Як відомо, всі інформаційні мережі функціонують завдяки одному нехитрому принципом - принципом передачі сигналу. Від способів підключення провідників кабелю до контактів роз'ємів в великій мірі залежить забезпечення необхідних електричних, частотних, монтажних і експлуатаційних характеристик формованого тракту передачі електричного сигналу.
Понад 80% всіх людських і матеріальних ресурсів, необхідних для створення СКС, направляється на горизонтальну підсистему, яка в результаті становсітся ключовим компонентом структурованої проводки. Ця частина СКС реалізується переважно на основі симетричних кабелів і відповідного комутаційного обладнання.
В процесі побудови електропровідною підсистеми доводиться вирішувати безліч завдань. Одна з них - вибір способу підключення лінійних і шнурових кабелів до елементів рознімних з'єднувачів і найбільш зручних технологічних прийомів. Від глибини і ретельності опрацювання інженерних рішень в чималому ступені залежить ефективність реалізованого проекту.
ВАРІАНТИ ВИКОНАННЯ КОНТАКТІВ КІНЦІВНИКІВ
З'єднання кабелів і установка на них елементів рознімних з'єднувачів можуть виконуватися по-різному. Так, міжнародний стандарт IEC-352 передбачає з'єднання накруткою, обтисненням і запрессовкой. До цього переліку можна додати з'єднання пайкою і під гвинт.
У техніці СКС пряме зрощування проводів кручених пар окремих кабелів не дозволяється і може бути виконано тільки через елементи рознімного з'єднувача. В силу цього застосування перерахованих вище технологій стає неможливим, і доводиться адаптувати інші відомі рішення для використання в новій області. Те, що з-за конструктивних особливостей даних елементів з'єднання іноді стає полупостоянного, принципового значення не має.
В основних нормативних документах СКС представлені два різновиди контактів, які допустимі для установки елементів роз'ємного з'єднувача на лінійні і шнурові кабелі. Їх загальним характерною ознакою є відсутність необхідності зачистки дроти від ізоляції. Це дозволяє придушити корозійні процеси в зоні взаємодії провідної частини контактного елемента й проведення, які виникають переважно під дією кисню. В результаті досягається необхідна експлуатаційна надійність роз'єму, без якої неможливо надання багаторічної системної гарантії на структуровану проводку.
Зазначені різновиди контактів позначаються як IDC-контакт і контакт пірсінговий типу (IPC-контакт). Оскільки для першого поки немає загальноприйнятого російськомовного описового терміна, в статті використовується англомовна абревіатура.
ОСНОВНІ ОСОБЛИВОСТІ IDC-ТЕХНОЛОГІЇ
У польових умовах розеткові частини електропровідних роз'ємів підключаються до проводів лінійних кабелів виключно за методом Insulation Displacement Connection (IDC).
IDC- Insulation Displacement Connection. У перекладі означає "з'єднання зі зміщенням ізоляції"
Дана технологія відрізняється простотою монтажу безпосередньо на об'єкті, значною температурної і тимчасової стабільністю, а в деяких випадках і можливістю багаторазового підключення проводів.
Відомо кілька основних способів реалізації методу IDC. Всі вони засновані на використанні V-образного пружинящего контакту, в паз якого вводиться арміруемий провід. При виконанні операції оконцевания паз переміщається до основи контакту і його кромки прорізають в ізоляційної оболонці дроти вузькі щілини з двох сторін, тобто діють, як ножі. В результаті створюється електричний контакт з провідником: за рахунок урізування кромки робочого елемента в мідь провідника збільшується площа їх взаємодії і досягається дуже невелика величина перехідного опору. Здавлює дію робочих крайок пружинящего контакту забезпечує хорошу тимчасову стабільність контакту.
Чудова властивість будь-якого IDC-контакту полягає в тому, що з плином часу через дифузії відбувається збільшення ефективної площі дотику елементів в зоні переходу і електричні характеристики області взаємодії провідників навіть дещо покращуються. Одночасно внаслідок малої товщини робочих крайок і відсутності осьових механічних напружень досягається хороша герметичність зони з'єднання, а тому проблем окислення і електрохімічної корозії не виникає.
