Cavi di connessione

Tabelle AWG – Diametro dei fili e caratteristiche elettriche

Tabella AWG “metrica”, in formato PDF: AWG Table MKS
Tabella AWG “imperiale”, in formato PDF: AWG Table Imperial

Cavetti standard con connettori maschio e femmina

Yellow  = Signal
Red     = +5V
Brown   = Gnd

Con filo morbido di buona qualità da 26 AWG (0.13 mmq – fino a 0.5 Ampere)

Cavo morbido – 26AWG – 15cm di lunghezza – confezione da 10 pezzi – circa 2.5 Euro
www.hobbyking.com/hobbyking/store/969715CM_Servo_Lead_Extention_JR_26AWG_10pcs_bag_.html

Cavo morbido – 26AWG – 30cm di lunghezza – confezione da 10 pezzi – circa 2.5 Euro
www.hobbyking.com/hobbyking/store/968530CM_Servo_Lead_Extention_JR_26AWG_10pcs_bag_.html

Cavo morbido – 26AWG – 60cm di lunghezza – confezione da 10 pezzi – circa 3 Euro
www.hobbyking.com/hobbyking/store/uh_viewItem.asp?idproduct=9687

Con gancetto da 26 AWG (0.13 mmq – fino a 0.5 Ampere)

Cavo morbido – con gancetto – 26AWG – 15cm di lunghezza – confezione da 5 pezzi – circa 1 Euro
www.hobbyking.com/hobbyking/store/uh_viewItem.asp?idproduct=20958

Cavo morbido – con gancetto – 26AWG – 30cm di lunghezza – confezione da 5 pezzi – circa 1.4 Euro
www.hobbyking.com/hobbyking/store/uh_viewItem.asp?idproduct=20959

Twistati da 22 AWG (0.33 mmq – fino a 1 o 2 Ampere)

Cavo twistato 22AWG da 15cm di lunghezza in confezione da 5 pezzi – circa 1.5 Euro
www.hobbyking.com/hobbyking/store/9777Twisted_15CM_Servo_Lead_Extention_Futaba_22AWG_5pcs_set_.html

Cavo twistato 22AWG da 30cm di lunghezza in confezione da 5 pezzi – circa 2 Euro
www.hobbyking.com/hobbyking/store/9773Twisted_30CM_Servo_Lead_Extention_Futaba_22AWG_5pcs_set_.html

Cavo twistato 22AWG da 60cm di lunghezza in confezione da 5 pezzi – circa 2 Euro
www.hobbyking.com/hobbyking/store/uh_viewItem.asp?idproduct=9711

Costano pochissimo, è bene acquistarne molti e abituarsi a sacrificarli.
Quando servono connessioni da saldare li si taglia a metà. Da un lato si spellano e si saldano, dall’altro lato, si sfruttano i connettori. Farseli con connettori sciolti, costerebbe di più, e non sarebbero altrettanto robusti.

Cavo senza alimentazione

Cavo morbido senza alimentazione (Battery Eliminator) da 18cm di lunghezza in confezione da 1 pezzi – circa 0.5 Euro
http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/21496185mm_BEC_Eliminator_Cable.html

Cavetti singoli su eBay

I cavi con connettori singoli, possono essere utili in alcuni casi (ad esempio ricavare il 3.3 Volt stabilizzato dal connettore ICSP). Ce ne sono di tre tipi: solitamente si usano quelli maschio-femmina, ma a volte sono necessari i maschio-maschio oppure i femmina-femmina.

Costano pochissimo, è bene acquistarne molti e abituarsi a sacrificarli.
Quando servono connessioni da saldare li si taglia a metà. Da un lato si spellano e si saldano, dall’altro lato, si sfruttano i connettori. Farseli con connettori sciolti, costerebbe di più, e non sarebbero altrettanto robusti.

Questi cavi si trovano su eBay, come piattine da 10 o da 40 fili. Sono lunghi 20 o 30 centimetri e costano circa 10 centesimi, per ogni singolo filo.

I link che proponiamo, probabilmente non saranno più validi in breve tempo, ma sono ugualmente utili, per mostrare le parole da cercare su eBay:
10x-Cables-Dupont-20cms-Femelle-Femelle
10x-Cables-Dupont-20cms-Male-Male
10x-Cables-Dupont-20cms-Male-Femelle
40x-Cable-Dupont-30cm-Femelle-Femelle

Connettori a passo 2.54

Dalla versione 3 in poi il sistema Theremino ha abbandonato i connettori a vite, tanto belli da vedere ma scomodi e inaffidabili.

