VERIFICADOR DE CONEXIÓN DE CABLES DE RED TIPO UTP CAT5

Transcripción

1 VERIFICADOR DE CONEXIÓN DE CABLES DE RED TIPO UTP CAT5 R. Cervantes, M. Bañuelos, J. Pérez Laboratorio de Electrónica, Centro de Instrumentos, UNAM Apdo. Postal , México, D. F., C.P Tel: (52) ext. 111, Fax: (52) RESUMEN Aquí se presenta el diseño y construcción de un verificador de conexión física: continuidad y calidad de conexión para cables de transmisión de datos UTP que se usan en redes locales de computadoras de algunos tipos en específico. Este aparato verifica que la calidad de la conexión hecha entre los hilos del cable y cada espada en los conectores esté dentro de la norma CAT5. Es capáz de identificar la correcta formación de los pares de conexión y da una valoración del cable en función de la resistencia eléctrica. El resultado es un aparato de uso sencillo y barato de fabricar. ABSTRACT It is shown the design and construction of a device to check physical connection: continuity and quality of connection in UTP data transmission cables, that are used in a specified set of local area networks. This device check for the quality of connection between each cable wire and its corresponding connector spade to fit the standard CAT5. This device can identify the correct formation of wire pairs and gives a valuation for the cable based on wire s electric resistance. As the result of this work it is had a cheap and simple use device. 1. INTRODUCCIÓN Dado el creciente uso de las computadoras interconectadas a través de redes locales, es consecuencia el hecho que personal cada vez menos especializado realice el cableado de las redes. Entonces, para garantizar la calidad de la instalación y de los servicios de mantenimiento y reparación se requieren aparatos de fácil uso que puedan determinar la fuente de los problemas, cuando éstos surgen. Existen en el mercado aparatos de verificación, de medición y de detección de fallas para cableado de redes de diversos tipos y funciones. Todos ellos varían en los tipos de problemas que están enfocados a resolver, desde problemas eléctricos hasta problemas de calidad de servicio. Estos aparatos tienen en común que son diseñados en los países que han desarrollado las tecnologías de comunicación entre computadoras y que son vendidos pensando que serán usados pro empresas y personas que se dedican al ramo, y entonces tendrán altos índices de ingreso por ello. Como consecuencia se venden muy caros. Sin embargo dado el extenso uso actual de este tipo de redes existe la necesidad de poner al alcance de más personas este tipo de aparatos. Basados en la experiencia de instalación y mantenimiento de redes de cómputo se ha visto que el problema más común en redes medianas y pequeñas en particular y en las de bajo tráfico de información en general, consiste en fallas de conexión debidas a mal hechura de los cables o debidas a que éstos han sido presionados con algún mueble o forzados en alguna vuelta. Este grupo de usuarios es precisamente aquél al que se dirige este trabajo. Por esto es que se decidió hacer un aparato que verifique la conexión hecha entre los hilos del cable y cada espada de los conectores, para que esté dentro de la norma CAT5. Además que sea capáz de identificar la correcta formación de los pares de conexión y dar una valoración del cable en función de la resistencia eléctrica.

2 Este aparato de verificación es de uso específico para los cables de transmisión de datos de cuatro pares trenzados sin blindaje (UTP), que se usan en las redes locales de computadora (LAN) de los siguientes tipos: 10 Base T, 100 Base TX, 100 Base VG AnyLan, y 155 ATM. Éstos usan cable UTP AWG 24 calidad CAT5, con conectores jack RJ-45 calidad CAT5. CAT5 es el término común para la norma TIA/EIA 568-A o ISO/IEC11801, que establece entre otras cosas los parámetros de conexión física para redes de velocidades de 10 Mbps y de 100 Mbps. Se espera que la generación de este aparato permita satisfacer la demanda de un mercado intermedio en el uso de redes locales de computadoras. 2. PRINCIPIOS DE OPERACIÓN Los cables para redes locales de los tipos antes especificados, consisten en un tramo de cable de hasta 100 m, de cuatro pares UTP CAT5 con conectores RJ45 CAT5 en ambos extremos. Si se parte de que los cables de conexión han sido elaborados con los materiales adecuados, entonces para que un cable de datos de un servicio adecuado se requieren tres cosas: que estén bien formados los pares de hilos al unir los conectores a los cables, que dicha conexión sea suficientemente buena y que el cable esté en buen estado. La verificación de la formación de los cables puede hacerse mediante la unión de los pares de hilos correspondientes y verificar la continuidad en él. La verificación de la conexión entre los hilos del cable y las espadas del conector, así como la verificación del estado del cable puede hacerse en función de la resistencia eléctrica de cada hilo o par de conexión del cable. Podría hacerse una medición directa de la resistencia de los hilos y los conectores, sin embargo, dada la alta calidad de los cables y la estandarización a la que se sujetan los fabricantes de cables y conectores para obtener el sello de que sus productos cumplen con la norma, puede hacerse una medición indirecta de la resistencia a través de un divisor de voltaje calibrado. Entonces, para verificar los tres parámetros, se ha dispuesto de una configuración como la que se muestra en la figura 1, donde se hace una medición indirecta de la resistencia conjunta de los pares en el cable y sus correspondientes conectores a través de un divisor de voltaje calibrado que será comparado contra los voltajes esperados para una buena conexión y para una conexión aceptable, detectando de esta manera la calidad de la conexión y del cable. Figura 1. Estrategia de medición indirecta de la resistencia del cable, la calidad de la conexión y la verificación de la formación de los correspondientes pares de hilos de transmisión.

