Тестер USB-кабелей CTUSB-71

Автор: Andrey_B
Опубликовано 02.12.2024
Создано при помощи КотоРед.

Вот с этой подачи для одной специфической конторы сделал прибор для входного/выходного контроля различных USB-шнуров. Заказчик был столь любезен, что разрешил опубликовать описание конструкции этого прибора для повторения, исключая правда чертеж печатной платы, только эскиз. Но это лучше, чем ничего.

Основные возможности:
• автоматическое определение реальных параметров и неисправностей кабелей и переходников.
• отображение таблицы соединений жил между разъёмами (режим 1).
• отображение таблицы замкнутых контактов разъёма (режим 2).
• измерение сопротивлений между контактами (режимы 3,4). Определение наличия встроенных в кабель компонентов (резисторы, чипы).
• измерение сопротивлений жил кабеля (режим 5). Оценка потерь при заряде.
• анализ потерь в витых парах (режим 6). Оценка скоростных характеристик передачи данных и соответствия импеданса. Определение наличия завивки пар и экранирования.
• измерение емкостей между проводами кабеля (режим 7). Нахождение примерного места обрыва жилы.

Поддерживаемые разъёмы:
• Type-C.
• Type-A (2.0), Type-A SuperSpeed (3.0).
• Type-B (2.0), Type-B SuperSpeed (3.0).
• Micro-B (2.0), Micro-B SuperSpeed (3.0).
• Mini-B (2.0).
• Lightning (iPhone, iPad).

Стандарты поддерживаемых кабелей:
• USB 2.0 (480Мбит/c, пара D+/D-, до 5м), USB 1.1 (12Мбит/c, пара D+/D-, до 3м).
• USB 3.2 Gen1x1 (5Гбит/c, 2 пары TX1/RX1, до 2м), старые названия USB 3.1 Gen1, USB 3.0.
• USB 3.2 Gen1x2 (10Гбит/c, 4 пары TX1/RX1 и TX2/RX2, до 2м).
• USB 3.2 Gen2x1 (10Гбит/c, 2 пары TX1/RX1, до 1м), старое название USB 3.1 Gen2.
• USB 3.2 Gen2x2 (20Гбит/c, 4 пары TX1/RX1 и TX2/RX2, до 1м).
• USB4 Gen2x2 (20Гбит/c, 4 пары TX1/RX1 и TX2/RX2, до 0.8м), другое название USB4 20Gbits/s.
• USB4 Gen3x2 (40Гбит/c, 4 пары TX1/RX1 и TX2/RX2, до 0.8м), другое название USB4 40Gbits/s.
• USB4 2.0 (80Гбит/c, 4 пары TX1/RX1 и TX2/RX2).
• Thunderbolt 3 (40Гбит/c, 4 пары TX1/RX1 и TX2/RX2, до 2м), другое название USB4.
• Thunderbolt 4 (40Гбит/c, 4 пары TX1/RX1 и TX2/RX2, до 2м).
• Thunderbolt 5 (80Гбит/c, 4 пары TX1/RX1 и TX2/RX2).

Основные характеристики:
• дисплей 1.8d LCD TFT.
• внешние контакты (для прозвонки мультиметром).
• питание от 2 батарей ААА (3В).
• размеры 122х90х35мм.
• масса (без элементов питания) 110г.

Порядок работы:
• подключите один разъём тестируемого кабеля к одному из разъёмов нижней зоны "Вход"), второй разъём к одному из разъёмов верхней зоны "Выход".
• включите тестер.
• на экране появится информация о возможностях и неисправностях кабеля.
• для более детального анализа можно перейти к другим режимам тестирования.

ВНИМАНИЕ! К тестеру нельзя подключать другие устройства! Тестируемый кабель включается только в тестер!

Управление кнопкой:

• по короткому нажатию перезапускается процедура автоматического тестирования или происходит переход к следующему режиму тестирования по кругу. В верхней части дисплея отображается указатель (горизонтальная полоска) текущего режима тестирования.
• по удержанию (более 0.6 секунды) происходит переход между автоматическим и ручными режимами тестирования.
• по двойному нажатию в зависимости от текущего режима происходит:
  o (в режиме 5) - калибровка измерителя сопротивления жил.
  o (в режиме 6) - запоминание значений калибровки и начальной ёмкости.
  o (в режиме 7) - обнуление начальной ёмкости.

Особенности режимов тестирования.

Автоматический режим. Тестирование производится разово, после чего все контакты разъёмов отключаются и возможно использование внешних контактов, например для прозвонки мультиметром куска кабеля с разъёмом только на одном конце.
Отображаемая информация в этом режиме имеет ориентировочный характер и может не всегда верно показывать реальное состояние кабеля.

