Каталоги структурированных кабельных систем (СКС) могут содержать сотни позиций, но среду передачи создают только две из них - кабели и разъемы. Качество сигналов на входе в приемник зависит только от параметров среды передачи. Международные, региональные и национальные стандарты определяют два типа среды - электропроводную и оптоволоконную. Если предел оптоволоконных каналов определяют кабели, то электропроводных линий и каналов на основе витой пары - разъемы.

В оптоволоконных линиях и каналах дополнительные потери, вносимые разъемами, пренебрежимо малы. В электропроводных системах наводки от разъемов на порядок больше, чем наводки от кабелей. Следует отметить, что речь идет именно о наводках. Затуханием в электрических разъемах можно пренебречь. Суммарный эффект затухания в каналах максимально допустимой длины и наводок на верхней границе частотного диапазона приводит к тому, что мощность сигнала оказывается сопоставимой с мощностью шумов.

Параметр сигнал / шум ограничивает длину канала и скорость передачи данных. Длина электропроводного канала для информационных приложений не должна превышать 100 метров. Увеличение скорости передачи данных достигается рядом мер, важнейшей из которых является расширение частотного диапазона. Именно верхняя часть спектра сигналов важна для работы современных протоколов - Gigabit Ethernet, Fast Ethernet, ATM 155 и других. При этом чем лучше параметр сигнал / шум, тем меньше коэффициент ошибок.

Для увеличения скорости и качества передачи данных именно разъемы играют решающую роль. Уменьшить наводки в кабелях оказывается намного проще, чем компенсировать расплетение витых пар, подключаемых к коннекторам. Качество разъемов зависит от коннекторов. Наводки возникают из-за разбалансировки и изменений волнового сопротивления витых пар в результате монтажа гнездовых разъемов. О влиянии расплетения витых пар свидетельствует тот факт, что параметры кабеля длиной 100 метров примерно на порядок лучше, чем у того же кабеля длиной 90 метров с двумя разъемами на концах.

Для лучшего понимания особенностей электропроводных систем необходим более детальный взгляд на проблему оснащения кабелей разъемами.

Коннектор многие считают разъемом и наоборот. В стандартах СКС, действительно, используется один термин, однако эти понятия четко разграничены. Разъем это окончание кабеля для коммутируемого электрического или оптического соединения. Коннектор - элемент кабельного разъема, обеспечивающий подключение проводников кабеля.

Строго говоря, электрический разъем имеет два коннектора - врезной и контактный. Первый служит для неразъемного подключения витых пар, второй - для коммутируемого соединения с ответным разъемом. Врезное соединение реализовано на коннекторах, разъемное - на подпружиненных контактах. Гнездо является интерфейсом для линейных, а штекер - для соединительных кабелей.

Стандарт RJ45 предусматривает несимметричное разъемное соединение, образуемое гнездом и штекером. Для монтажа разъема требуется удалить оболочку кабеля и расплести концы витых пар. В штекерных разъемах изменение геометрии проводников гораздо меньше, чем в гнездовых. Максимальная разбалансировка, наибольший уровень излучений и помех имеют место именно на гнездовых разъемах. Поэтому от соединения кабеля с разъемом зависит работа протоколов и сети в целом.

Для подключения четырехпарных кабелей к абонентским розеткам и распределительным панелям все ведущие производители элементов для структурированных кабельных систем используют коннекторы, реализующие принцип контакта сквозь изоляцию (КСИ).

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

Штекерные разъемы также имеют врезной коннектор и контактный разъем, но выполняются без печатных плат. Компенсация разбалансировки штекерных разъемов обеспечивается гнездовыми разъемами.

Технология врезки, которая была создана для монтажа телефонных проводов на кроссах, оказалась весьма удачной. Она применяется практически в 100% случаев для подключения проводников медных кабелей, используемых в системах передачи данных. Врезной контакт лучше, чем механический, или пайка, поскольку значительно упрощает монтаж и обеспечивает надежное низкоомное электрическое соединение.

Кроме того, врезной контакт не окисляется, 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 специальный сплав коннектора проникают друг в друга, увеличивая площадь контакта. С годами электрические параметры таких соединений даже улучшаются.

Применение современных протоколов передачи данных требует использования высоких частот. В настоящее время международные и национальные стандарты определяют параметры передачи сигналов по медному кабелю в категории 5 / класса D локальных сетях в полосе до 100 МГц.

