Nullmodemkabel: Verdrahtung zweier serieller Schnittstellen mit gleicher Funktion

Serielle Schnittstellen verhandeln nicht. Jedes Ende sendet über einen Pin und empfängt über einen anderen, und die beiden Enden wurden so konstruiert, dass sie sich unterscheiden.

Computer, Drucker, Etikettendrucker, Datenlogger und die meisten industriellen Steuermodule verfügen über einen bestimmten Anschlusstyp. Modems und andere Hardware, die diesen Anschlusstyp ersetzen, verwenden den anderen. Ein direktes Kabel zwischen zwei Geräten beider Typen überträgt Daten. Dasselbe Kabel zwischen zwei Geräten desselben Typs überträgt keine Daten, und beide Anschlüsse melden Stille.

Ein Nullmodemkabel vertauscht das Sende- und Empfangspaar und ermöglicht so den zweiten Fall. Zwei Messwerte entscheiden darüber, ob eine Verbindung ein Nullmodemkabel benötigt: die Portrolle an jedem Ende und der Pin, der die Sendedaten überträgt.

Warum zwei Anschlüsse manchmal ein gekreuztes Kabel benötigen

Die Rollenaufteilung, die RS-232 einnimmt

RS-232 wies jedem Ende einer Verbindung eine andere Aufgabe zu. Die Terminalseite (DTE) erzeugte die Daten. Die Kommunikationsseite (DCE) leitete sie über die Leitung weiter. Zur ersten Gruppe gehörten ein Desktop-Computer, ein Drucker, ein Datenlogger und ein industrielles Steuermodul. Zur zweiten Gruppe gehörten ein Modem und Geräte, die dessen Funktionen nachahmten.

Die Reparatur behob das Problem mit dem Pin. Ein Terminal sendete an Pin 3 und empfing an Pin 2. Ein Kommunikationsende sendete an Pin 2 und empfing an Pin 3. Fügte man jeweils ein solches Terminal in ein Kabel ein, so war der Sende-Pin mit einem Empfangs-Pin verbunden. Alle Drähte konnten nun direkt durchgeschleift werden.

Wenn beide Seiten die gleiche Rolle beanspruchen

Zwei Computeranschlüsse an einer Verbindung unterbrachen diese Anordnung. Beide sendeten über Pin 3. Ein gerades Kabel verband Pin 3 mit Pin 3 und Pin 2 mit Pin 2, und an keinem Ende wurde ein Signal empfangen. Beide Anschlüsse blieben betriebsbereit, während die Verbindung leer blieb.

Zwei Kommunikationsanschlüsse fielen auf die gleiche Weise aus. Gleiche Ursache, gleiche Reparatur.

Woher der Name kommt

Der Adapter, der das Problem behoben hatte, ersetzte zwei Modems. Zwei Endgeräte hatten zuvor über zwei Modems und eine Telefonleitung kommuniziert. Der Adapter umging die Leitung und kopierte die einzige Änderung, die die Modems an den Leitungen vornahmen: die PIN-Vertauschung. Keine Leitung, kein Wählen, kein Netzbetreiber. Null protokollierte diese drei Ausfälle.

Warum das Kabel das Modem überlebt hat

Früher tauschten zwei Desktop-Computer Dateien über ein serielles Kabel aus, wenn keine Netzwerkkarte vorhanden war. Auch eingebettete Systeme funktionierten nach diesem Prinzip. Ein Laptop kommunizierte mit einem Controller, der einen Terminalanschluss bereitstellte; ein Modem befand sich nirgends im Raum.

Bitte lesen Sie den Porttyp, bevor Sie bestellen

Verbindungsgeschlecht als erster Hinweis

Der 9-polige Stecker und seine Geschlechtskonvention stammen von TIA/EIA-574. Ein DCE-Anschluss hatte üblicherweise eine DB9-Buchse, ein DTE-Anschluss einen DB9-Stecker. Panel-Erweiterungen, Adapterkabel und ältere Geräte wichen jedoch häufig von diesem Schema ab, sodass das Gehäuse einen Hinweis darauf lieferte.

Bestätigung der Signalfunktion an jedem Ende

An beiden Enden des Kabels wurde Pin 3 als Pinbelegung verwendet. Da beide Enden über Pin 3 sendeten, kreuzten sich die beiden Pins. Wenn ein Ende über Pin 3 und das andere über Pin 2 sendete, blieben alle Pins direkt belegt. Die Bedienungsanleitung des Controllers oder die Anschlusszeichnung enthielt die Pinbelegung des RS-232-Kabels für dieses Gerät. Dabei konnten vier Leitungen beteiligt sein: Senden, Empfangen, Sendeanforderung und Sendefreigabe.

Was gehört in die Hafennotiz?

Für jedes Gerät wurden vier Angaben in die Notiz aufgenommen: Gerätename, Portfunktion, Steckertyp und Sende-Pin. Der Lieferant arbeitete mit diesen vier Angaben. Fehlten diese, stellte er eine Rückfrage, und die Bestellung musste zur Klärung zurückgestellt werden.