Осуществляемые проверки в этом режиме:
• целостность жил кабеля GND и VBUS.
• короткое замыкание GND и VBUS.
• целостность и короткое замыкание жил витой пары D-/D+ (передача данных 2.0).
• целостность пар RX1 и TX1 (передача данных 3.0).
• целостность линии СС (Power Delivery).
• сопротивление между CC/VCON и GND (E-Marker).
• сопротивление между CC/VCON и VBUS (DFP, 56/22/10к - 0.5(0.9)/1.5/3А).
• сопротивление между GND и VBUS (встроенный чип).
• контакт ID (On-the-Go).

В ручных режимах тестирование происходит непрерывно.

Режим 1. На дисплее отображается таблица жил кабеля. Слева имена контактов разъёма зоны "Выход", напротив них справа - имена соединённых с ними контактов зоны "Вход". Для определения жилы, её сопротивление должно быть менее 200 Ом. Если жила подключена к нескольким контактам разъёма зоны "Вход", то между именами контактов мигает цифра, показывающая количество подключенных контактов.

Режим 2. На дисплее напротив имени контакта отображается символ метки цепи, к которой он подключен. Соединёнными контакты считаются, если сопротивление между ними менее 200 Ом. Тестирование контактов производится для разъёмов нижней зоны "Вход".

Режимы 3(4). На дисплее напротив имени цепи разъёма Type-C в средней колонке отображается сопротивление до цепи GND, в правой - до VBUS. Измерение производится для разъёмов нижней зоны "Вход". Диапазон измерения 0.1...1000 кОм.

Режим 5. Диапазон измерения сопротивления жил кабеля 0.01...14 Ом. Ток через жилу около 20 мА. При необходимости можно подстроить установку нуля или точность измерения сопротивления в этом режиме. Для этого необходимо использовать специальный кабель с высококачественными разъёмами Type-C<->Type-C, все контакты которых соединены вместе.

Для калибровки нуля нужно соединить разъёмы Type-C перемычкой - толстым проводом минимальной длины (2-3 см) и произвести двойное нажатие кнопки. Для калибровка верхнего значения между разъёмами вместо перемычки нужно включить точный резистор 10 Ом и произвести двойное нажатие кнопки. При удовлетворительных параметрах точности, коротким нажатием нужно перейти в Режим 6 и находясь в нём двойным нажатием кнопки записать значения калибровки в энергонезависимую память, о чём просигнализирует соответствующая надпись на дисплее. Не подключённые контакты из процедуры калибровки автоматически исключаются.

Режим 6. Входной и выходной импеданс, а также волновое сопротивление витых пар кабеля принимаются равными 90 Ом. Чем меньше значение ошибки, тем лучше согласование. Ошибка более 10% говорит о плохом качестве кабеля. Изменение показаний при сжатии кабеля рукой говорит об отсутствии экрана пары или отсутствии навивки.

Режим 7. На дисплее напротив имени цепи отображается её ёмкость относительно цепей GND + Shield. Измерение производится для разъёмов нижней зоны "Вход". Диапазон измерения до 999 пФ. При двойном нажатии кнопки текущие значения ёмкостей контактов приравнивается к нулю. При необходимости, эти значения можно запомнить в энергонезависимой памяти, перейдя в Режим 6 и произведя двойное нажатие кнопки.

В автоматическом режиме, а также в режимах 1, 5 и 6 для получения большего количества информации может потребоваться повторить замер с другой ориентацией разъёма Type-C или Lightning.

Для режимов 3, 4 и 7 второй конец кабеля желательно не подключать к разъёму в верхней зоне "Выход", а оставлять свободным. При необходимости замер можно повторить с разъёмом на другом конце кабеля.

Для интеллектуальных, активных Data-кабелей и удлинителей (с чипами коммутаторов или ретрансляторов) тестер может показывать неверный результат.

Нумерация контактов:

Конструкция.

Схема представляет собой по сути большой расширитель портов вывода на сдвиговых регистрах и многоканальный коммутатор для подключения к многочисленным контактам разъёмов. МК управляя всем этим производит различные измерения и выводит результаты в понятном для человека виде на LCD дисплей. Для измерения низких сопротивлений жил кабеля имеется управляемый усилитель на ОУ, а в алгоритме предусмотрена возможность установки нуля и калибровки. В режиме анализа потерь в витых парах передачи данных, производится измерение КСВ дифф.пары на согласованную нагрузку. Плохой КСВ, по сути говорит об отклонении волнового сопротивления пары от требуемого по стандарту. Достоверность тут не велика, но её вполне хватает для грубой оценки качества кабеля.

Применяемые дисплей и МК те же, что и в конструкции Амплипульс-Микро. Оттуда же взята идея проектирования печатной платы, которая кроме своей основной функции, одновременно является верхней крышкой корпуса. Но можно сделать и по классике, т.к. подобная плата достаточно сложна.

Обновления прошивки, фото и видео работы тут.

Файлы:
Принципиальная схема R2
Прошивка v02

Все вопросы в Форум.