ヌルモデムケーブル：同じ役割を持つ2つのシリアルポートの配線

シリアルポートはネゴシエーションを行いません。両端はそれぞれ一方のピンで送信し、もう一方のピンで受信します。そして、両端は異なるように設計されています。

コンピュータ、プリンタ、ラベルプリンタ、データロガー、そしてほとんどの産業用制御モジュールは、いずれも1種類のポートを備えています。モデム、およびモデムの代わりとなるハードウェアは、もう1種類のポートを備えています。これらの機器間を直線ケーブルで接続するとデータが伝送されます。一方、同じ種類の機器同士を同じケーブルで接続してもデータは伝送されず、両方のポートから無音状態が報告されます。

ヌルモデムケーブルは、送信と受信のペアを入れ替えることで、後者のケースを機能させます。リンクにヌルモデムケーブルが必要かどうかは、両端のポートの役割と、送信データを伝送するピンの2つの情報によって判断されます。

2つのポートでクロスケーブルが必要になる場合がある理由

RS-232が担う役割分担

RS-232では、リンクの両端に異なる役割が割り当てられていた。端末側（DTE）はデータを生成し、通信側（DCE）はそれを回線を通して伝送した。デスクトップコンピュータは最初のグループに属し、プリンタ、データロガー、産業用制御モジュールもそれに含まれていた。モデムは2番目のグループに属し、モデムを模倣した機器も含まれていた。

この作業でピンの位置が修正されました。端末側はピン3で送信し、ピン2で受信します。通信側はピン2で送信し、ピン3で受信します。それぞれをケーブルに1つずつ接続すると、送信ピンが受信ピンに接続されました。すべてのワイヤがそのまま通過できるようになりました。

両端が同じ役割を主張するとき

1つのリンク上の2つのコンピュータポートがその仕組みを破った。両方ともピン3で送信していた。まっすぐなケーブルでピン3同士、ピン2同士を接続したが、どちらの端からも何も受信されなかった。リンクが空のまま、両方のポートは待機状態になった。

2つの通信ポートが同じように故障した。原因も同じで、修理方法も同じだった。

名前の由来

それを修理したアダプタは、2台のモデムの代わりを務めた。かつて2台の端末機器は、2台のモデムと電話回線を介して通信していた。アダプタは回線をスキップし、モデムが配線に対して行っていた唯一のこと、つまりピンの入れ替えだけをコピーした。回線もダイヤルもキャリアも存在しない。ヌルはこれら3つの欠落を記録した。

ケーブルがモデムよりも長く使われ続けた理由

かつては、ネットワークカードが欠落しているときは、2台のデスクトップコンピュータがシリアルケーブルを介してファイルを転送していた。組み込みシステム開発でもそのパターンは変わらなかった。ラップトップが端末側のポートを提供するコントローラと通信し、部屋のどこにもモデムは置かれていなかった。

ご注文前にポートの種類をご確認ください

コネクターの性別が最初の手がかりになる

9ピンコネクタとその性別に関する規則は、TIA/EIA-574に由来する。DCEポートは通常、メスのDB9コネクタ、DTEポートはオスのDB9コネクタを備えていた。パネル延長ケーブル、アダプタケーブル、旧型機器などでは、この規則がしばしば破られるため、筐体の形状が手がかりとなることが多かった。

両端での信号機能の確認

両端のピン3でケーブルが固定された。両端ともそこで送信するため、ペアは交差する。片方の端がピン3で送信し、もう片方の端がピン2で送信すると、すべてのピンがそのまま通過する。コントローラのマニュアルまたはポートの図面には、そのデバイスのRS-232ケーブルのピン配置が記載されており、送信、受信、送信要求、送信許可の4つのラインが関係する可能性がある。

ポートノートには何を入れるべきか

各デバイスに関するメモには、デバイス名、ポートの役割、コネクタの種類、送信ピンの4つの情報が記載されていた。サプライヤーはこれらの4つの情報に基づいて作業を進めた。これらの情報がない場合、サプライヤーは質問で回答し、注文は確認のためのやり取りを待つことになった。