Незважаючи на простоту вихідної ідеї, IDC-контакт являє собою складне і високотехнологічне виріб.
Малюнок 1. Області IDC-контакту
Відповідно до представленого принципом дії в контакті виділяють три основні області (Малюнок 1).
- На область 1, вхідні для термініруемого дроти, покладаються дві ключові функції - завдання правильної орієнтації проводу та очищення ізоляції в області різу. Характерний скіс ножів у вигляді направляючої воронки дозволяє домогтися потрібної орієнтації.
- Область 2 є робочою - саме тут кромки V-образного паза врізаються в мідь дроту після запресовування дроти в контакт.
- Область 3 відповідає за формування необхідного пружинящего дії крайок паза. Для збільшення пружності всієї конструкції контакту в цій частині нерідко вдаються до локального зменшення ширини його пластин, що в плані може мати довгасту, круглу або іншу підходящу форму. Вважається, що оптимальна величина притискає зусилля становить не більше 120 Н.
На кромки пластин IDC-контакту може наноситися покриття з благородних металів, що помітно покращує їх характеристики, в першу чергу в частині стабільності в часі. Найбільш відомим рішенням є контакт Krone, робочі кромки якого мають срібне покриття. Спроба заміни срібла більш дешевими металами виявилася неспроможною через нездатність останніх ефективно протистояти корозійних процесів і різкого погіршення стабільності характеристик вузла підключення до кабелю. Широко поширене лудіння робочих крайок забезпечує нормальну довговічність місця з'єднання, якщо виконується не більше 20 циклів перекоммутации.
Контакти IDC-типу представляють собою універсальний виріб, оскільки розраховані на використання з жорсткими монолітними і гнучкими багатодротовими провідниками. Коли здійснюється врізка багатодротовими провідника гнучкого шнурового кабелю, що утворюють його окремі дроту малого діаметру не обривати. Це досягається завдяки двом основним факторам. По-перше, внаслідок наявності осьової закрутки і виконання в формі троса багатодротяний провідник набуває багато в чому ті ж механічні властивості, що і монолітний провід. По-друге, в силу кінцевої ширини робочої кромки пластин контакту в процесі установки відбувається швидше сплющивание окремих дротів, а не їх обрив в результаті надрізу.
Конструкція багатьох розглянутих далі IDC-контактів розрахована на те, щоб відповідно до вимог стандарту ISO / IEC 11801: 2011 вони гарантовано зберігали електричні і механічні характеристики при виконанні мінімум 20 циклів підключення-відключення (вироби групи Reusable IDC по термінології названого нормативного документа).
В кінці 90-х років минулого століття широкого поширення набули «одноразові» IDC-контакти (виконання Non-reusable IDC по термінології стандарту ISO / IEC 11801: 2011). Їх поява була обумовлена прагненням розробників гарантувати хороші властивості роз'ємів та інших комутаційних елементів при їх функціонуванні в діапазоні з верхньою граничною частотою, значно перевищує 100 МГц.
Принцип одноразової установки в чималому ступені сприяє вирішенню цього завдання за рахунок максимально можливого усунення механічних деформацій, які при повторній установці дроти в IDC-контакт неминуче посилюються. При цьому ріжучі кромки зазвичай допускають багаторазове з'єднання, але корпус контакту цього не витримує. Одночасно зниження товщини контакту зменшує його реактивність, що в чималому ступені сприяє поліпшенню частотних властивостей з'єднувача і всього тракту в цілому.
