Qual è lo scopo di un trasformatore magnetico Ethernet e come vengono utilizzati?
Su Febbraio 13, 2021 da adminMi è stato detto che i trasformatori magnetici Ethernet vengono utilizzati per Ethernet base-t quando la trasmissione viene inviata su un cavo lungo. Qual è lo scopo del trasformatore? (è per il filtraggio o il potenziamento del segnale?)
Inoltre, ho un circuito che è stato utilizzato per una configurazione Ethernet a 8 fili (1000base-t). Lo stesso circuito funzionerebbe per una configurazione a 4 fili (100base-t) se collegassi solo i pin 1, 2, 3 & 6? in caso affermativo, le prestazioni sarebbero le stesse della configurazione a 8 fili?
Mi dispiace di non essere coerente nella mia domanda in quanto non ho molta familiarità con lhardware Ethernet. Grazie per aver esaminato la mia domanda .
PS Non sono sicuro di come i dati vengono trasmessi su Ethernet. È che tutte le coppie differenziali (DA: pins 1 & 2, DB: pins 3 & 6, DC: pin 4 & 5, DD: pin 8 & 7) sono bus in cui i dati possono essere trasmessi in entrambi i modi (a differenza dellUART in cui RX deve essere collegato a TX)? e nel caso in cui sto usando solo 2 coppie, collegherei solo DA e DB? Cè anche un problema con il collegamento di un 4 collegare il dispositivo a una rete che utilizza 8 fili?
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- Qualche risposta ti è stata daiuto? In tal caso, dovresti accettare la risposta in modo che il la domanda non ‘ continua a comparire per sempre, cercando una risposta. In alternativa, puoi pubblicare e accettare è la tua risposta.
Risposta
Ho è stato detto che i trasformatori magnetici Ethernet vengono utilizzati per Ethernet base-t quando la trasmissione viene inviata su un cavo lungo.
Vengono sempre utilizzati, non solo quando “inviati su un cavo lungo”
Qual è lo scopo del trasformatore?
Lo scopo principale è lisolamento. Tipicamente vengono utilizzati anche come parte del condizionamento del segnale, trasformando una coppia di drive single ended in un segnale differenziale in trasmissione e stabilendo la corretta tensione di modo comune per il ricevitore in ricezione. Per questo motivo il lato del dispositivo dei trasformatori è solitamente a presa centrale.
Lisolamento è unottima idea sui sistemi di comunicazione che collegano molto hardware su unampia area. Non si desidera che la corrente / le tensioni di guasto provenienti da guasti nel cablaggio di rete o nei dispositivi si diffondano attraverso il cablaggio delle comunicazioni.
Ci sono fondamentalmente due opzioni per lisolamento, opto e trasformatore. Lisolamento del trasformatore ha un paio di principali vantaggi In primo luogo la potenza del segnale passa attraverso il trasformatore, il che significa che non è necessario fornire alimentazione al lato “isolato” della barriera. In secondo luogo, i trasformatori sono molto bravi a generare e ricevere segnali differenziali fornendo al contempo unelevata reiezione di modo comune, questo li rende una buona combinazione con il cablaggio a doppino intrecciato. In terzo luogo, è più facile progettare trasformatori per alta frequenza (ovvero alta velocità) rispetto agli accoppiatori ottici.
Laccoppiamento del trasformatore ha alcuni aspetti negativi, i trasformatori non funzionano in CC e i piccoli trasformatori che funzionano bene alle alte frequenze don ” t funziona bene alle basse frequenze, ma questo viene affrontato facilmente attraverso schemi di codifica di linea che evitano le basse frequenze.
P.S. Non sono sicuro di come i dati vengono trasmessi tramite Ethernet. Sono tutte le coppie differenziali (DA: pin 1 & 2, DB: pin 3 & 6, DC: pin 4 & 5, DD: i pin 8 & 7) sono bus in cui i dati possono essere trasmessi in entrambi i modi (a differenza dellUART in cui RX deve essere collegato a TX )? e nel caso in cui sto usando solo 2 coppie, collegherei solo DA e DB?
Dipende dalla versione di Ethernet. 10BASE-T e 100BASE-TX utilizzavano una coppia in ciascuna direzione. Su hardware più vecchio dovevi assicurarti manualmente che il trasmettitore fosse collegato al ricevitore (usando cavi crossover se necessario) ma lhardware più recente di solito ha AUTO-MDIX che lo calcola automaticamente.
