Das Messprinzip
Bild 05: Phasengänge der Adern eins und zwei einer achtadrigen Twisted-Pair-Leitung. Der Laufzeitunterschied innerhalb des Aderpaares beträgt circa 0,03 ns und ist damit um mehr
als Faktor 40 kleiner als der zulässige Laufzeitunterschied zwischen den unterschiedlichen
Leiterpaaren eines RJ45-Steckverbinders (Quelle: Phoenix Contact; Grafik: etz)
Bild 06: Gewinkelter SPE-Leiterplatten-Steckverbinder SPE-T1-STRM-90 mit Leiterplatte und Semi-Rigid-Leitungen. Links Ansicht des Prüflings von oben, rechts Ansicht von unten. Der Prüfling wird mit den SMA-Steckern der Semi-Rigid-Leitungen‚an die koaxialen Messleitungen eines Netzwerkanalysators angeschlossen. Die Leiterbahnen auf der Leiterplatte werden nicht genutzt und sind vor dem Steckverbinder unterbrochen (Quelle: Phoenix Contact)
Bild 07: Der SPE-Feldsteckverbinder vom Phoenix-Contact-Patchkabel SPE-T1-CCP-SF/1,0/AWG22/CCP-SF wird ebenfalls mit Semi-Rigid-Leitungen an den Netzwerkanalysator angeschlossen. Dazu werden die Innenleiter der Semi-Rigid-Leitungen mit den Litzen des Steckverbinders verlötet. Die Kontaktstelle wird anschließend isoliert und das Schirmgeflecht mit den Außenleitern der Semi-Rigid-Leitungen verbunden (Quelle: Phoenix Contact)
Bild 08: Das SPE-Steckverbinder-Paar während der Messung an den koaxialen Messleitungen des vektoriellen Netzwerkanalysators (Quelle: Phoenix Contact)
Vektorielle Netzwerkanalysatoren erlauben eine sehr genaue Bestimmung der Laufzeit. Eine Möglichkeit ist die Messung der Phase, aus der sich die Laufzeit berechnen lässt. Dazu schlägt die Literatur [2] folgende Gleichung vor:
Bild 4 zeigt den Versuchsaufbau bei der Phasenmessung einer 2 m langen Twisted-Pair-Leitung. Diese Messung ist die Basis für die Ermittlung des Referenzwerts. In einem ersten Schritt erfolgt die Kalibrierung mit einem elektronischen Kalibrierkit an den Enden der koaxialen Messleitungen. Danach wird die Phase der Transmissions-Streuparameter zwischen den Kalibrierebenen gemessen. Bild 5 stellt die gemessenen Phasengänge der beiden Adern im Frequenzbereich von 300 MHz bis 500 MHz dar.
In diesem Frequenzbereich ist jeweils ein vollständiger Phasensprung auf beiden Adern zu erkennen. Jeweils zu Beginn und Ende des Phasensprungs werden die Phase und die Frequenz abgelesen und in die oben vorgestellte Gleichung eingesetzt. Daraus ergeben sich Laufzeiten von 9,63 ns und 9,6 ns für die beiden Adern. Folgerichtig liegt ein Laufzeitunterschied von 0,03 ns innerhalb des Paares der Twisted-Pair-Leitung vor. Mögliche Ursachen können kleinste Unterschiede in den Materialien oder in den Geometrien der Adern oder der Aderisolierungen sein, beispielsweise durch Fertigungstoleranzen bei der Verdrillung des Leiterpaares.
Da es sich bei der betrachteten Twisted-Pair-Leitung um ein Produkt aus dem mehrpaarigen Ethernet-Bereich handelt, ist davon auszugehen, dass aktuelle Übertragungssysteme mit derartigen Laufzeitunterschieden zuverlässig arbeiten. Deshalb kann dieser Laufzeitunterschied als Referenzwert für die Bewertung des gewinkelten Leiterplatten-Steckverbinders herangezogen werden.