ヌルモデムケーブルはどの線を横切るのか

データを伝送する3本の線

ヌルモデムのピン配置は3本のワイヤから始まります。一方の端のピン2はもう一方の端のピン3に接続され、ピン3はピン2に接続され、ピン5はピン5に接続されます。1組のクロスペアが双方向にデータを送信し、ピン5は両端に共通の参照を提供します。途切れることなくデータを流し出すリンクには、これ以上何も必要ありません。

握手ペアを追加する

フロー制御にはより多くの配線が必要でした。片方の端からの送信要求がもう一方の端からの送信許可と合致したため、送信前に許可を待っていたポートがそれを受信しました。データセット準備完了、データ端末準備完了、キャリア検出はペアリングまたはループバックされました。これは、各ポートがモデムからの応答を期待していたためです。

一部のリンクは3本のワイヤで接続されていた。読み取り許可を得るまでデータを保持するデバイスでは、それは不可能だった。

レイアウトが標準で固定されていない理由

RS-232はポートの役割と信号名を規定した。ヌルモデムアダプタのピン配置は、この規定の範囲外だった。サプライヤーによってハンドシェイク配線に最も大きな違いがあったため、同じブランド名で販売されている2本のフルハンドシェイクケーブルでも、2種類の異なる配線構成になっていることがあった。図面によってこの問題は解決された。アダプタのパッケージラベルの説明は曖昧だったため、ピンの対応関係は2つのデバイスで確認された。

配線決定を生産指示書に変換する

距離と干渉を考慮したケーブル構造

図面にはピン配置図、ポートシェル、長さが示されていた。ケーブル自体は図面に描かれていないことが多く、その部分は実際に配線を通す際に決定された。

キャビネット内部の配線には、28AWGの錫メッキ銅導体を使用した灰色のフラットケーブルが用いられた。絶縁体はPVC製で、UL規格およびCSA規格で要求される垂直燃焼試験に合格しており、耐熱性および耐電圧性能は機器内部での使用をカバーしていた。

シャーシに沿って曲げられた配線の場合、解決策は接続線に移ります。接続線は、ケーブルがシャーシに沿って配線される必要がある場所でも柔軟性を維持します。

インバーターやスイッチング電源がぎっしり詰まったキャビネットには、シールドも必要だった。ギガヘルツ帯域全体にわたって測定されたアルミホイルか錫メッキ銅編組線が用いられた。

5メートルを超えると、シールドが内蔵されるか、導体が太くなるかのどちらかになった。なぜなら、抵抗と結合ノイズが距離とともに共に増加したからである。

IDCソケットまたは圧着端子

ポートとボリュームによって端子が選択された。IDCソケットはリボンを絶縁体圧分散ブレードに一回の操作で押し付け、ピッチによって部品が選択された。一般的な2.54mmサイズは、プリンタ、産業用コントローラ、およびPCBヘッダーをカバーした。

圧着端子は、IDCソケットでは対応できなかったインターフェース、つまり計測機器の最小ピッチまで対応できるようにしました。

いずれにしても、適合性を確認する必要があった。IDCブレードは絶縁体を貫通して銅線に到達しなければならなかった。バレルは撚り線に十分な力で閉じなければならなかった。電流マージンを5分の1確保することで、接点が定格内に収まるようにし、リン青銅に錫または金メッキを施すことで酸化リスクを回避した。

ピンエラーはケーブルの交差によって引き起こされる

2枚の図面が1つの作業台の上に置かれていた。1枚は直線で、もう1枚は交差していた。作業員は長さが合う図面を選び、ケーブルを組み立てた。ケーブルは見た目には問題なかったが、誰かがテストを行った。