1000BASE-T usa tutte e quattro le coppie in entrambe le direzioni contemporaneamente utilizzando tecniche di cancellazione delleco per separare i dati ricevuti dai dati trasmessi.
Penso che 10GBASE-T utilizzi anche la tecnica di cancellazione delleco, ma non sono daccordo su questo.
Cè anche un problema con il collegamento di un dispositivo a 4 fili a una rete che utilizza 8 fili?
La maggior parte dei dispositivi supporta modalità a velocità inferiore, ma non tutte. In particolare, par twistato a fibra ottica i convertitori di solito supportano solo una singola velocità sul lato del doppino.I dispositivi che supportano 10GBASE-T di solito supportano anche 1000BASE-T ma solo a volte supportano 100BASE-TX e afaict non supportano mai 10BASE-T.
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- xGBASE-T utilizza (moltissimo) la stessa cancellazione delleco da parte degli ibridi introdotta da 1000BASE-T.
Risposta
Il trasformatore magnetico ethernet è richiesto dallo standard ethernet. Troverai la risposta alla domanda “ Perché le prese Ethernet / RJ45 sono accoppiate magneticamente? ” nel Electrical Engineering SE .
Le specifiche del cablaggio UTP richiedono un cavo a quattro coppie. 10BASE-T e 100BASE-TX utilizzano due delle coppie, una di trasmissione e una di ricezione, mentre 1000BASE-T richiede tutte e quattro le coppie, entrambe in trasmissione e in ricezione allo stesso tempo. Se provi a eseguire 1000BASE-T solo su due coppie, verrà negoziato con 100BASE-TX.
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- Quando hai detto ” mentre 1000BASE-T richiede tutte e quattro le coppie, trasmettendo e ricevendo contemporaneamente “, volevi dire che una qualsiasi delle 4 coppie può agire come TX o RX in qualsiasi momento, a differenza di 10 / 100base-t dove tx e rx sono dedicati a coppie specifiche? Per il mio caso ho solo 4 fili (2 coppie) dal mio dispositivo 100base-t. È importante che li colleghi ai pin 1, 2, 3 & 6 o posso collegarli ad altre coppie? Infine, il mio circuito trasformatore per 1000base-tx funzionerebbe per 100base-tx? Ho trovato molti circuiti disponibili online e ne sono rimasto confuso.
- Voglio dire che 1000BASE-T utilizza tutte e quattro le coppie per inviare e ricevere contemporaneamente. Sia 10BASE-T che 100BASE-TX utilizzano i pin 1, 2, 3 e 6 e devono essere cablati con un doppino intrecciato su 1-2 e un altro doppino intrecciato su 3-6. La divisione di un doppino intrecciato non funzionerà correttamente. Se ‘ non sapevi quanto sopra, dubito seriamente che tu possa costruire le tue interfacce Ethernet, quindi non dovresti ‘ preoccuparti del trasformatori. Se desideri creare le tue interfacce Ethernet, dovresti porre le tue domande su Ingegneria elettrica .
Risposta
Il trasformatore serve principalmente per disaccoppiare segnali di modo comune CC, come è stato spiegato in altre risposte, e fornisce anche lisolamento elettrico necessario nelle reti di dati pratiche ( invece di far funzionare lintera rete sul tuo banco, tutti alimentati dalla stessa prolunga, per esempio). Il produttore del trasformatore indicherà quale sub-standard IEEE 802.3 è conforme. Di solito, i trasformatori per 1GBASE-T possono funzionare fino a velocità di 10MBASE-T e sembra che i trasformatori 10GBASE-T mantengano prestazioni simili, ma non garantisce in modo definitivo che un trasformatore 10GBASE-T funzionerà, ad esempio, con un 100BASE -T PHY chip, poiché alcuni parametri chiave sono cambiati.
Ma è certamente almeno teoricamente possibile, ad esempio, progettare una catena di elaborazione del segnale digitale 10M / 100M / 1G / 10G BASE-T in un FPGA (o una GPU moderna, o un ASIC), collegalo a un front-end A / DD / A che funziona a 800 MS / S e utilizza magneti 10GBASE-T e ottieni una soluzione compatibile con velocità da 10M a 10G – oltre 3 ordini di grandezza . Ma in realtà nessuno progetta tali catene di elaborazione digitale ” a banda larga “, dal momento che “sarebbe uno spreco di fatica poiché le porte 10G sono così costose che collegare qualcosa di più lento è un totale spreco di denaro. Tipicamente 10G PHY sarà solo velocità gigabit, spesso nemmeno 1G ma superiore: 2,5G, 5G e 10G. Alcuni sono solo 10G!
