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Kabeltests und Beurteilung

In modernen Bildverarbeitungssystemen nimmt die Zahl der Kameras pro System immer weiter zu. Zudem werden immer schnellere Datenraten oder der Einsatz von Netzwerktechnik zwischen Kamera und PC notwendig.

Dies erhöht die Anforderungen an die Verkabelung, da ein schlechtes Kabel oder ein falscher Netzwerk-Switch fatale Folgen haben kann. Daher ist es sehr wichtig, dass Ihr Kabellieferant über die geeignete Ausrüstung verfügt, um solche Probleme auszuschließen. Wir nutzen in unserer hausinternen Kabelfertigung Testequipment der Firma Fluke und stellen damit sicher, dass unsere Kabel auch den höchsten Anforderungen entsprechen.

Im Zuge unserer Qualitätssicherung wird für jede Leitung über einen bestehenden Testaufbau vor der Auslieferung ein Testprotokoll erstellt. Wir verwenden dafür einen PC-gestützten Kabeltester. Im Verlauf der automatischen Tests werden alle Verbindungen auf Korrektheit verifiziert und eventuelle Fehlverdrahtungen oder Kurzschlüsse erkannt. Das Gerät arbeitet dabei auf dem Prinzip des Ohm'schen Widerstandes.

Das linke Bild zeigt die Durchführung eines Kabeltests. Im rechten Bild ist ein Diagramm einer komplexen Verdrahtung zu erkennen.

Mit Hilfe eines Fluke Cable Analyzers sind wir nicht nur in der Lage, Kabelfehler zuverlässig zu entdecken, sondern können auch die Art und Position des Fehlers exakt diagnostizieren. Parameter wie Kabelwiderstand, Belastbarkeit, Datenversatz und Signalübersprechen werden dabei analysiert und mit den Kabelspezifikationen abgeglichen, um die Einhaltung der Standards sicherzustellen. Auf Kundenwunsch erstellen wir für jedes getestete Kabel ein entsprechendes Testzertifikat und legen dieses der Lieferung bei. Mit Hilfe unseres Kabelanalysators testen wir nicht nur Kupferkabel, sondern auch Lichtwellenleiter, bei denen der Reinheitsgrad der Kabelenden und die Dämpfung der Fasern dokumentiert wird.

Für die Tests von Installationen mit GigEVision-Kabeln setzen wir einen NetzwerkAnalyzer von Fluke ein, der das Messen des Datendurchsatzes in kompletten Netzwerktopologien ermöglicht. Wir testen damit die Leistungsfähigkeit von Ethernet-Switches und -Kabeln für GigEVision-Anwendungen und bieten diesen Service auch Kunden an, um ihre komplette Netzwerkinstallation zu überprüfen. Gerne unterstützen wir mit unserem Service auch Sie bei Ihren eigenen Tests.

CameraLink-Testmethoden

Die maximale Frequenz, die über ein Kabel übertragen werden kann, hängt von einer Reihe von Faktoren, wie z.B. Leitungsmaterial, Materiallos, Leitungslänge, Steckertyp etc. ab. Außerdem kann es zu Dämpfung, Reflexion und Übersprechen (Crosstalk) auf dem Kabel kommen. Als der CameraLink-Standard released wurde, waren quasi 100 % der Geräte mit ChannelLink-Chips ausgestattet, die auch zwingend im CameraLink

Standard vorgeschrieben waren. Inzwischen gibt es jedoch immer mehr Implementierungen, die auf Basis von FPGAs arbeiten und die es erlauben, weitere Parameter für die Übertragung wie z.B. Preemphasis und Equalization zu kontrollieren. Nur wenn all diese Parameter optimal aufeinander abgestimmt sind, kann man Daten über ein maximal langes Kabel übertragen.

Außerdem nutzen immer mehr Kameras die volle CameraLink-Bandbreite bzw. die maximale Frequenz von 85 MHz auf dem Kabel. Dadurch ist es nötig, bei CameraLink-Kabeln - neben den allgemeinen mechanischen und elektrischen Tests - auch die maximal mögliche Grenzfrequenz, die über ein Kabel übertragen werden kann, zu testen. Diese Tests erfolgen auf einem PC-basierten Prüfstand, der sogenannte Bitfehler bei erhöhten Frequenzen erkennt.

In den Anfangszeiten von CameraLink wurden die Tests mit einfachen Graukeilen als Bildinhalt durchgeführt. Die Praxis hat aber gezeigt, dass die Graukeile »zu gutmütig« waren, nicht alle Übertragungskombinationen von Datensignalen erfassten und Fehler durch Übersprechen nicht erkannt wurden. Heute verwenden wir für die Tests ein definiertes Pseudo-Zufallsmuster (LFSR-Muster), das über die Kabel geschickt wird. Auf der Empfängerseite werden dann die fehlerhaften Bits gezählt. Diese Muster werden bei unterschiedlichen Frequenzen, das heisst mit wachsender Bandbreite, über das Kabel geschickt. Dadurch lässt sich feststellen, bei welcher maximalen Frequenz das Kabel noch optimal funktioniert bzw. ab wann Fehler bei der Übertragung auftreten. So können Qualitätsschwankungen, die auf Grund von Material oder produktionsbedingten Streuungen auftreten, erkannt und behoben werden. Die Tests sind praxisnah und können in der Produktion, anders als sogenannte Eyepattern-Tests, auch für eine größere Anzahl von Kabeln durchgeführt werden.

Bei Tests mit LFSR-Mustern ist durch das Übersprechverhalten der Leitungen mit etwas schlechteren Ergebnissen, also niedrigeren maximalen Frequenzen zu rechnen als bei der Verwendung von Graukeilen. Rückgänge der Übertragungsfrequenz von 5 bis 10 MHz sind keine Seltenheit. Letztendlich entscheidet die Applikation bzw. der Algorithmus, wie empfindlich ein Anwendung gegenüber einzelnen fehlerhaften Bits ist. Aufgrund des Trends hin zu FPGA-basierten Kameras und Frame Grabbern definiert nur die komplette Kombination aus Kamera - Kabel - Frame Grabber, welche maximale Kabellänge man verwenden kann. Die Praxis zeigt, dass mit der richtigen Komponentenwahl CameraLink nach wie vor eine sehr leistungsfähige und zuverlässige Schnittstelle ist.

USB - Prüfmethoden

USB 3.0 ist in der industriellen Bildverarbeitung eine relativ junge Schnittstelle. Neben den Parametern für zertifizierte USB3-Kabel der USB IF (www.usb.org) arbeitet die USB3 Vision (U3V) Standards Group an praxisnahen Messmethoden zur Prüfung von USB3-Kabeln für Highspeed-Bildverarbeitungsanwendungen. Im Gegensatz zu Anwendungen im Konsumerbereich erfordert die Bildverarbeitung oft Datenübertragungen am Maximum, und zu viele Fehler würden das Interface mit Fehlerkorrekturaufgaben überlasten. Ähnlich wie bei CameraLink sollen Bitfehlerraten gemessen werden, die einen Aufschluss über Qualität und Verarbeitung der Kabel zulassen.

Im realen Umfeld stellt die Konsumerschnittstelle USB 3.0 mit der unüberschaubaren Hardwarevielfalt eine echte Hürde dar, Leitungen anhand der Bildübertragungseigenschaften zu qualifizieren. STEMMER IMAGING ist bemüht, auch in diesen Bereich Lösungen und Methoden zu erarbeiten. Inzwischen sind wir in der Lage, Systemtests mit USB3-Systemen, die von uns gekauft wurden, durchzuführen und zu validieren, um das Risiko für unsere Kunden zu vermeiden.