Welche Leitungen kreuzt ein Nullmodemkabel?

Die drei Leitungen, die die Daten transportieren

Die Pinbelegung eines Nullmodems beginnt mit drei Drähten. Pin 2 an einem Ende wird mit Pin 3 am anderen Ende verbunden. Pin 3 wird mit Pin 2 verbunden. Pin 5 wird mit Pin 5 verbunden. Ein gekreuztes Adernpaar übertrug die Daten in beide Richtungen, und Pin 5 diente beiden Enden als gemeinsame Referenz. Eine Verbindung, die Daten ohne Unterbrechung übertrug, benötigte nichts weiter.

Hinzufügen des Handshake-Paares

Die Flusssteuerung benötigte mehr Leitungen. Die Sendeanforderung an einem Ende traf auf dem anderen Ende auf Sendefreigabe, sodass ein Port, der vor dem Senden auf eine Genehmigung wartete, die Anfrage empfing. Datensatz bereit, Datenterminal bereit und Trägererkennung wurden gepaart oder zurückgeführt, da jeder Port eine Modemantwort erwartete.

Manche Verbindungen verliefen über drei Drähte. Ein Gerät, das seine Daten so lange zurückhielt, bis es die entsprechende Berechtigung erhielt, konnte dies nicht.

Warum das Layout nicht durch den Standard festgelegt ist

RS-232 legte die Portrollen und Signalbezeichnungen fest. Die Pinbelegung eines Nullmodem-Adapters lag außerhalb dieses Rahmens. Die Hersteller unterschieden sich hauptsächlich bei den Handshake-Leitungen, sodass zwei unter demselben Namen verkaufte Full-Handshake-Kabel zwei unterschiedliche Layouts aufweisen konnten. Die Zeichnung klärte dies. Die Pinbelegung wurde anhand der beiden Geräte überprüft, da die Beschreibung des Adapters auf der Verpackung bestenfalls ungenau war.

Die Verdrahtungsentscheidung in einen Produktionsauftrag umwandeln

Kabelkonstruktion für Distanz und Störungen

Eine Zeichnung enthielt die Bezeichnungen für die Steckplatzbelegung, das Portgehäuse und die Kabellänge. Das Kabel selbst fehlte oft auf dem Blatt, und die Kabellänge bestimmte diesen Teil.

Im Inneren des Gehäuses verlief ein graues Flachkabel mit verzinnten Kupferleitern (28 AWG). Die Isolierung bestand aus PVC, das Kabel erfüllte die Anforderungen der UL- und CSA-Normen hinsichtlich der vertikalen Flammprüfung und seine Temperatur- und Spannungsfestigkeit deckten den Einsatz im Geräteinneren ab.

Die Lösung, bei der das Kabel um ein Chassis herumgeführt wurde, bestand darin, ein Anschlusskabel zu verwenden, das flexibel bleibt, wo das Kabel dem Chassis folgen muss.

Ein Schrank voller Wechselrichter und Schaltnetzteile benötigte ebenfalls eine Abschirmung: Aluminiumfolie oder verzinntes Kupfergeflecht, gemessen über den Gigahertz-Bereich.

Ab einer Entfernung von fünf Metern wurde die Abschirmung schwächer oder der Leiter dicker, weil Widerstand und gekoppeltes Rauschen über die Distanz hinweg zunahmen.

IDC-Buchse oder Crimp-Anschlüsse

Anschluss und Größe bestimmten den Anschluss. Eine IDC-Buchse presste das Flachbandkabel in einem Arbeitsgang auf die Schneidkontakte, und die Rasterteilung bestimmte das Bauteil. Die gängige Größe von 2,54 mm deckte Drucker, Industriesteuerung und Leiterplattenstecker ab.

Crimp-Anschlüsse ermöglichten Schnittstellen, die mit einer IDC-Buchse nicht realisierbar waren, bis hin zu den kleinsten Rastermaßen an Instrumenten.

Die Passgenauigkeit musste in jedem Fall überprüft werden. Ein IDC-Kontaktstift musste die Isolierung durchdringen und das Kupfer erreichen. Ein Kontaktgehäuse musste sich mit ausreichendem Druck um Litzen schließen lassen. Eine Stromreserve von einem Fünftel gewährleistete, dass der Kontakt innerhalb seiner Nennleistung blieb, und Phosphorbronze mit Zinn- oder Goldbeschichtung minimierte das Oxidationsrisiko.

Der PIN-Fehler, zu dem ein gekreuztes Kabel einlädt

Zwei Zeichnungen lagen auf einer Werkbank. Eine war gerade, die andere kreuzförmig. Ein Mitarbeiter wählte das Blatt mit der passenden Länge aus, fertigte das Kabel an, und das Kabel sah in Ordnung aus, bis es jemand testete.

Das Aushängen der entsprechenden Markierungen am Bahnhof löste das Problem. Beide Muster wurden nebeneinander aufgehängt, und das erste Muster wurde vor der Fortsetzung des Laufs mit der Zeichnung abgeglichen.

