Mesure de conformité et dépannage des systèmes de câblage : Partie 2 - Perte d'insertion.

Série thématique "Mesure de conformité et dépannage des systèmes de câblage".

Dans la première partie de la série "Mesures d'acceptation et dépannage des systèmes de câblage", les bases et les normes des mesures d'acceptation ont été expliquées de manière introductive. Dans le cadre de cette série, d'autres sujets pertinents sont maintenant présentés de manière compétente et concise. Le deuxième article de cette série traite du thème de la "perte d'insertion".

Atténuation du signal sur les paires

"Au secours, je ne parviens pas à compenser la perte d'insertion sur de longs parcours !" Un appel à l'aide souvent entendu lors des essais de réception des câbles de cuivre structurés. Afin de pouvoir apporter un soutien professionnel dans un tel cas, il faut connaître les bases de cette propriété électrique.

La perte d'insertion (IL) indique l'atténuation d'un signal par un ou plusieurs composants insérés dans un chemin de signal. La perte d'insertion décrit le rapport entre la puissance qui est alimentée et la puissance qui est laissée passer.

La perte d'insertion est utilisée pour évaluer l'atténuation du signal sur l'ensemble du chemin du début à la fin de la ligne. La mesure associée doit permettre d'évaluer si les valeurs limites requises pour la transmission des signaux de données sont respectées et si la station partenaire peut également identifier clairement les signaux. Si la mesure révèle des problèmes de perte d'insertion, plusieurs causes peuvent être possibles. Il s'agit essentiellement de la longueur et de la qualité de la ligne, exprimées par ses caractéristiques de haute fréquence.

Ne tirez pas sur le câble !

La somme de toutes les propriétés des hautes fréquences donne à un câble de données les caractéristiques d'un filtre passe-bas, il laisse passer les basses fréquences mieux que les hautes fréquences. D'une part, cette caractéristique passe-bas limite la largeur de bande de la transmission de la ligne et oblige à installer des amplificateurs (répéteurs) après une certaine longueur de ligne afin de régénérer le signal ou, comme pour les lignes de données, de limiter la longueur de ligne autorisée au moyen d'une valeur limite soit directement sur la longueur, soit indirectement via la perte d'insertion maximale.

Les caractéristiques de haute fréquence sont si importantes parce que les câbles en cuivre ne sont pas de simples fournisseurs d'énergie ici, mais des composants essentiels de la voie de transmission des signaux de données maintenant à très haute fréquence. En particulier, une surcharge mécanique d'un câble entraîne directement une déviation de ses caractéristiques nominales et conduit à une détérioration immédiate des propriétés de transmission jusqu'à l'interruption de la communication. D'où le conseil urgent à tous les installateurs de ne jamais "tirer" les câbles de données, mais seulement de les "insérer.

Paramètres de mesure: la Perte d'insertion

La perte d'insertion d'une section de câblage est mesurée dans la gamme de fréquences de la classe de câblage correspondante (par exemple, la classe EA jusqu'à 500 MHz). Pour cela, non seulement une seule fréquence est mesurée comme point de référence, mais tout le spectre de 1 MHz à la fréquence maximale de la norme respective est oscillé. Les résultats sont enregistrés à des points de fréquence définis dans la norme et sont ensuite utilisés pour l'évaluation. Les valeurs mesurées dépendent de la longueur des câbles et de la section de l'âme du câble utilisé. L'atténuation des paires de fils est le rapport logarithmique entre le signal introduit dans les paires et le signal arrivant à l'autre extrémité du câble. Sur les quatre atténuations d'un câble 8 fils typique, la valeur la plus élevée est utilisée pour évaluer la section de câblage. Ceci a été défini dans les normes pertinentes comme suit.

Les certificateurs de câblage d'aujourd'hui affichent également les valeurs totales mesurées de toutes les paires de fils sous forme graphique et les enregistrent avec tous les points de données.

Comme l'atteinte de la perte d'insertion maximale acceptable n'est pas liée à une longueur de câble fixe, le paramètre de mesure "longueur" dans les normes ISO/CEI et les normes qui en découlent n'est déterminé qu'à titre d'information. Dans les normes américaines, en revanche, il existe des limites fixes de réussite/échec pour la longueur d'une ligne.