РІЗНОВИДИ IDC-КОНТАКТІВ
Будь IDC-контакт реалізований на основі V-образного паза і, відповідно, включає в себе два ножевидних ріжучих елемента, виготовлених з одного листа металу методом штампування і мають пласку форму. У різних різновидів контактів ріжучі елементи можуть бути перпендикулярні осі провідника або розташовуватися під кутом до нього. Крім того, самі елементи можуть бути паралельними або утворювати між собою деякий кут. Всі зазначені варіанти реалізації контакту (за винятком фізично неможливого поєднання кутового розвороту площин окремих частин контакту з їх одночасної перпендикулярної орієнтацією провіднику) використовуються в серійно випускається (див. Таблицю 1). Відповідно, кожен з них має своє найменування:
тип 110;
тип Krone, або LSA-Plus;
тип KATT.
Таблиця 1. Варіанти реалізації IDC-контакту
Розташування їх робочих елементів в схематичне формі зображено на малюнку 2.
Малюнок 2. Варіанти реалізації IDC-контактів:
а) - контакт типу 110;
б) - контакт типу Krone;
в) - збірка контактів KATT;
г) - контакт трубчастого типу
Контакти 110 мають пряме розташування робочих елементів з ріжучими крайками, тоді як в контактах Krone і KATT використана кутова установка. У різній технічній літературі контакт типу 110 досить часто називають IDC-90, або IDC-90 °, тоді як контакт Krone позначається як IDC-45.
Незалежно від виду їх виконання IDC-контакти забезпечують найкращі параметри з'єднання в разі проводів з порівняно невеликим діапазоном допустимих варіацій зовнішнього діаметра дроту. Справа в тому, що занадто товсті дроти можуть привести до деформації робочих крайок, а в разі використання проводів з малим діаметром виникає небезпека неповного контакту і зростання опору в області взаємодії дроту і робочого елемента.
Контакти перерахованих різновидів спочатку розраховуються на підключення до них проводів кручених пар калібром 22-26 AWG, стандартних для симетричних кабелів СКС.
Контакт типу 110
Контакти типу 110 були створені на початку 70-х років на основі широко розповсюдженого в телефонних системах контакту типу 66. Від свого прототипу новий виріб відрізнялося меншими геометричними розмірами, початкової орієнтацією на застосування в високошвидкісних ланцюгах і можливістю використання для створення не тільки перемичок, а й комутаційних шнурів. Останні, як відомо, більш зручні при експлуатації сучасної інформаційної системи, що відрізняється високою динамікою зміни конфігурації фізичного рівня. Конструкція рознімного з'єднувача з контактами розглянутого типу виявилася вельми вдалою з точки зору застосування його в високошвидкісних трактах передачі цифрової інформації. Тому через два десятка років він був ресертифікована спочатку на роботу в кабельних системах розділу 5, а потім почав успішно застосовуватися і в більш широкополосном обладнанні.
У виробі типу 110 передбачається паралельна установка робочих елементів контакту, які розташовуються перпендикулярно осі провідника.
При розробці даного елемента підтримка паралельних з'єднань не передбачалася, тому він має помітно меншу довжину і з боку своєї лінійної частини розрахований на підключення тільки одного провідника.
Перевагою контакту типу 110 є його механічна врівноваженість, тобто відсутність постійно діючих кутових зусиль на армуючий провід. Це не тільки повністю усуває проблему втоми металу, але і забезпечує помітно кращі вібраційні характеристики, що дуже цінно для систем промислового призначення.
Контакт Krone
Ще однією широко розповсюдженим різновидом IDC-контакту є контакт типу Krone, запатентований в 1978 році. Його робочі елементи розташовуються паралельно і розгорнуті до осі провідника під кутом 45 °. Дана особливість відображена в назві контакту - LSA-Plus 45°.
Однак мова не йде про наявність двох варіантів, один з яких є вдосконаленим. LSA Plus являє собою не що інше, як абревіатуру спеціально підібраного німецькомовного визначення контакту. Перша його частина в розгорнутій формі звучить як «lot-, schraub- und abisolierfrei», тобто описує контакт як не вимагає пайки, гвинтового з'єднання і видалення ізоляції. Друга частина теж є абревіатурою: P означає «економічний» (нім. Preiswert); L - легкий в застосуванні (нім. Leicht zu handhaben); U - універсальний (нім. Universell anwendbar) і S - швидкий і надійний (нім. Sicher und schnell). Досить часто замість запису LSA Plus вживається символьна скорочена форма LSA +.
