Tester fatto in casa per cavi ethernet

Perche' un tester?

Spesso e volentieri mi capita di avere tra le mani un miriade di cavetti LAN e non sapere piu' quali sono incrociati e quali no, per pigrizia poi mi risulta noioso andare a sbirciare tra le colorazioni dei cavetti vicino ai connettori e comunque sia la verifica manuale non e' a prova di errore, anzi; qualche volta invece mi salta la connessione per colpa di un connettore RJ45 usurato che fa falso contatto o per via di un filo mezzo interrotto. Allora ho deciso di costruirmi questo simpatico aggeggio, che non solo indica se il cavo LAN e' incrociato oppure diretto, ma segnala pure se e' danneggiato evitando ore ed ore di inutili smanettamenti sulle impostazioni del TCP/IP su dei computer che non ne vogliono proprio sapere di connettersi.
Il tester e' provvisto di due connettori RJ45 femmina nei quali inserire gli spinotti del cavo sotto esame e di tre led, due gialli ed uno verde, quest' ultimo si accende se e solo se il cavetto funziona correttamente, mentre gli altri si illuminano in maniera mutualmente escusiva ed indicano la tipologia del cavo (incrociato, diretto). Il tutto funziona con una normale batteria quadrata da 9 volt con un assorbimento massimo quando in funzione di circa 40mA, zero quando a riposo. Non e' previsto alcun interruttore d'accensione dato che e' il cavo stesso a provvedere a tale scopo.collo per la sicurezza in Internet.

Schema logico

Lo schema sottostante rappresenta il funzionamento a livello logico del circuito. A e B sono le due porte RJ45 tra le quali si frappone il cavo ethernet da esaminare. I collegamenti rientranti sia in A che in B sono congeniati in maniera tale che tutti i fili interni del cavo (diretto o incrociato che sia) siano attraversati dai segnali di test del circuito. Il tester invia sui piedini 3, 5 e 8 di A un segnale logico alto e sul pin 1 uno basso. Gli stati logici delle linee 1 e 3 di B indicano direttamente la tipologia del cavo. I due segnali comunque concorrono anche nell'attivazione di una delle porte dell'AND a tre entrate piu' a valle, mentre le altre due sono collegate direttamente alle linee 2 e 6 di B. Con il cavo perfettamente funzionante l'AND ricevera' sempre su tutte e tre le porte un livello logico alto, rendendo di conseguenza alta la sua uscita ed indicando cosi' il buono stato dello cavo stesso, se almeno uno dei fili interni di questo risultasse interrotto l'AND avra' almeno una entrata bassa, cosi' come la sua uscita. In questo schema una interruzione sui fili corrispondenti ai piedini 1 o 3 potrebbe non essere avvertita a causa dell'OR, ma nel circuito vero e proprio una tale evenienza non potra' verificarsi dato che il piedino 1 e' in realta' sempre il riferimento di massa (ecco un raro caso in cui la realizzazione pratica funziona meglio che sulla carta).

Schema circuitale

Il circuito e' stato ideato all'insegna della semplicita' anche se ad un primo sguardo puo' apparire complesso per via dei vari accavallamenti dei rami. In basso a sinistra vediamo le due porte RJ45, in Vcc andra' collegato il polo positivo della batteria e in gnd quello negativo. Per la porta AND a tre ingressi ho evitato di usare un integrato perche' fondamentalmente mi sembrava uno po' uno spreco, cosi' ho optato per due BC547 in cascata in configurazione ad emettitore comune, dove gli "ingressi" logici sono uno il ramo di R3 e gli altri due il ramo di R2 ed il ramo di R5. L'uscita logica della porta e' rappresentata semplicemente dall'accendersi o meno del led D6. R1 limita la corrente per i diodi D1 e D2 (tali diodi per come sono stati collegati non si accendono mai contemporaneamente, quindi una resistenza in comune va piu' che bene), R5 impone una corrente di saturazione massima per T2 tale da non bruciare D6. R3 e R6 limitano la corrente in base per i due transistor mentre R2 e R4 formano un partitore resistivo adeguato per polarizzare T1 e T2. D4 e D5 raddrizzano la tensione misurata sui pin 1 e 3 del connettore B dato che puo' essere di +9volt (se il cavo e' incrociato) oppure -9volt (con il cavo diretto). D3 e' abbastanza inutile ma dato che su tutti i rami del circuito c'e' almeno un diodo (led o meno) ho pensato bene di metterlo anche qui, giusto per simmetria.
Ecco il circuito disegnato a mano :)

Elenco dei componenti

    * D1 D2 diodi led gialli 3mm
    * D6 diodo led verde 3mm
    * T1 T2 transistor npn BC547
    * D3 D4 D5 diodi 1N4148
    * A B connettori RJ45 femmina
    * R1 R5 resistenze 380 ohm
    * R3 R6 resistenze 10 Kohm
    * R2 resistenza 2 Kohm
    * R4 resistenza 1 Kohm

nota: le resistenze sono tutte ad 1/4 watt

La numerazione delle piedinature di A e B e' da considerarsi facendo riferimento a quella presente sul connettore maschio. A lato e' riportata la piedinatura del connettore maschio.

