2. Роз'єми для електричних кабелів

Роз'єми для витої пари призначені для забезпечення роз'ємного з'єднання кабелів СКС з комутаційним обладнанням в кросових, інформаційними розетками робочих місць і з мережевим обладнанням. Основні технічні вимоги до цих елементів полягають в наступному:

• мінімальне загасання;

• високе перехідне загасання;

• мінімальні структурні поворотні втрати;

• невеликий опір постійного струму;

• часова і температурна стабільність характеристик;

• простота установлення на кабель;

• легкість підключення;

• хороші масогабаритні показники.

Для їх забезпечення розроблений ряд технічних рішень, які більш детально обговорюються нижче.

Механічні та електричні параметри роз'ємів

Спосіб підключення провідників кабелю до контактів роз'ємів відіграє особливо важливу роль у забезпеченні електричних, частотних та експлуатаційних характеристик роз'ємного з'єднання. Відомо, що підключення провідників один до одного може бути здійснено різними способами. Так, зокрема, стандарт ІЕС-352 передбачає з'єднання накруткою, обтисненням, запресовуванням. Додамо сюди також з'єднання пайкою і під гвинт. У роз'ємах СКС для з'єднання використовується метод IDC (Insulation Displacement Connection). Від всіх інших дана технологія вигідно відрізняється простотою реалізації, а також більш високою температурною і часовою стабільністю в поєднанні з вібраційною стійкістю, можливістю в деяких випадках багаторазового підключення проводів і роботи при високому рівні забруднення повітря агресивними промисловими викидами.

Будь-яка реалізація методу IDC заснована на використанні подвійного пружного контакту з гострими ріжучими крайками, в зазор між якими при встановленні вводиться провідник. Крайки прорізають в ізоляційній оболонці вузьку щілину і створюють електричний контакт з провідником (рис. 4). За рахунок того, що край робочого елементу врізається в мідь провідника, забезпечується дуже невелика величина перехідного опору. З плином часу через дифузію відбувається збільшення ефективної площі взаємодіючих елементів, що супроводжується навіть деяким покращенням електричних характеристик контакту.

Рис. 4. Підключення провідника до роз'єму методом IDC: а) до установки; б) після установки;

в) підключення двох провідників до контакту типу КАТТ

Одночасно за рахунок малої товщини ножів у поєднанні з відсутністю механічних напруг досягається гарна герметичність зони з'єднання. На підставі цього розглянутий далі контакт КАТТ компанії Molex іноді навіть в явному вигляді називається у фірмовій документації герметичним IDC-контактом. Кисень повітря не потрапляє на контакт і не виникає проблеми окислення та електрохімічної корозії. В широке практичне використання впроваджено кілька основних різновидів IDC-контактів, що відрізняються один від одного формою і взаємним розташуванням ріжучих країв (рис. 5):

• типу 110;

• типу 66;

• типу Krone або LSA-Plus;

• типу КАТТ.

Рис. 5. Варіанти розташування контактів в IDC-з'єднувачах різних типів:

а) типу 110 і 66; в) типу КАТТ; б) типу Krone; г) у трубчастому контакті

Обмежене застосування знаходять також трубчасті варіанти реалізацій IDC контактів.

Конструкція всіх розглянутих далі IDC-контактів розраховується таким чином, щоб гарантовано зберегти електричні і механічні характеристики при виконанні мінімум 100 циклів включення-відключення.

Контакти 110 і 66 мають пряме розташування ріжучих країв, тоді як в контактах Krone і КАТТ використовується кутове установлення ножів. Контакти 110 не призначені для підключення більш ніж одного провідника, контакти інших типів дозволяють реалізувати (у деяких випадках з певними застереженнями) паралельне з'єднання декількох (зазвичай двох) провідників, що має важливе значення в телефонії. Забезпечення можливості підключення декількох провідників до одного контакту зазвичай реалізується збільшенням довжини ріжучого елемента (менша розбіжність країв) або застосуванням спеціальної форми ріжучої частини ножа. Прикладом типового виробу, що реалізує перший напрямок, є контакт типу 66. У зв'язку з тим, що такий підхід неминуче погіршує електричні характеристики контакту за рахунок великої власної реактивності, він більше не використовується в сучасних розробках для високошвидкісних каналів передачі інформації. Найбільш відомим прикладом рішення другого типу є контакти КАТТ, в яких використані ножі з робочою зоною серповидної форми, оптимізовані для встановлення двох провідників (рис. 4).

В контактах IDC 66 ріжучі крайки робочих елементів розташовані один навпроти одного і мають досить велику довжину (близько 25 мм). Контакти типу IDC 66 оптимізовані для підключення перемичок і широко використовуються в СКС для обслуговування низькошвидкісних додатків.

Контакти типу 110 відрізняються від контактів 66 в основному меншими геометричними розмірами і початковою орієнтованістю на застосування в високошвидкісних ланцюгах категорії 5. При його розробці не ставилася мета створення паралельних з'єднань, тому вони розраховані на підключення тільки одного провідника. Аналогічно контакту 66 в контакті 110 використана паралельна установка ножів, які в робочому положенні перпендикулярні осі провідника.