На ранніх етапах розвитку техніки СКС не раз виникали запеклі суперечки між прихильниками контактів типу 110 і Krone щодо переваги тієї чи іншої їх різновиди. Залежно від об'єкта застосування наводилися різні аргументи. Дизайн вироби, обраний розробниками контакту Krone, забезпечив йому такі переваги.Робоча кромка контакту врізається в мідь провідника своєї гострої кутовий частиною, а не всією площиною, тому в місці зіткнення елемента з проводом значно знижена небезпека виникнення вузьких клиновидних щілин, в області яких починаються процеси корозії. Ще однією перевагою кутових IDC-контактів є дещо менше деформаційне зменшення поперечного перерізу мідного провідника в місці оконцевания його роз'ємом (див. Малюнок 3). За рахунок осьового рознесення точок врізання робочих крайок ножів площа поперечного перерізу підключається провідника зменшується дуже незначно. Це збільшує навантажувальну здатність лінії при постійному струмі, що набуває вирішального значення при підвищеній струмового навантаження на кабель. Завдяки пружності пластин ножів створюються постійно діючі сили крутіння, розподілені уздовж провідника, і тим самим забезпечується дещо більша стійкість до можливих нерегулярним механічних впливів, але збільшується небезпека втрати зв'язку провідників при періодичних впливах через явищ резонансного характеру. Сріблення робочих поверхонь ножів сприяє помітному збільшенню експлуатаційної надійності контакту.
Малюнок 3. Особливості механічної деформації проводів кручений пари в процесі взаємодії з ними IDC-контактів різних видів (не в масштабі)
а) - контакт типу 110;
б) - контакт типу Krone
Недоліки, як це часто трапляється, є прямим продовженням достоїнств: кутовий контакт забезпечує меншу площу взаємодії з проводом, через що кілька збільшується небажане контактний опір (див. Малюнок 4).
Малюнок 4. Результати впливу різних видів IDC-контактів з монолітним мідним дротом (не в масштабі)
а) - контакт типу 110;
б) - контакт типу Krone
Розглянемо візуальні відмінності ножів для забивання двох різних видів контактів і самі контакти
Ножі для закладення кабелю в контакти
Ніж тип 110 Ніж тип Krone
Дуже добре видно, що головна відмінність ножів - це розташування виїмки: по центру у 110-го ножа і зміщене до краю у Krone. І другий момент - виріз у кроновского ножа набагато глибше, ніж у 110-го.
Ось і все - візуально дуже просто визначити, якого типу ніж перед вами.
Тепер давайте дивитися на відповідну частину - самі модулі на панелях і плінтах. Тут теж все досить просто.
110-ті модулі - у них ножі прямі і симетричні
У Krone - ножі розташовані під кутом 45 ° і зміщені до краю
Dual IDC
IDC - це абревіатура від Insulation Displacement Connection - «контакт зі зміщенням ізоляції». А "Dual IDC" означає, що ножі модуля на патч-панелі або розетки можна забивати будь-яким типом інструменту - і Krone, і 110
Контакти Dual IDC на патч-панелі
Контакт типу KATT
Конструктивна схема контакту типу Krone передбачає, що після запресовування в нього дроти здавлюють впливу окремих крайок зміщуються відносно один одного в осьовому напрямку внаслідок кутовий орієнтації робочих елементів. Це призводить до появи сил кручення, і в результаті відбувається неминучий і небажаний локальний розворот провідника. Щоб перешкодити цьому явищу і зберегти хороші частотні властивості, розробник змушений був збільшити протяжність вузла введенням в нього досить довгою пластмасовою направляючої, що негативно позначається на масогабаритних показниках вироби в цілому. Зазначений недолік усунуто в контакті типу KATT, сконструйованому компанією Mod Tap (в даний час Molex) в 1994 році. Виріб має дещо складнішу V-подібну форму, причому, на відміну від контактів Krone, площині контактних елементів утворюють кут, близький до прямого.