Realizzazione

E' bastato poco piu' di un paio di centimetri quadrati di basetta millefori per inserire tutti i componenti. I connettori e lo spinotto per la batteria sono "volanti" ovvero sono collegati al circuito tramite alcuni fili, mentre i diodi li ho saldati direttamente, ma questo dipende parecchio dalla forma e dimensioni dell'involucro esterno che si prevede di usare come contenitore per il tutto. Io per esempio ho utilizzato un contenitore plastico rettangolare molto robusto il cui scopo originario era quello di racchiudere le soprese di una nota marca di merendine, ma le possibilita' sono praticamente infinite.
Cliccare sopra le immagini per un ingrandimento.

circuito completato

saldature sul lato inferiore

il circuito in funzione

Funzionamento del circuito

Prima di cominciare una piccola nota: le tensioni sono indicate con la dicitura "Vx-y" dove x e y sono numeri facenti riferimento ai punti di misurazione della tensione stessa sullo schema circuitale, ovvero dove apporre rispettivamente la sonda rossa (positiva) e nera (di riferimento) del multimetro. Detto questo, passiamo al funzionamento vero e proprio:
Con il cavo di rete in perfette condizioni avremo sulla porta B una uscita alta per i pin 2 e 6, di conseguenza la tensione misurata in V1-0 e V2-0 sara' appunto 9 volt. Anche i pin 1 e 3 presenteranno una tensione di uscita, e quindi v3-5 sara' +9volt se il cavo risultasse essere diretto o -9volt se incrociato; tale proprieta' deriva direttamente dal modo con cui sono state cablate le porte RJ45. La tensione V3-5, se di +9volt, porta in saturazione D1 illuminandosi' mentre D2 resta interdetto e quindi spento, al contrario se V3-5 e' -9volt si illumina D2 e resta spento D1; in questo modo possiamo sapere se il cavo e' incorciato o meno semplicemente osservando quale led giallo si illumina tra i due. D1 e D2 sono posti comunque in serie con la resistenza di limitazione R1 (380ohm) che mantiene una corrente su questo ramo pari a:

(9 - Vled) / R1 = 20mA
sapendo che Vled (caduta di tensione sul led) e' pari a 1,4 volt per diodi gialli

La tensione V3-5 viene raddrizzata da D4 e D5 producendo una V4-0 sempre pari a (abs(V3-5) - Vd) = 8,4 volt, dove Vd e' la caduta di tensione per i diodi raddrizzatori. Tale tensione e' portata ad uno degli ingressi della porta AND costituita da due transistor BC547 posti in cascata: solo se V1-0, V2-0 e V4-0 sono tensioni contemporaneamente non nulle, allora si avra' una uscita alta, rappresentata dalla saturazione completa di T2, portando in conduzione il led verde D6 ed indicando cosi' che il cavo funziona correttamente (ovvero che non esistono interruzioni nei fili interni allo stesso, o nei jack). Se manca almeno una di queste tensioni D6 non si illumina affatto, vuoi perche' v1-0 e' nulla e quindi T2 non e' polarizzato, vuoi perche' V2-0 e' nulla e quindi T1 non e' polarizzato (negando sicuramente corrente alla base di T2), vuoi perche' v40 e' nulla negando a T1 di portarsi in conduzione e quindi anche a T2.
Nel caso di funzionameno ottimale invece avremo una tensione Vbe per T1 data dal partitore resistivo R3 R4 applicato su v4-0 che produce una tensione di:

Vbe = V4-6 = V4-0 * (R3 / (R3 + R4)) = 7,6 volt

La Ib1 per T1 sara' quindi di:
Ib1 = Vbe / (R3 + (R4 * R6) / (R4 + R6)) = 700 uA

piu' che sufficiente per portare in completa saturazione T1 con una corrente Ic1 pari a:

Ic1 = (V2-0 - Vd) / (R2 + (R4 * R6) / (R4 + R6)) = 2,8 mA

Parte di tale corrente passa per la base di T2 tramite R6 e porta a sua volta in saturazione T2 con una Ib2 pari a 260 uA. Nel ramo di D6 scorrera' quindi una corrente di (V1-0 - Vled) / R5 = 20 mA. Complessivamente l'assorbimento massimo per il circuito corrispondente al caso di cavo funzionante sara' di circa 42,8 mA, ovvero la somma dei 20 mA sul ramo di R1, 20 mA sul ramo di R5 e 2,8 mA sul ramo di R2.