I connettori a vite richiedono un cacciavite piccolo ed è facile stringerli troppo, rovinare la piccola vite o tranciare i fili, se invece si stringono poco il tempo e le vibrazioni possono allentare i fili e cominciare a produrre falsi contatti, difficilissimi da trovare. E’ anche facile, quando sono molti, dimenticare di stringerne uno che potrebbe fare contatto in tutte le prove ma dare problemi proprio nel momento più inopportuno. Tutte queste cose sono successe con le prime versioni per cui ora usiamo solo connettori “strip” dorati e di buona qualità.

Connettori “strip”

Tutti i connettori usati nel sistema Theremino sono di tipo “strip” con passo 2.54 mm, lo stesso passo delle basette mille-fori, in modo da facilitare la modularità e la creazione di adattatori.

Normalmente si usano le prolunghe maschio-femmina ma in alcuni casi può essere utile disporre di prese maschio e femmina da saldare.

I connettori “strip” maschi vanno tutti bene – basta che siano dorati.
http://www.distrelec.it/it/Connettore-a-pettine-8-poli-1-x8P-Preci-Dip-890-18-008-10-803/p/14383938?q=spinotti+a+pettine&page=29&origPos=29&origPageSize=10&simi=93.31

I connettori “strip” femmina devono essere di buona qualità, altrimenti provocano falsi contatti anche da nuovi e moltissimi problemi in seguito. Non sottovalutate questo problema, quasi tutti i connettori femmina funzionano malissimo, quelli buoni si distinguono per i fori che non sono quadrati ma rotondi. Solo i “Connettori Torniti” vanno bene.

Fino a qualche tempo fa i connettori torniti si trovavano da Distrelec, ma ora sembra che li abbiano tolti dal catalogo. Con un po’ di ricerche li abbiamo ritrovati da Adimpex e Precidip.

Distrelec 120591 (connettore femmina, diritto – attualmente fuori catalogo)
http://www.distrelec.it/it/…Presa-femmina….

Adimpex (Connettori torniti femmina passo 2.54mm)
http://www.adimpex.it/……NPD057……..

Il costruttore è Precidip
http://www.precidip.com

Questa pagina lista tutti i modelli Precidip, per Pin da 0.76 mm
http://www.precidip.com/en/Products/PCB-Connectors/pview/801-PP-NNN-10-001101.html

Per chi volesse individuare altri rivenditori, le parole da cercare sono:
Connettori Torniti Femmina
Barra femmina singola fila
Passo 2.54 mm
Diametro pin 0.76 mm
Altezza plastica 7 mm
Altezza totale 10 mm

Le strisce di connettori sono abbastanza costose, le femmine buone costano da 10 a 20 centesimi per ogni contatto, per spendere meno si possono acquistare strisce lunghe 20 o 50 contatti e poi tagliarle. Si deve fare attenzione che si spezzano male per cui si deve pre-inciderle con un taglierino e poi usare due pinze adatte.

Strip femmina taroccati

Pensavamo che tutti gli strip femmina con i fori rotondi fossero tutti buoni, ma sono riusciti a taroccare anche quelli!

Nelle immagini la differenza si vede poco, ma infilandoci un pin maschio si sente che sono diversi. Quelli buoni strisciano in modo rassicurante, negli altri invece il maschio balla dentro, e se si mette un pin solo e si girano al contrario, il pin scivola fuori con la sola forza di gravità.

Probabilmente non è il diametro del foro che conta ma il tipo di molla che c’è dentro. Quelli buoni hanno una molla a spirale, gli altri probabilmente hanno solo una lamella da un lato.

Comprateli solo da rivenditori affidabili e controllateli prima di utilizzarli. Per controllarli si infila un pin singolo e si verifica che per estrarlo si debba tirare un po’. Se si sfila praticamente da solo allora lo strip femmina non è buono e farà un contatto precario. Se non si trovano quelli buoni, allora è meglio eliminarli e saldare i fili direttamente, oppure saldare pin maschi sul PCB, e usare cavetti femmina femmina per i collegamenti.