KATT відрізняється від аналогів ще й тим, що вершини кутів сусідніх контактів спрямовані в протилежні сторони (Малюнок 2, в). Це забезпечує всьому виробу підвищену стійкість до виривав осьовим механічних впливів незалежно від того, з якого боку в нього вводиться кабель.
Назва KATT утворено від сполучення Krone + ATT, що має підкреслювати розширені функціональні можливості продукту.
Інші різновиди IDC-контактів
Ідея введення додаткових фіксуючих елементів, призначених для поліпшення експлуатаційної надійності, отримала втілення в контакті типу 110 компанії Reichle & De-Massari. У ньому використані пластмасові направляючі в довгому каналі, як і в контакті Krone, але, на відміну від останнього, вони мають кілька виступів, що впливають на оболонку провідника. В результаті добротність компонента як механічної системи різко зменшується, зате вібраційні характеристики контакту помітно покращуються. Дана властивість часто виявляється вирішальним фактором при експлуатації комутаційного обладнання, наприклад, на транспорті або в виробничих приміщеннях підприємств важкої промисловості.
Відомі також IDC-контакти трубчастого типу (див. Малюнок 2, г). Основною перевагою такого виконання є потенційно менші габарити елемента. Даний контакт не отримав широкого поширення через необхідність дотримуватися точність обрізки провідника і неможливості застосовувати групові інструменти.
Трубчастий контакт був трохи поліпшений компанією Raychem. В її виробі використана трубка зі стінками збільшеної товщини, верхня частина якої має гостру кромку, що дозволяє відрізати зайву частину проводу і робить процедуру монтажу більш зручною. IDC-контакти трубчастого типу, популярні на ранніх етапах розвитку СКС, застосовувалися в продуктах категорії не вище 3. Через свою високу реактивності і, як наслідок, незадовільних частотних властивостей трубчасті IDC-контакти поступово вийшли з ужитку.
Ідея відрізання надлишку проводів кручений пари без використання ударного інструменту і супутньої деформації контактів була реалізована компанією Reichle & De-Massari. У розеткових модулях Категорії 6А, що входять до складу СКС freenet, передбачена обтискна процедура установки розетки роз'єму на лінійний кабель. При цьому видалення надлишку дроти здійснюється окремим вбудованим ножем, який гальванічно розв'язаний з контактом і не впливає на його частотні властивості.
Підключення в IDC-контакт більше одного проводу. IDC-контакти спочатку створювалися для систем телефонного зв'язку, тому повинні були забезпечувати паралельне підключення щонайменше двох проводів. Широко поширене рішення, що застосовується в телефонних плінтах, - надання контакту Y-подібної форми з двома окремими IDC-елементами на станційної боці. Однак воно не дозволяє отримати хороші масогабаритні показники контактного вузла в цілому. Крім того, висока реактивність такої конструкції ускладнює досягнення хороших передавальних параметрів у верхній частині робочого частотного діапазону сучасних мережевих інтерфейсів.У класичному виконанні контакти 110 не цілком підходять для підключення двох і більше провідників. Контакти інших типів дозволяють реалізувати (в деяких випадках з певними застереженнями) паралельне з'єднання декількох (зазвичай двох) провідників однакового діаметра, що часто потрібно в телефонії.
Найбільш простий і багато в чому очевидний спосіб вирішення завдання підключення декількох провідників до одного контакту полягає в збільшенні довжини робочої області контактного елемента. За інших рівних умов такий підхід забезпечує меншу кутову розбіжність крайок і, відповідно, зближує умови їх взаємодії з провідниками проводів. Прикладом типового виробу може служити контакт типу 66, розроблений для побудови телефонних кросів, де за допомогою перемичок створювалося безліч паралельних з'єднань окремих ланцюгів передачі сигналів. Однак через велику реактивності контакту неминуче погіршуються його електричні характеристики, тому в сучасних розробках, орієнтованих на високошвидкісні канали передачі інформації, такий підхід не використовується.