Les causes d'erreur

Comme nous l'avons déjà mentionné, les erreurs dans le paramètre de perte d'insertion peuvent avoir des causes diverses. La principale raison de l'échec de cette mesure est tout simplement la longueur excessive des câbles dans le trajet de transmission. Ensuite, les causes sont les câbles qui ne sont pas de qualité suffisante (catégorie de puissance trop faible) ou qui sont mesurés par rapport à des normes trop élevées ou qui ont simplement été soumis à une contrainte excessive lors de l'insertion. Exemple de deux erreurs de perte d'insertion en une seule voir figure 1 : câble trop long, toutes les paires en dehors des limites (ligne rouge) et câble insuffisant pour l'étalon de mesure choisi, câble CAT7 (600 MHz) contre étalon de mesure CAT8 (2 000 MHz).n.

Figure 1 : Exemple de mesure incorrecte

Trop long!

La règle de base est que la longueur posée d'un câble AWG 22/23 jusqu'à environ 90 m a toujours une réserve suffisante pour pouvoir transmettre sans problème des signaux de données, les longueurs supérieures peuvent, mais ne doivent pas, fonctionner. Si les cordons de raccordement des composants actifs sont déjà inclus dans l'itinéraire, la longueur totale ne doit pas dépasser 100 m si vous voulez être sûr. Cependant, des irritations se produisent sans cesse lorsque l'on mesure des longueurs de voies posées qui sont en fait inférieures aux 90 m magiques, mais que la mesure de la perte d'insertion se trompe quand même. Ce qui est passionnément souvent mal fait est la spécification de la valeur dite NVP ou le facteur de raccourcissement du câble installé. Cette valeur indique de combien plus lent que la vitesse des signaux lumineux passant dans le câble.

Il est nécessaire d'effectuer des mesures de longueur en déterminant le temps de transit des signaux réfléchis le plus précisément possible. Cette valeur de correction est directement proportionnelle à la valeur mesurée et si elle est fixée trop bas, toutes les longueurs apparaissent plus courtes qu'en réalité et vice versa. On se demande ici comment il est possible que la perte d'insertion échoue alors que le câble est censé être plus court que 90 m. Cependant, si la valeur de la NVP avait été correctement réglée, et non pas trop petite, vous auriez immédiatement constaté que la longueur dépassait de loin la valeur et que la raison de l'échec de la perte d'insertion était donc évidente.

Trop fin !

Récemment, cependant, il y a aussi eu de plus en plus de demandes concernant les erreurs d'amortissement dans les sections de câbles, les longueurs sont comprises entre 60 et 90 m, les longueurs ont été déterminées correctement, mais ne sont toujours pas mesurées. La raison en est les câbles de données de plus en plus modernes, qui ont été autrefois développés spécialement pour les centres de données et sont maintenant commercialisés avec de nouvelles désignations, principalement pour la maison. Une caractéristique de ces câbles est une section plus petite, généralement un fil massif d'un diamètre de 26 AWG. Le diamètre réduit produit des valeurs d'atténuation plus élevées et n'autorise que des longueurs de ligne allant jusqu'à environ 60 m. Suffisante pour les centres de données et les maisons individuelles, mais souvent trop courte pour les environnements de bureau. Toutefois, comme ces câbles conviennent également jusqu'à la catégorie 7, ils sont souvent utilisés dans les bureaux, si leurs limites ne sont pas connues.

Pour le câblage à court terme ou mobile, des câbles flexibles sont souvent utilisés également, mais ils ont des caractéristiques d'atténuation similaires et ne doivent être utilisés que dans les limites de leur longueur, sinon les mêmes problèmes que ceux décrits ci-dessus se produiront.

Hélas...

Comme tous les composants du câblage passif, les liens sont également divisés en catégories de performance (voir tableau 1). Celles-ci sont définies par la largeur de bande haute fréquence réalisable. Les catégories communes vont de la catégorie 5E avec une bande passante de 100 MHz à la catégorie 8 avec une bande passante de 2 000 MHz. Cette classification est également utilisée pour les composants de connexion; La règle est la suivante: si , par exemple, vous voulez construire une ligne de câblage avec une largeur de bande de 500 MHz pour transmettre jusqu'à 10Gbit/s Ethernet, vous devez utiliser au moins des composants de catégorie 6A.