Cavi per collegamenti lunghi e correnti fino a 1 – 2 Ampere

Cavi a tre fili (senza connettori)

26AWG in silicone morbido 26AWG normale

22AWG 22AWG twistato

Piattina a tre fili 26AWG in silicone morbido (nero/arancio/giallo) – circa 0.8 Euro per metro
http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/__5491__Flat_26AWG_servo_wire_1mtr_R_O_B_.html

Piattina a tre fili 26AWG (nero/arancio/giallo) – circa 0.3 Euro per metro
http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/__5492__Flat_26AWG_servo_wire_1mtr_R_B_W_.html

Piattina a tre fili 22AWG (nero/arancio/giallo) – circa 0.8 Euro per metro
http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/__6904__Flat_22AWG_servo_wire_1mtr_R_B_Y_.html

Cavo twistato 22AWG (nero/arancio/giallo) – circa 1 Euro per metro
http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/__5489__Twisted_22AWG_servo_wire_1mtr_R_B_Y_22AWG.html

Per correnti fino a 0.5 Ampere usare i 26 AWG (0.13 mmq)
Per correnti fino a 1 o 2 Ampere usare i 22 AWG (0.33 mmq)

Cavi per correnti maggiori di 2 Ampere

Sia per la linea di trasmissione che per i collegare i sensori quando si maneggiano correnti oltre uno o due ampere non è più possibile usare i cavetti standard con connettore maschio-femmina.

Per correnti fino a 5 Ampere è necessario usare fili singoli da circa 20AWG (0.52 mmq)

Filo nero in silicone puro per connessione “Massa” 20AWG – circa 0.6 Euro al metro
http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/__9654__Turnigy_Pure_Silicone_Wire_20AWG_1mtr_Black.html

Filo rosso in silicone puro per connessione “+5V” 20AWG – circa 0.6 Euro al metro
http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/__9652__Turnigy_Pure_Silicone_Wire_20AWG_1mtr_RED.html

Per correnti maggiori, fino a 10 Ampere, si usano fili singoli da 16AWG (1.3 mmq)

Filo nero in silicone puro per connessione “Massa” 16AWG – circa 1 Euro al metro
http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/__9680__Turnigy_Pure_Silicone_Wire_16AWG_1mtr_BLACK.html

Filo rosso in silicone puro per connessione “+5V” 16AWG – circa 1 Euro al metro
http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/__9681__Turnigy_Pure_Silicone_Wire_16AWG_1mtr_Red.html

Per il segnale non serve molta corrente per cui si usa sempre un filo giallo da 24AWG (0.2 mmq)

Filo giallo in silicone per connessione “Segnale” 24AWG – circa 0.5 Euro per metro

http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/__10939__Turnigy_Pure_Silicone_Wire_24AWG_1mtr_Yellow.html

Connettori BNC

Esistono alcuni modelli di BNC veramente difficili da montare senza istruzioni.

Sarebbe meglio usare altri modelli più facili da assemblare (con le apposite pinze) ma, se proprio necessario, si consiglia di seguire con molta cura le istruzioni della prossima immagine (cliccare l’immagine per ingrandirla)

Collegamenti lunghi

Qui si parla del collegamento tra i Pin e i sensori. Per consigli sulla connessione seriale tra i Master e gli Slave, leggere la sezione seguente. Per i Geiger Adapters leggere anche questa pagina.

I sensori si collegano ai Pin del Master (o di uno Slave) con le prolunghe maschio femmina, non schermate, che si usano normalmente per tutti i collegamenti del sistema Theremino. Se necessario si possono collegare più prolunghe, da 60 centimetri, in serie e arrivare fino ad alcuni metri di distanza.

Per distanze maggiori si deve per forza usare un cavo schermato. I cavi per microfono con i classici due fili interni bianco e rosso, sono ottimi, sono robusti e hanno il cordino antistrappo. La massima lunghezza del cavo schermato è di 500 metri e oltre (a patto di seguire le indicazioni seguenti).

Con collegamenti lunghi si devono usare sensori con bassa impedenza di uscita e un resistore a fine linea per proteggere i Pin del sistema Theremino dalle extratensioni.

1) Con collegamenti lunghi (oltre i 20 metri) i sensori devono avere impedenza (resistenza in serie al segnale di uscita) non superiore a qualche Kilo Ohm. Per collegare i Geiger Adapters leggere qui.

