Diagnostika přípojek metodou TDR

Popis metody pro diagnostiku metalických přípojek a zaměřování závad. Jsou uvedeny typické příklady aplikací.

TDR je zkratka pro Time Domain Reflectometry. Zařízení, která pracují na principu TDR měří dobu, kterou potřebuje signál k dosažení místa a jeho návratu zpět. Ze známé rychlosti šíření v daném prostředí toho signálu lze pak určit vzdálenost hledané chyby. Měřič odrazu dokáže měřit délky párů, lokalizovat impedanční nehomogenity, zjišťovat polohu pupinačních cívek, odboček, vodu vniklou do kabelu, záměnu párů a další měření.

Vzdálené odrazy, ztráta energie.

V místě každé poruchy, změny impedance kabelu, se část pulsu odráží zpět. Následkem toho faktu je puls, který prochází dál, čím dál tím více zeslaben. To znamená, že velmi vzdálená chyba např. otevřený konec, nebo zkrat, který by se projevil totálním odrazem se zobrazí jen s malou amplitudou. Situaci ukazuje obrázek, kde je patrný odraz od impedanční závady a odraz z otevřeného konce vedení.

Rychlost a doba šíření

Abychom mohli nalezenou chybu lokalizovat musíme znát rychlost šíření signálu měřeným kabelem. Puls se šíří kabelem rychlostí, která je pro daný kabel specifická, daná izolačním materiálem, přesněji jeho permitivitou. Pro popis šíření v určitém kabelu se také používá poměr rychlosti šíření v daném kabele ku rychlosti šíření světla ve vakuu, označovaný jako NVP (Nominal Velocity of Propagation) nebo bývá také uváděna rychlost VOP (Velocity of Propagation), která odpovídá poloviční rychlosti šíření kabelem.

Změřením doby t_X, kterou potřebuje signál k dosažení místa poruchy a zpět můžeme za předpokladu, že známe rychlost šíření v daném kabelu (tedy jeho e_R), získat vzdálenost poruchy l_X:

Měřící přístroje TDR bývají dvojího typu. Jedny zobrazují stopu odraženého signálu, tak jak bylo principielně popsáno výše například na LCD displeji. Druhý typ pouze numericky zobrazuje vzdálenost chyby nebo délku kabelu.

Blokové schéma přístroje

Testovací zařízení se skládá z pulsního generátoru, obvodu pro oddělení a osciloskopu. Oddělení vysílaného signálu od přijímaného může být provedeno mnoha způsoby např. telekomunikační vidlicí. Tento obvod potlačí vysílaný signál, který by znemožňoval měření odraženého signálu. Takto je možné zobrazit a měřit odrazy přímo z výstupu TDR měřidla bez mrtvé zóny.

Vlivy na měření

Největší vliv na dosah měření má amplituda a šířka vysílaného pulsu. Čím větší amplituda vysílaného pulsu, tím vzdálenější poruchy můžeme měřit. Příliš velká amplituda, ale způsobí deformaci signálů a nalezení polohy chyby bude velmi obtížné. Pro metalické páry se používají pulsy s amplitudou do 20 voltů. Šířka impulsu ovlivňuje dosah měření tak, že použijeme-li širší puls má signál větší energii a dosah bude tedy také větší, ale nezměříme chyby blízko měřidla a také nejsme schopni změřit dvě chyby, které jsou blízko sebe. Budeme je detekovat pouze jako chybu jednu. Přístroje proto používají různé šířky impulsů v závislosti na tom, v jaké vzdálenosti měříme. Měřidla TDR mají většinou nastavitelnou šířku pulsu například 2, 10, 100, 1000, 2000, 4000 a 6000 ns.

Puls generovaný TDR činí určitý časový úsek od počátku neviditelný. Tento úsek nazýváme slepý. Délka slepého úseku závisí na šířce vysílaného pulsu. Pokud je chyba na prvních metrech kabelu můžeme si pomoci zařazením kusu vedení mezi TDR a měřený kabel. Chyby, které byly ve slepém úseku budou nyní snadněji změřitelné. Délka zařazeného kabelu se musí brát v úvahu při určení polohy chyby. Charakteristická impedance toho pomocného kabelu by měla být stejná jako ta, kterou má měřený kabel.

Druhy měření

Jak už vyplývá se samotného principu měření TDR je toto měření přímo určeno k nalezení nehomogenit na měřeném páru. Pokud detekujeme odražený impuls v jiném páru než do kterého impuls vysíláme, můžeme tímto přístrojem měřit přeslechy na blízkém konci NEXT. TDR dokáže nalézt i chyby, které jsou jinými měřidly takřka nezjistitelné. Jedna z takových chyb je voda v kabelu. S TDR, ale nelze měřit vysokoohmové zkraty větší než jeden kiloohm.

Měření délek kabelů

Na konci úseku vedení vzniká odraz, který detekujeme při jeho návratu zpět. Ze známé rychlosti šíření vedením po zkalibrování časové osy můžeme určit délku měřeného úseku vedení. Pro měření délek je výhodné, pokud je jejich vzdálený konec impedančně nepřizpůsoben. Ideální je, pokud je vzdálený konec otevřený nebo zkratován.

Lokalizace pupinačních cívek

U dlouhých místních a spojovacích kabelů a u uzlových kabelů se ke snížení útlumu vedení používá pro nf pásmo pupinačních cívek vkládaných po pravidelných úsecích s do vedení. Tyto úseky tvoří vlastně p články s charakterem dolní propusti. Při nasazování digitálních přípojek (např. ISDN, ADSL), které vyžadují širší kmitočtové pásmo je nutné depupinovat. Pomocí TDR určíme polohu prví pupinační cívky, tedy náběhovou sekci l_náb = s/2 . Další pupinační cívky nemohou být na měřidle zobrazeny, neboť se puls obsahující i vysokofrekvenční složky bude po průchodu první sekcí odfiltrován.

Záměna vodičů

Záměna mezi vodiči páru je velmi obtížně zjistitelná závada v kabelových rozvodech. Takové chyby se projevují zvýšením přeslechů mezi páry. Místo prohození vodičů může být zobrazeno měřičem TDR jak kladným tak záporným odraženým pulsem při režimu vysílání do jednoho páru a příjmu z druhého páru (režim pro měření přeslechů - Crosstalk).

Další metodou jak odhalit místo prohození je využít možnosti některých přístrojů měřit dva páry vedení najednou v porovnávacím režimu měření. Testujeme páry tak, že je porovnáváme se známým, dobrým párem (Reference Pair).

Lokalizace vody v kabelu

Navzdory mnoha zábranám vnikání vody a vlhkosti do kabelů při výrobě je voda v kabelu jednou z nejčastějších chyb. Vniknutí vody je na TDR měřidle zobrazeno typicky podle následujícího obrázku.

Lokalizace odboček

Podobným způsobem se projeví tzv. slepé odbočky (Bridged Taps). Pokud je na měřený pár připojena někde na cestě v rozvaděči odbočka, projeví se toto místo snížením impedance, a tedy odrazem, a zároveň bude patrný další odraz od volného konce odbočky.