Увеличение частоты от 1 до 100 МГц приводит к возрастанию перекрестных наводок между парами кабеля в тысячи раз. Данный параметр обозначают как NEXT (Near End Crosstalk - дословно - перекрестные наводки на ближнем конце (кабеля). Точнее это наводки двунаправленной передачи. Они создаются на обоих концах кабеля. Четыре пары дают по шесть комбинаций NEXT. Данный параметр характеризует отношение сигнала на выходе из передатчика одной пары к наведенному сигналу на входе в приемник другой пары.

Затухание сигнала также возрастает с ростом частоты. Увеличение наводок наряду с ослаблением сигнала приводит к увеличению коэффициента ошибок. Это проявляется в сбоях протоколов и сети в целом.

Наводки уменьшают путем скрутки пар кабеля с разным шагом. Геометрия витых пар фиксируется оболочкой кабеля. Однако для того, чтобы оснастить медный кабель разъемами, требуется снять оболочку и расплести пары, что ведет к усилению собственного шума системы.

Для систем категории 5 стандарты разрешают расплетение пар на длину не более чем 1/2 дюйма (13 мм). Стандарты не определяют длину удаления оболочки, но рекомендуют монтировать разъемы таким образом, чтобы она была минимальна. Некоторые производители элементов СКС ограничивают этот параметр величиной один дюйм (25,4 мм).

В настоящее время существуют 3 типа запатентованных врезных коннекторов: Lucent Technologies, Krone и MOD-TAP. Длина расплетения витых пар для подключения к таким коннекторам соответствует стандартами. Ее не удается уменьшить потому, что пары необходимо развести на одну или две гребенки, которые имеют достаточно большой размер.

Миниатюризация ограничивается тем, что для уменьшения наводок необходимо увеличивать расстояние между точками электрических контактов.

Решение компании ITT NS&S, Великобритания, для кабельных разъемов базируется на том же принципе контакта сквозь изоляцию.

Отличие состоит в том, что лезвия коннектора, расположенные практически в один ряд, максимально приближены друг к другу. Для улучшения электрических параметров V-образные лезвия коннекторов находятся в двух параллельных плоскостях, разделенных тонким (0,1 мм) диэлектриком, и имеют разную высоту. Это увеличивает расстояние между точками электрических контактов проводников.

Контакты расщепленной пары (3 и 6) составляют одну плоскость, остальные шесть контактов - другую. Это решение обеспечило компенсацию без применения печатных плат и электрических элементов. Балансировочная емкость образуется механическим расположением и размерами разделенных диэлектриком проводников, проходящих внутри модуля и соединяющих лезвия коннекторов с контактами гнезда. Такую технологию называют планарной. Ее применение стало возможным в результате минимальной разбалансировки витых пар.

Модуль 808 имеет две разновидности - 808 Mk2 категории 5 / 5е и 808 Mk3 - категории 6. Внешние размеры идентичны. В сочетании с модульной конструкцией это обеспечивает дополнительную гибкость проектирования и монтажа. В частности, на одной панели можно установить модули разных категорий, например, категории 6 для магистральных каналов или подключения серверов и категории 5е - для горизонтальных линий.

В разъеме 808 Mk2 расплетение пар производится на всю длину удаления оболочки и составляет не более 7 - 9 мм. Это в четыре раза меньше, чем у традиционных коннекторов. Расстояние от оболочки кабеля до коннектора - 2 - 3 мм или на порядок меньше стандартного. Оставшаяся часть расплетенных пар находится в направляющих, образованных модулем и его крышкой. Расположение проводников в направляющих обеспечивает заданную геометрию пар и высокую универсальность механических и электрических параметров монтажа.

Конструктивные отличия 808 Mk2 и 808 Mk3 незначительны. Единственное различие - уменьшение примерно на 2 мм длины расплетенных проводников и приближение на такую же величину гребенки врезных контактов к обрезу оболочки кабеля. Столь незначительные изменения конструкции коннектора для перехода от категории 5 к категории 6 свидетельствует об удачной концепции дизайна разъема.

Технология ITT NS&S позволила свести к минимуму разброс параметров. Это обеспечило высокую степень компенсации шумов в разъемах и позволило увеличить их число в канале до семи. Стандарты предусматривают три основных разъема в канале и один дополнительный при наличии резерва параметров. Следует отметить также надежность фиксации витых пар и кабеля в разъеме. Кабельная оболочка заканчивается и крепится внутри модуля, в поле зрения нет витых пар.