Tableau 1 : Relation entre les performances des composantes et des liens

Si un câble d'une catégorie inférieure, par exemple la catégorie 5e (100 MHz) est utilisé dans cette configuration, il y a un grand risque de défaillance pendant la mesure, non seulement pour la perte d'insertion, mais aussi pour la diaphonie (NEXT) et la réflexion (perte de retour). Les maillons de transmission sont comme la fameuse chaîne, qui n'a de force que celle de son maillon le plus faible. Un élément trop petit dans la catégorie fait baisser les performances de l'ensemble du lien. Il est rare que l'installateur remarque les câbles défectueux dès la sortie d'usine et qui ont en quelque sorte survécu au contrôle de qualité effectué sur place. Un défaut typique se produit de temps en temps avec les câbles S/FTP à double blindage que nous utilisons habituellement. Il arrive ici que pendant l'étape de production consistant à enrouler la feuille intérieure autour des paires de fils, la feuille ne s'enroule pas autour de la paire de fils, mais tourne en arrière et ainsi cette paire de signaux atterrit sur le tambour sur une certaine distance sans être protégée. Si cette section de câble est maintenant installée, on remarquera pendant la mesure que les quatre paires de fils ne donnent pas toutes approximativement la même courbe d'atténuation que d'habitude, mais qu'une paire de fils est arrachée et  fait donc soit échouer le paramètre de perte d'insertion sur de plus longues distances, soit  chuter le paramètre ACR-F, qui évalue cette synchronisation des atténuations.

Mauvaise norme de mesure !

Cette cause d'erreur est la fonction inverse de l'écart décrit ci-dessus entre le niveau de la mer et la performance d'une voie. Il arrive parfois que des lignes soient contrôlées par rapport à des normes de mesure pour lesquelles elles n'ont pas été conçues et auxquelles elles ne doivent pas se conformer. Les erreurs de fonctionnement de l'appareil de mesure ou les erreurs de compréhension de la relation entre la classe de performance d'une ligne et la catégorie de performance des composants conduisent souvent à ces prétendues erreurs de mesure. Ces erreurs doivent être combattues à l'avance, car les fabricants renommés de composants et d'instruments de mesure proposent des formations de base complètes qui contribuent à éviter ces erreurs. Dans ce cas, il est parfois utile de retravailler les valeurs mesurées dans le logiciel de gestion des données de l'appareil de mesure et d'effectuer une recertification par rapport aux normes correctes. Toutefois, si vous utilisez des appareils de mesure dont le logiciel de gestion des données n'offre pas cette fonction, la seule façon d'éviter cela est de mesurer à nouveau les distances par rapport à la norme correcte, à condition que le système soit toujours accessible.

Rupture des liens !

Comme nous l'avons déjà mentionné, les liens réagissent de manière très allergique aux erreurs de pose. 

• la géométrie d'un lien qui est largement responsable des propriétés haute fréquence, les erreurs d'installation qui modifient la structure mécanique du câble,
• le renversement, la déformation, l'écrasement, entraînent immédiatement des changements dans les propriétés électriques de base,
•  la capacité de la paire et donc l'impédance du câble et les paramètres associés.

De tels câbles endommagés sont souvent reconnaissables à leur comportement de réflexion. Les erreurs de placement des câbles sur les composants de terminaison peuvent également produire des effets similaires et entraîner des défaillances dans les mesures.

Conclusion

La recommandation générale pour les équipes de mesure itinérantes concernant la certification de câblage : Soyez toujours en mesure d'isoler rapidement les principales sources d'erreur dans vos problèmes de mesure. Dans l'atelier, vous pouvez même établir un parcours de référence à partir des composants et du câble sélectionné et le mesurer avec votre instrument de mesure, s'il est fraîchement calibré et équipé de nouveaux câbles ou pointes de mesure (équivalents). Assurez-vous donc que vos réglages sur l'appareil sont corrects et que les matériaux utilisés répondent aux exigences souhaitées, et prenez ce parcours avec vous jusqu'au chantier. Lors de l'insertion des câbles, assurez-vous que les restrictions de longueur sont respectées et que les câbles sont insérés dans la bonne position, et non pas tirés ( !). Si, malgré ces précautions, les résultats de vos mesures devaient se détériorer, effectuez une nouvelle mesure sur votre section d'échantillon et comparez le résultat avec le rapport original. De cette façon, vous pourrez immédiatement voir si votre appareil de mesure commence à s'user ou si le système est susceptible de présenter des défauts en raison d'un problème de lot ou d'une modification de la qualité du conditionnement. Ayez toujours avec vous un jeu de câbles ou de sondes de mesure neufs afin de ne pas être victime d'une éventuelle panne. En général, de telles choses se produisent lorsque votre distributeur est déjà fermé ! Épargnez-vous un dépannage fastidieux et donc coûteux grâce à une bonne préparation et à du matériel de rechange. Votre marge bénéficiaire vous en remerciera !

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