Контакти з кутовою установкою ножів відрізняються тим, що робоча поверхня ножа врізається в мідь провідника своїм гострим кутовим краєм, а не площиною, як в контактах типу 66 і 110. За рахунок цього в місці взаємодії ножа з проводом не виникають вузькі клиновидні щілини, в області яких починаються процеси корозії.

В елементах Krone ножі розташовуються паралельно один одному і з розворотом під кутом 45° до осі провідника. За рахунок осьового рознесення точок врізання робочих країв ножів це забезпечує дуже незначне зменшення площі поперечного перерізу провідника, що підключається. Принциповим недоліком контакту типу Krone вважається те, що після запресовування в нього дроту через кутову установку ножів робочих елементів відбувається порушення заданої орієнтації провідника. Це змусило розробників збільшити довжину самого елемента введенням в нього довгої пластмасовою напрямної, що негативно позначається на масогабаритних показниках виробу.

Модульний роз'єм у своїй початковій формі був розроблений для застосування в телефонних системах. Простота підключення і відключення (всього один рух без застосування спеціальних інструментів) призвела до широкого поширення в області передачі даних. В даний час роз'єм цього типу є найбільш часто вживаним в практиці створення СКС і широко використовується у всіх трьох підсистемах СКС як для комутації кросового обладнання, так і для підключення активних мережевих пристроїв різного призначення.

Роз'єм складається з двох частин: вилки і розетки, і реалізує принцип «контактної шини». Згідно з цим принципом, контакти вилки в момент підключення ковзають по контактах розетки і, забезпечуючи надійний гальванічний зв'язок один з одним за рахунок плоскої конструкції великої довжини, додатково зсувають назад частки забруднень, готуючи контакт для наступного підключення. Тим не менш нижнє розташування контактів розетки викликає підвищену інтенсивність їх забруднення в процесі експлуатації, і тому гніздо розетки додатково захищається різними способами.

Корпуси вилки і розетки виготовляються з термостійкого пластику. Матеріалом контактів вилки й розетки, взаємодіючих між собою в зібраному стані роз'єму, служить, як правило, легована берилієва мідь (берилієва бронза). Робоча поверхня контактів може бути покрита методом напилювання тонким шаром золота, що забезпечує стабільне високоякісне з'єднання. Деякі компанії пропонують кілька різновидів модульних роз’ємів із золотим покриттям різної товщини з різною вартістю і, відповідно, різною довговічністю. Контактні частини вилки і розетки модульних роз’ємів виробництва Lucent Technologies і Mod-Tap мають двошарове покриття робочих поверхонь: шар золота товщиною 1,27 мкм на підкладці з нікелю товщиною 2,54 мкм (50 і 100 мікродюймів відповідно). Крім нікелю в якості матеріалу підкладки в двошарових покриттях в деяких випадках використовується також латунь.

При розробці контактів поряд з підбором матеріалів особлива увага приділяється також вибору їх форми, так як саме ці параметри забезпечують необхідний рівень пружності і довговічності. Високоякісний контакт витримує кілька сотень і більше циклів включення-відключення без погіршення електричних характеристик. Більшість провідних виробників вказують для цього параметру значення 2500 що відповідає чинним редакціям стандартів, компанія Panduit у виробах серії МВХ гарантує 10000 циклів включення-відключення.

Зазначимо, що модульні роз’єми у своїй початковій формі були визначені міжнародним стандартом ІЕС 603-7 і специфіковані до частоти тільки 3 МГц. Проте їх конструкція виявилася настільки вдалою, що шляхом послідовної модернізації верхню граничну частоту вдалося збільшити майже на два порядки і довести цей параметр у кращих зразків до 200-250 МГц.

Конструкція модульного роз'єму допускає його виготовлення в екранованому варіанті для монтажу на екранованих витих парах. Для цього корпус вилки металізується тим або іншим способом (напиленням металу або вставкою) для забезпечення електричного контакту з екраном кабелю після обтискання. Надійність гальванічного зв'язку екранів кабелю і вилки забезпечується спеціальними конструктивними заходами, які дозволяють отримати повний круговий охват екрану кабелю корпусом встановленої вилки. Гніздо розетки, а також IDC-контакти для підключення провідників кабелю екрануються металевими кожухами. При підключенні вилки до розетки їх металеві елементи входять в безпосередній контакт один з одним, що дозволяє отримати електричну безперервність екрану.

Рис. 6. Вилка і розетка восьмиконтактного модульного роз'єму

Восьмиконтактні модульні роз’єми аналогічно з кабелями забезпечують характеристики категорії 3, 4 і 5. На ринку пропонується також широка номенклатура роз'ємів модульного типу, характеристики яких відповідають проектам стандартів категорії 5е і 6. При закладенні кабелю в вилку і розетку особлива увага приділяється збереженню фабричної завивки витої пари, яка може порушуватися не більш ніж на 13 мм для елементів категорії 5 і 25 мм для елементів категорії 3 і 4. Порушення цього правила призводить до різкого зменшення перехідного загасання.