3 Los voltajes de referencia y los componentes del divisor de voltaje serán calculados en función de los parámetros de resistencia compuesta del cable y sus conexiones, teniendo como frontera la longitud máxima de un tramo tendible. Se decidió entonces probar tres estados del cable, desconectado, en condición usable y en óptimas condiciones. Los dos límites que establecerán éstas condiciones se explican en la siguiente parte de este escrito. De esta manera, cuando no han sido bien formados los pares del cable, cuando el cable tenga cortes o machucones graves o no haya sido bien conectado el cable con las espadas de conexión, la resistencia será mucho mayor, y así es como se determinará el estado del cable en su conjunto. Ésta es la estrategia que se siguió para desarrollar el aparato y tiene las ventajas de requerir una electrónica muy simple y compacta. La selección de los componentes se muestra en la siguiente sección, y toma en cuenta que se desea un aparato portátil que pueda funcionar con baterías. 3. DISEÑO DE LA ELECTRÓNICA Para los cálculos de los componentes que se requirieron se tomó el cable marca Belden del tipo Data Twist A, que es cable de cuatro pares de UTP, de cobre sólido tamaño 24 AWG. Además se seleccionaron conectores de 8 contactos marca AMP modelo Estos materiales son los típicos disponibles en el mercado mexicano. Dadas las especificaciones del cable, la resistencia a corriente directa por metro por hilo de conexión máxima a 20ºC es 9.38 mω y la típica es de 8.6 mω. Según las mediciones hechas esta resistencia es típicamente de menos de 11mΩ. Para el conector su resistencia típica es de menos de 5 mω. Dado esto y según las tolerancias establecidas en la norma CAT 5, la resistencia del cable con los conectores, para que un cable típico dé servicio óptimo debe ser de menor a 15 Ω para un tramo máximo de 100 metros. En la configuración en que se probará 30 Ω conformará el primer límite de verificación de calidad. Para los casos en que el cable y o la conexión no estén en óptimas condiciones, pero que siga dando servicio, la resistencia deberá ser menor a 50Ω. En la configuración en que se probará 100 Ω conformará el segundo límite de verificación de calidad. Figura 2. Divisor de voltaje de entrada para la verificación de la resistencia del cable y sus conectores. El divisor de voltaje mediante el cual se comprobará la resistencia del cable se muestra en la figura 2. Será alimentado con 5.00 V mediante una referencia de voltaje LM336, la resistencia R será de 120Ω, dado que es un cinco veces mayor que la resistencia máxima para el caso uno y casi igual a

4 la resistencia máxima para el caso dos, lo cual nos da voltajes esperados suficientemente grandes y distinguibles a pesar de las variaciones de los componentes. La corriente máxima que circulará por este divisor será de 50 ma. Se seleccionaron los comparadores LM311, por su capacidad de funcionamiento en intervalo de voltaje de alimentación entre 15V y 5 V. Los voltajes de referencia Vr1 y Vr2 en la figura 1 serán generados a través de una referencia de voltaje de 2.5V LM y un par de potenciómetros variables de 20 vueltas. Éstos voltajes de referencia fueron calculados de manera que fueran iguales al voltaje en el punto que está entre la resistencia y el cable, dada la resistencia máxima esperada para el cable. Caso uno: Caso dos: 5.00V Vr1 = ( ) 30Ω = 1. 15V 120Ω + 30Ω 5.00V Vr2 = ( ) 100Ω = 2. 27V 120Ω + 30Ω Las resistencias de salida de los comparadores serán también las resistencias de limitación de corriente para los leds, seleccionadas de 330Ω. Dado que se quiere que el aparato funcione con baterías, se seleccionó una alcalina de nueve volts, porque a la mitad de la vida de la pila todavía proporciona un voltaje de 7 volts, y puede obtenerse de manera pulsante una corriente de 595 ma / h. El uso que se le da a un probador es momentáneo, así que se piensa adecuado ponerle un interruptor de encendido. La alimentación de los amplificadores, de los leds, de las referencias de voltaje será directamente la pila. El divisor de entrada será alimentado con 5.00V y los voltajes de 1.15V y 2.25V serán entradas del comparador. 4. PRUEBAS Se comprobó el funcionamiento del circuito antes de armar el verificador. También se hicieron pruebas con el dispositivo armado con cables de diferentes longitudes y estados. Se comprobó que para todo cable que el verificador aprobaba, efectivamente servía para la conexión exitosa entre computadoras. 5. RESULTADOS Y CONCLUSIONES El verificador identifica la falta de conexión o dos estados de la calidad del cable con confiabilidad aceptable, como se muestra en la figura 3. El verificador está compuesto de dos dispositivos pequeños, totalmente portátiles. Uno es el terminador y otro es el de desplegado, lo que permite la verificación en sitio, por una sola persona y sin tener que mover o desinstalar los cables.

5 Figura 3. Verificador terminado La construcción del verificador cuesta menos de $340 pesos, que aún al menudeo es un precio competitivo respecto de aparatos similares del mercado. Mejoras posteriores útiles serían añadirle la función de identificación de los diferentes tipos de configuración de conexiones de cables UTP CAT5 y la identificación de cortos eléctricos entre los hilos del cable. 6. REFERENCIAS 1. S. Franco, Design with Operational Amplifiers and Analog Integrated Circuits. (Ed. McGraw-Hill International Editions), (1998) 2. Belden, Data Twist A Specifications. ( (2000) 3. AMP, Modular plugs: Part Detalils for P/N ( 4.Energizer, Alkaline consumer oem specifications. ( 5. National Semiconductors, LM336 Data sheet. (National Semiconductors).(1996) 6. National Semiconducrors, LM311N Data sheet. (National Semiconductors). (1996)