Неэкранированный и экранированный модули 808 Mk2

Схема модуля 808 Mk2 в сборе

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 стандартов категории 6 / класса E. По затуханию резерв составляет один - два порядка, по наводкам (NEXT) - один порядок.

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. Как пары проводников, так и пары коннекторов, имеют различные электрические параметры. Поэтому для оптимизации системы необходимо учитывать требования протоколов, параметры кабелей и параметры разъемов.

Последовательность монтажа проводов строго соблюдается. Для этого как витые пары, так и монтажные позиции коннекторов имеют цветовую маркировку.

Схема последовательности расположения проводников TIA-T568B	График перекрестных наводок для базовой линии 90 м, 100 Мгц

Компания ITT NS&S пошла по пути улучшения параметров всех пар базовой линии (БЛ). Базовая линия, представляет собой кабель длиной до 90 метров, оснащенный гнездовыми разъемами. На рисунке слева 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 справа 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 экранированной системы ISCS.

Как видно из графика, компании ITT NS&S удалось значительно уменьшить перекрестные наводки между всеми парами. Наилучшие результаты - -48 дБ, 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 8 дБ. Это практически означает, что уровень внутренних шумов системы на один - два порядка (в 8 - 95 раз) ниже, чем допускается стандартами.

Как видно из графика, структурированная кабельная система ITT NS&S универсальна и имеет существенный резерв даже по наихудшим парам.

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 лучшие производители СКС покрывают лезвия врезных контактов окислами 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.

Механическая фиксация проводников обеспечивает снятие нагрузок с контактов коннектора, которые могут привести к попаданию кислорода уже после врезки.

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

В дополнение к этому в экранированных системах кабель фиксируется обжимным кольцом к корпусу модуля, что обеспечивает четвертую точку фиксации.

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 малое волновое переходное сопротивление экрана и эффект "массы".

Эффективное электрическое соединение модулей и панелей с помощью металлической шины вновь 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 360^о.

В дополнению к улучшению прочности заделки кабеля корпус 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. Стандарты требуют не менее 200 коммутаций. Электрические, механические и температурные характеристики приведены в таблице.

Структурированная кабельная система ITT NS&S полностью модульная. Универсальные модули типа 808 - 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, если требуется смонтировать модуль, не надо менять всю панель или розетку.

Традиционное решение - сборные распределительные панели. При этом кабельные окончания панелей и розеток разнотипны и различаются по параметрам.

Размеры и механические характеристики коннектора также играют немаловажную роль.

ITT NS&S 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 традиционных коннекторов.

Структурированная кабельная система фирмы ITT NS&S имеет меньше элементов, чем любая другая система. Это упрощает дистрибуцию, монтаж, эксплуатацию и администрирование.

Модуль 808 позволяет монтировать гнездовые разъемы линейных кабелей практически так же, как и штыревые разъемы соединительных кабелей.

Все восемь проводов, сформованные и обрезанные специальным инструментом, вставляются в коннектор одновременно, после чего фиксируются крышкой модуля. Модуль задвигают в корпус одним движением того же инструмента. Врезка проводников происходит за счет усилия, передаваемого корпусом на крышку модуля. Этим достигается точная посадка проводников в основание V-образных лезвий коннекторных контактов.

Модуль фиксируется в корпусе защелками, которые не допускают разборки модуля и повторного монтажа. В результате обеспечивается долговечность врезного соединения благодаря газонепроницаемому контакту.

Эта простая технология монтажа кабельных разъемов, заложенная в конструкцию модуля и инструмента, обеспечивает непревзойденные удобство и простоту работы. Механические и электрические параметры расплетенных пар при этом универсальны и строго заданы.

Прочный внешний корпус, отсутствующий у традиционных коннекторов, обеспечивает механическую защиту зоны контактов и повышенную прочность заделки кабеля.

Разработав модуль принципиально нового типа в 1991 году, компания ITT NS&S на несколько лет опередила конкурентов. Аналогичные решения начали появляться в конце 90-х годов для систем категории 6.

Компании ITT NS&S 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 традиционных гарантий категории 5.

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 ITT NS&S гарантируют заказчикам минимальную стоимость владения структурированной кабельной системы и сети в целом. Крупнейшие сети в мире созданы на базе систем ITT NS&S.

Разработка новых стандартов подтверждает преимущества разъемов с контролируемым расплетением витых пар без компенсационных печатных плат. Конструкция традиционных коннекторов не позволяет решить 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 ITT NS&S, не испытывают данных проблем. Решения ITT NS&S реально обеспечивают длительный срок службы структурированных кабельных систем.