стандарта поскольку все пары имеют разный шаг скрутки — от 12 до 24 мм. Расплетение на один виток дает разную длину нарушения симметрии проводников.

    1. Раскладка проводников

    2. Обрезка проводников

    3. Врезка проводников

    4. Монтаж корпуса

    5. Фиксация корпуса

    6. Фиксация кольца

    7. Обжим кольца

     
     

    В разъеме 808 все восемь проводников, сформованные и обрезанные универсальным инструментом, вставляются в направляющие модуля одновременно, после чего фиксируются крышкой. Врезка проводников происходит нажатием на крышку модуля. После визуального контроля врезки на модуль надевают корпус. Модуль задвигают в корпус с помощью того же инструмента.

    Модуль фиксируется в корпусе защелками, которые не допускают разборки и повторного монтажа. Для электрического подключения проводника заземления к экранированному корпусу модуля предусмотрено металлическое кольцо, фиксируемое с помощью универсального инструмента.

    Кольцо надевается на направляющую пластинку корпуса и после обжима обеспечивает дополнительную точку фиксации кабеля. Внешний корпус, отсутствующий у традиционных разъемов, обеспечивает механическую защиту зоны контактов и повышенную прочность заделки кабеля.

    Врезные части коннектора покрыты окислом серебра. При врезке серебряное покрытие легко смещается, предотвращая попадание кислорода в точки контакта. Газонепроницаемая врезка обеспечивает долговечность и стабильность параметров соединения.

    Конструкция модуля и инструмента обеспечивает удобство и простоту работы. Механические и электрические параметры расплетенных пар универсальны и строго заданы. Модуль 808 позволяет монтировать гнездовые разъемы линейных кабелей практически так же, как и штыревые разъемы соединительных кабелей.

    Качество системы

    Разработав модуль принципиально нового типа в 1991 году, компания Nexans IES на несколько лет опередила конкурентов. Аналогичные решения начали появляться в конце 90-х годов. Модульная конструкция реализована в большинстве систем категории 6.

    Компании Nexans IES удалось в полной мере использовать преимущества систем, имеющих резерв параметров. Повышение качества передачи сигналов было трансформировано в увеличение длины каналов и числа разъемных соединений. При этом заказчики получили гарантии работы протоколов, что выходит за рамки параметров среды передачи.

    Расширение возможностей и гибкости среды передачи обеспечило применение принципов централизованной архитектуры к большему числу объектов, уменьшение числа сетевых устройств, размеров шкафов, площади телекоммуникационных помещений.

    Модульная конструкция и эффективное индивидуальное экранирование каналов позволило решить проблемы электромагнитной совместимости и обеспечить соответствие требованиям европейской Директивы ЭМС для офисной и промышленной среды.

    Продукция и услуги компании Nexans IES гарантируют заказчикам минимальную стоимость владения структурированной кабельной системы и сети в целом. Крупнейшие сети в мире созданы на базе систем Nexans IES.

    Разработка новых стандартов подтверждает преимущества разъемов с контролируемым расплетением витых пар без компенсационных печатных плат. Конструкция традиционных коннекторов создает проблемы совместимости. Это может привести уже в ближайшее время к массовой замене разъемов, линейных и соединительных кабелей в результате модификации категории 5.

    Заказчики, установившие системы Nexans IES, не испытывают данных проблем. Решения Nexans IES реально обеспечивают длительный срок службы структурированных кабельных систем.

    В фотогалерее приведены иллюстрации монтажа, администрирования и заземления СКС.

    Александр Воловодов