2) Aggiungere un resistore da 100k in serie al filo del segnale, a fine cavo, entro pochi centimetri dal Master. Attenzione: questi resistori da 100k si mettono solo sui Pin configurati come Input (Adc, DigIn e simili). Non si devono aggiungere resistori ai Pin di Output, o peggio ancora alla linea seriale, che collega il Master con gli Slaves.

In queste due immagini si vedono esempi di connessioni con cavi lunghi. La versione della immagine di destra richiede più metri di cavi di collegamento, ma è più immune ai disturbi. La seconda versione è anche meno costosa, dato che lo Slave non è richiesto. In generale meno componenti e moduli si usano e maggiore è la affidabilità di un impianto.

3) Non collegare sensori a bassa impedenza di uscita (con tensione di uscita superiore a 3.3 Volt) a Pin non dotati del resistore aggiuntivo da 100k. Dovesse succedere per sbaglio non si rompe nulla ma la tensione di 5Volt, non limitata in corrente dal resistore, potrebbe causare frequenti perdite di comunicazione USB.

4) Evitare di far passare il cavo negli stessi tubi (o canaline) dell’impianto elettrico. Evitare tratti all’aperto, su campate volanti o su pali. I tratti all’aperto devono essere protetti con tubi metallici, collegati a terra, e muratura. Le zone che devono stare in alto, ad esempio su un tetto, devono essere protette dal sole con tettoie (molti sensori oltre i 50 gradi impazziscono). Le tettoie devono essere metalliche e messe a terra per i fulmini.

Collegamenti seriali lunghi e immunità ai disturbi

Qui si parla del collegamento seriale tra i Master e gli Slave. Per consigli sulle connessioni tra i Pin e i sensori, leggere la sezione precedente.

Il protocollo DPM, usato per la comunicazione seriale, permette collegamenti lunghi fino a 10Km. Per brevi distanze (sotto ai 5 metri) non sono necessarie particolari precauzioni mentre per distanze maggiori si devono controllare i punti che seguono.

Proteggere la linea di comunicazione dai disturbi elettrici

– Far correre il cavo in canaline separate da quelle dell’impianto elettrico.
– Evitare di far correre il cavo vicino ad antenne trasmittenti di grande potenza.
– Usare cavo twistato (attorcigliato)
– Usare cavo schermato.
– Aggiungere filtri R/C (resistenza e condensatore) all’inizio ed alla fine della linea.
– Se la linea di trasmissione porta anche corrente per i moduli usare un cavo di massa di grande sezione.
– Eliminare le correnti sulla massa tramite l’isolamento ottico.

In un impianto normale non tutti questi accorgimenti sono necessari, il progettista del sistema dovrà valutare caso per caso quali precauzioni adottare per evitare errori di trasmissione e, nei casi estremi, danneggiamenti dei componenti.

Evitare che la linea di comunicazione disturbi le comunicazioni radio

– Usare cavo twistato (attorcigliato)
– Usare cavo schermato.
– Aggiungere filtri toroidali in ferrite all’inizio ed alla fine della linea.
– Aggiungere filtri R/C (resistenza e condensatore) all’inizio ed alla fine della linea.

Il progettista del sistema dovrà considerare, a seconda del tipo di applicazione, i limiti di legge sulle emissioni a radiofrequenza e valutare caso per caso quali precauzioni adottare.

Filtri R/C di base

I moduli del sistema Theremino contengono un filtro di base per i disturbi radio e una protezione per le sovratensioni fino a qualche decina di volt. Filtri più aggressivi limiterebbero le prestazioni in alcuni casi e non sarebbero sufficienti in altri.

Questa immagine mostra una linea di trasmissione composta da 100 metri di cavo schermato RG58 (50 ohm) usabile fino alla velocità 7 (100 kbps)

I due resistori da 120 ohm, che sono i resistori standard presenti in tutti i moduli del sistema Theremino, forniscono una protezione di base contro i disturbi sufficiente nella maggioranza dei casi. Dato che la capacità del cavo aumenta con la sua lunghezza questi resistori producono una frequenza di taglio che si adatta automaticamente a tutte le situazioni.

Filtri R/C aggiuntivi

Normalmente non sono necessari filtri aggiuntivi, il solo fatto di usare un cavo schermato può ridurre le emissioni praticamente a zero.

Nel caso che le norme di legge o il tipo di installazione lo richiedessero è possibile ottenere un passa basso estremamente efficace aggiungendo un resistore ed un condensatore all’inizio ed alla fine della linea come mostrato nella seguente immagine.