Другий спосіб підключення двох проводів заснований на застосуванні спеціальної форми ріжучої частини контакту. Найбільш відомим прикладом є елементи Катті, в яких робочій зоні додана серповидна форма з порівняно невеликою кривизною, оптимізована для установки двох провідників (див. Малюнок 5).
Малюнок 5. Форма робочої області IDC-контакту типу KATT і її взаємодія з двома проводами в разі їх паралельного підключення
КОНТАКТ ПІРСІНГОВО ТИПУ
Контакт пірсінговий типу, або IPC-контакт, теж був розрахований на роботу з ізольованим проводом. Площина робочої частини такого контакту завжди розташовується паралельно осі проводу - це один з головних зовнішніх характерних ознак контактів пірсінговий типу.
Робоча область має моноблочну ножевидний форму, а принцип дії аналогічний тому, який застосовувався у відомому ще з часів коаксіальної техніки контакті типу «вампір». Його суть полягає в тому, що вістря контакту протикає ізоляцію і входить в безпосереднє зіткнення з дротом дроти.
Оскільки завдяки обраним напрямом орієнтації робочого елемента ширина компонента роз'єму не збільшується, фокусної областю класичного застосування елемента є вилки модульних роз'ємів з традиційною конструкцією.
Серйозним недоліком пірсінговий контакту вважається відсутність самоцентрування дроти в момент установки. Провід, що знаходиться в направляючої канавці вилки рознімного з'єднувача, завжди має певну свободу переміщення в радіальному напрямку. Внаслідок цієї особливості, а також з-за круглої форми дроту вельми висока ймовірність виникнення «рикошету» в радіальному напрямку при подачі контакту в робоче положення. Коли робоча частина пірсінговий контакту відхиляється від діаметральної площині, знижується площа взаємодії двох металевих поверхонь і погіршуються її електричні характеристики. Для придушення цього небажаного ефекту розробником елементної бази приймається ряд спеціальних заходів, спрямованих на утримання ріжучої кромки контакту в необхідному положенні.
Першою очевидною мірою стає збільшення кількості виступів до двох (див. Малюнок 6, а). Вибір інших прийомів залежить від того, з якими провідниками ведеться робота - з монолітними або багатодротовими.
Малюнок 6. Основні різновиди контактів пірсінговий типу класичної форми (IPC-контактів)
а) - для гнучкого багатодротяна провідника;
б) - для гнучкого багатодротяна провідника з додатковим контактним елементом;
в) - для жорсткого сплетений провідника c вихідної конструкцією;
г) - для жорсткого сплетений провідника з Y-подібним охопленням дроту
Лезо пластини для багатодротовими провідника забезпечується додатковим центральним гострим виступом, причому при обтиску вилки пластина притискає провідник до основи направляючої канавки, а виступ входить в тіло дроти між його дротами (див. Малюнок 6, б). Дріт утримується в оптимальному положенні завдяки її примусового центрування за рахунок того, що периферійні зубці відгинаються під невеликим кутом в протилежні боки щодо осі симетрії.
Вихідна форма леза робочого елемента для монолітного провідника близька до плоскої зі слабо вираженою сідловиною, завдяки чому на його кінцях формуються два невеликих зубця. У порівнянні з контактом для багатодротовими провідника у цій частині вироби помітно менший радіус кривизни робочої поверхні (див. Малюнок 6, в). При обтиску лезо прорізає ізоляцію і щільно охоплює провідник з двох сторін бічними виступами, притискаючи його своєю центральною частиною до основи укладального гнізда. Ефект утримання дроти в оптимальній позиції досягається завдяки Y-образної схемою формування робочої області контакту. Для цього на торцевій крайці вводиться третій виступ великого розміру, а розкриття крайніх виступів значно збільшується. При установці вони ріжуть ізоляцію навскіс, щільно охоплюючи дріт з двох сторін і частково врізаючись в неї (див. Малюнок 7).