駅にピンの対応表を掲示することで問題は解決した。2つのパターンは並べて掲示され、最初の製品は印刷が再開される前に図面と照合された。

各アセンブリは出荷前にどのように検証されるか

ピンマップを証明するテスト

まず、図面と照らし合わせながら、ピンを一本ずつ繋いでいった。その結果、交差したケーブルをまっすぐに繋いだものと、まっすぐなケーブルを交差させて繋いだものが見つかり、どちらも見た目には正しく見えた。

次に接触抵抗を測定し、特注構造では15ミリオーム以下に抑えた。絶縁抵抗は数百メガオームに達した。すべての端子は引張試験を受けた。これは、圧着力が弱すぎると試験では保持できたものの、現場では断線する可能性があるためである。シールドが取り付けられている場合は、その有効性を測定した。

すべてのシリアルおよびCOMアセンブリは、 LUONYX 梱包前に部品ごとに検査されました。

その背後にある原材料と工程チェック

これらの不具合のほとんどは、組み立てよりもずっと前から発生していました。圧着位置が低すぎたために、導線がバレル内で緩んでしまったり、酸化したメッキによって接合部の抵抗値が上昇したり、銅箔の手前で止まったIDCブレードによって回路が断線状態になったりといったことが原因です。

それぞれの原因には、それを取り除くための設定が用意されていた。圧着力は電線の直径に合わせて調整された。入荷した電線と端子は、保管前に仕様に基づいて検査された。切断刃は、絶縁体に傷がつくだけで導体が損傷しないように設定されていた。

絵に何を描くべきか

その図面にはピンとその対応関係が明記されていた。さらに、ケーブルの種類、長さ、コネクタのピッチ、導通と引張強度の合格基準も記載されていた。製造ラインで行われるすべての検査は、ケーブルをその図面と照らし合わせて行われた。図面のない注文では、検査員はケーブルを単なるイメージと照らし合わせて評価するしかなかった。

標準製品にまだ改善の余地がある

カタログ部品は一般的なパターンを網羅していた。キャビネットに複数のポートが必要な場合、 マルチシリアルポートフラットケーブルアセンブリ それらをケーブルに組み込まれたクロスオーバーを備えた1本のリボンで伝送しました。サービスで扱われたパネルは 強化成形COM 9ピンシリアルケーブル成形シェルがジョイントの代わりに摩耗を受け止める場合。ポート数、シェル、またはピッチがカタログの範囲外の場合、 ODM/OEMケーブルプログラム 生産開始前に、図面上でピン配置、コネクタ、およびテスト基準を修正した。

結論

2つのポートでケーブルの接続が確立されます。データピンの信号方向が同じ場合、ペアは交差します。方向が逆の場合、すべてのピンは直進します。規格ではハンドシェイク配線は未定義となっているため、クロスオーバーは仕様に含まれます。導通テストでは、各ユニットのピン配置を確認します。

よくある質問

Q1：アダプタはヌルモデムケーブルの代わりになりますか？

A1：同じ機能に加え、リンクにコネクタインターフェースを2つ追加します。これはベンチテストでは問題ありません。しかし、スペースが限られた機器内部では、インターフェースが2つ増えるということは、固定しなければならない接続箇所が2つ増えるということです。クロスオーバーをケーブルに組み込みましょう。

Q2：ヌルモデムケーブルはすべてハンドシェイクラインを横断しますか？

A2：いいえ。3本のラインで構成されるバージョンは、送信、受信、信号グランドを交差させるため、待機せずにストリーミングを行うリンクに適しています。許可信号を読み取るまでデータを保持するデバイスは、ハンドシェイクラインも交差させる必要があります。ポートのドキュメントに、それらのラインの名前が記載されています。

Q3：発注書には何が記載されるべきですか？

A3：ピンと番号の対応、ケーブルの種類、長さ、コネクタのピッチ、導通と引張強度の合格基準。これらの項目が図面に記載されているため、納品されたケーブルは注文内容と照合されます。