I resistori da 120 ohm sono già presenti nei moduli del sistema Theremino per cui non fanno parte del filtro R/C aggiuntivo.

I componenti del filtro aggiuntivo, che in questo esempio valgono 50 ohm e 2200 pF, non sono auto-adattanti come quelli di base del sistema Theremino e quindi devono essere dimensionati adeguatamente a seconda della lunghezza della linea, del tipo di cavo e delle velocità di trasmissione che si intendono usare.

Il valore di resistenza deve essere circa uguale alla impedenza caratteristica del cavo, in questo caso 50 ohm. Il valore di capacità deve essere calcolato in modo che alla massima velocità di trasmissione prevista i fronti del segnale rimangano abbastanza ripidi da non causare errori di trasmissione.

In questa immagine si vede un segnale da 100 kbps deteriorato da 100 metri di cavo RG58, la linea rossa mostra il segnale con i soli resistori da 120 ohm della protezione di base, la linea blu mostra l’effetto dell’aggiunta di filtri R/C da 50 ohm e 2200 pF a inizio ed a fine linea.

Con i filtri il tempo di salita e discesa è leggermente maggiore ma rimane sufficiente a raggiungere il 90% della tensione massima in circa mezza cella (100kbps = cella da 10uS)

In compenso, con i filtri, le riflessioni dovute ai circa 500 nS di tempo che il segnale impiega a percorre i 100 metri di cavo, sono completamente eliminate e il segnale non contiene più componenti ad alta frequenza inutili che potrebbero creare disturbi radio.

Massima lunghezza dei cavi in relazione alle velocità di trasmissione

Per calcolare la massima lughezza dei cavi di collegamento seriale, vedere le tabelle del protocollo di comunicazione qui: https://www.theremino.com/technical/protocol#times

Caratteristiche dei cavi schermati

I valori di “massima lunghezza”, indicati nella tabella precedente, sono validi per cavi con capacità di circa 100pF per metro. La tabella con le correzioni da applicare per i cavi di uso più comune si trova qui: https://www.theremino.com/technical/protocol#capacity

Massima lunghezza del cavo di comunicazione rispetto alla corrente di alimentazione e alla resistenza per metro

Nel caso che si usi il cavo seriale per alimentare i moduli Slaves con correnti considerevoli, per calcolare la massima lunghezza dei cavi di collegamento vedere le tabelle del protocollo di comunicazione, qui: https://www.theremino.com/technical/protocol#maxlen

Tempi di ritardo dovuti alla distanza

Nel vuoto
300 000 Km/s ( 300 mt / uS )
Quindi 100 m = 334 nS

Nei cavi
Dal 50% al 75% della velocità della luce nel vuoto
quindi 100 mt = 500 nS circa.

Correnti e tensioni sui connettori

La corrente prelevabile dai connettori dipende dalla configurazione del sistema, dal numero di “slaves” e da come è configurato ognuno di essi.

Massimo assoluto per ogni Pin
Alimentazione ( +5V ) : fino a 500mA
Segnali ( 0 to 3.3V ) : fino a 15mA

Massimo assoluto per ogni Slave
Alimentazioni ( +5V ) : fino a un ampere

Massimo assoluto per ogni gruppo (che fa capo a un Master)
– fino a 500 mA se si usa l’alimentazione USB standard
– fino a 1 A se si usa l’alimentazione USB con due connettori
– fino a due ampere se si usa un alimentatore esterno da 5 V 2 A

Nel caso che la corrente totale non fosse sufficiente è possibile spezzare la linea di comunicazione mantenendo unito il filo di segnale ma separando quello di alimentazione in più tronchi. Ogni tronco verrà servito con un filo proveniente da un alimentatore da 5V 2A, oppure tutti i fili faranno capo a un unico alimentatore da 5V in grado di sopportare la corrente totale (10A o più).

La tensione 3.3V è generata localmente da un regolatore di precisione ed è stabile entro +/-10 mV, con un rumore sovrapposto da 200 a 500 uV a seconda di quanto è silenziosa l’alimentzione USB.

La tensione 5V proviene direttamente dalla USB e può variare da 4.5V a 5.5V, con in più un rumore piuttosto alto (100 mV e oltre) nella banda da 1 Hz a 100 kHz.