Wie jede Baugruppe vor dem Versand geprüft wird

Die Tests, die die Stecknadelkarte beweisen

Zuerst wurde die Durchgangsprüfung durchgeführt, Pin für Pin, anhand der Zeichnung. Dabei wurden ein gekreuztes, gerades Kabel und ein gerades, gekreuztes Kabel erkannt, die beide optisch korrekt aussahen.

Als Nächstes wurde der Kontaktwiderstand geprüft, der bei einer Sonderanfertigung maximal 15 Milliohm betragen durfte. Der Isolationswiderstand lag im Bereich von mehreren hundert Megaohm. Jede Klemme wurde einem Zugtest unterzogen, da eine zu schwache Crimpverbindung zwar im Test halten, sich aber im praktischen Einsatz lösen konnte. Wo eine Abschirmung angebracht war, wurde deren Wirksamkeit gemessen.

Jede serielle und COM-Baugruppe, die von LUONYX wurde vor dem Verpacken Stück für Stück geprüft.

Die Rohstoff- und Prozessprüfungen dahinter

Die meisten dieser Fehler traten lange vor der Montage auf. Eine zu niedrig eingestellte Crimpverbindung führte dazu, dass der Leiter im Kontaktgehäuse lose saß. Oxidierte Beschichtungen erhöhten den Widerstand an der Verbindungsstelle. Ein IDC-Messer, das vor dem Kupfer stoppte, verursachte einen Stromkreis, der als offen angezeigt wurde.

Für jede Fehlerursache gab es eine Einstellung, die diese beseitigte. Die Crimpkraft wurde auf den Drahtdurchmesser kalibriert. Eingehende Drähte und Klemmen wurden vor der Einlagerung gemäß Spezifikation geprüft. Die Schneidklingen waren so eingestellt, dass die Isolierung angeritzt wurde, der Leiter aber intakt blieb.

Was gehört auf die Zeichnung?

Die Zeichnung enthielt die Bezeichnungen der Pins und deren Zuordnung. Sie gab außerdem den Kabeltyp, die Kabellänge, den Steckerabstand sowie die Abnahmekriterien für Durchgang und Zugfestigkeit an. Bei jeder Prüfung in der Produktionslinie wurde ein Kabel mit dieser Zeichnung verglichen. Fehlte eine Zeichnung, musste der Prüfer das Kabel anhand einer theoretischen Vorstellung vergleichen.

Wo ein Standardprodukt noch überarbeitet werden muss

Die Katalogteile deckten das gängige Muster ab. Wo ein Gehäuse mehrere Anschlüsse benötigte, ein Flachkabelbaugruppe mit mehreren seriellen Anschlüssen Sie wurden auf einem Flachbandkabel mit integrierter Kreuzung übertragen. Ein im Betrieb gehandhabtes Bedienfeld benötigte verstärktes, umspritztes COM-Serienkabel mit neun Pins, wo die geformte Hülle anstelle der Verbindung den Verschleiß aufnahm. Wo die Anzahl der Öffnungen, die Hülle oder die Steigung außerhalb des Katalogs lagen, ODM/OEM-Kabelprogramm Die Stiftleiste, der Stecker und die Testkriterien wurden vor Produktionsbeginn in einer Zeichnung festgehalten.

Abschluss

Die beiden Anschlüsse fixieren das Kabel. Bei gleicher Signalrichtung an den Datenpins kreuzen sich die Adernpaare. Bei entgegengesetzter Richtung verläuft jeder Pin gerade. Die Norm lässt die Handshake-Verdrahtung offen, daher gehört die gekreuzte Verdrahtung zur Spezifikation. Der Durchgangstest überprüft anschließend die Pinbelegung an jedem Gerät.

Häufig gestellte Fragen

Frage 1: Kann ein Adapter ein Nullmodemkabel ersetzen?

A1: Es erfüllt dieselbe Funktion und fügt der Verbindung zwei zusätzliche Schnittstellen hinzu. Das funktioniert auf einem Prüfstand. In Geräten mit begrenztem Platz bedeuten zwei zusätzliche Schnittstellen zwei weitere Verbindungen, die gesichert werden müssen. Integrieren Sie die Kreuzung in das Kabel.

Frage 2: Kreuzt jedes Nullmodemkabel die Handshake-Leitungen?

A2: Nein. Die dreipolige Version überbrückt Sende-, Empfangs- und Signalmasse und eignet sich für eine Verbindung, die Daten ohne Wartezeit streamt. Ein Gerät, das seine Daten bis zum Empfang eines Berechtigungssignals zurückhält, benötigt ebenfalls überbrückte Handshake-Leitungen. Diese Leitungen sind in der zugehörigen Portdokumentation aufgeführt.

Frage 3: Was sollte in einer Bestellung stehen?

A3: Die Zuordnung der Pins zu den angegebenen Nummern, der Kabeltyp, die Länge, der Steckerraster sowie die Abnahmekriterien für Durchgang und Zugfestigkeit. Anhand dieser Angaben in der Zeichnung wird das gelieferte Kabel mit der Bestellung abgeglichen.