Ethernet a doppino intrecciato a velocità di 1 GBit e oltre funzionano come i sistemi telefonici analogici: una singola coppia viene utilizzata per trasmettere dati in entrambe le direzioni contemporaneamente. I sistemi telefonici analogici hanno una singola connessione differenziale ” loop “: non è che un filo trasmette e un altro riceve. È “un singolo circuito chiuso che funziona in due direzioni allo stesso tempo. Funziona in base al principio che il mittente dispone di tutte le informazioni necessarie per sopprimere il proprio segnale da ciò che riceve dal loop.
Ogni estremità della connessione è sia un trasmettitore che un ricevitore. Il segnale trasmesso si sovrappone al segnale già esistente sul circuito. Il ricevitore quindi misura questo segnale sommato e sottrae il proprio segnale trasmesso da esso. Ciò che resta è ciò che hanno trasmesso gli altri trasmettitori sul collegamento. Poiché tali collegamenti sono solitamente punto a punto, una volta sottratta la propria trasmissione dal segnale ricevuto, ciò che rimane è laltro segnale trasmesso dal lontano fine della linea.
La sottrazione del segnale trasmesso dal segnale ricevuto complessivo deve essere eseguita sia che si parli di gigabit Ethernet o linee telefoniche a due fili. Sulle linee telefoniche, i segnali sono lenti abbastanza perché un dispositivo passivo chiamato ibrido – essenzialmente un trasformatore con una terminazione – possa funzionare adeguatamente.Tali ibridi sono presenti nei telefoni analogici e in altre semplici apparecchiature telefoniche. Lapproccio basato sul trasformatore non funziona molto bene quando ad esempio sono presenti ritardi geostazionari ed è insufficiente per i modem ad alta velocità, e quindi anche i modem che funzionano su linee telefoniche devono implementare un ” ibrido ” nel dominio digitale. Usano ancora il trasformatore per lisolamento e possono collegarlo in modo ibrido, ma le prestazioni di quel trasformatore sono inadeguate di per sé.
Una volta che è diventato più economico, in aggregato, lavorare su segnali digitali utilizzando chip che pesano microgrammi piuttosto che produrre e spedire pezzi di ferro e rame noti come trasformatori ibridi (che singolarmente pesano più di tutti i chip semiconduttori nel PC, combinato), la funzione di un ibrido nelle reti di telefonia vocale è stata implementata dallelaborazione del segnale digitale. Ad esempio: un microcontrollore ARM M0 basso ha una capacità di calcolo sufficiente per implementare un ibrido telefonico adattivo nel software, con prestazioni eccellenti, e la sua fabbricazione utilizza molte meno risorse rispetto alla produzione di un trasformatore ibrido telefonico. La leggerezza della tecnologia moderna presenta vantaggi che vanno ben oltre la semplice comodità 🙂 Un trasformatore più leggero e semplice è ancora lì per isolare la linea telefonica con i suoi transitori di tensione dal resto relativamente sensibile del circuito.
As la velocità dei dati aumenta, così come la capacità di calcolo necessaria per eseguire questa separazione dei dati trasmessi e ricevuti, e per adattarsi alle imperfezioni dellimpianto del cavo (ad esempio, ogni connettore / jack o attorcigliamento provoca echi!). Quindi, quando guardi un chip PHY 10GBASE-T, ha circa tanti transistor quanti il Pentium III (Katmai): ~ 10 milioni. Ovviamente solo una parte di questo budget di transistor è relegata alla cancellazione e allequalizzazione delleco vicino e lontano, ma non è ancora una parte insignificante. Indovinando dai diagrammi a blocchi forniti ad esempio da Broadcom, un buon 1/10-1/3 del chip si occupa proprio di questo (non mi occupo di tale progettazione di chip e non ho regole pratiche a portata di mano per fornire una stima più ristretta). I filtri digitali utilizzati per la cancellazione delleco e lequalizzazione del percorso hanno lunghezze dellordine di 100-1000T (prese). Ciò significa che il PHY deve eseguire alcune migliaia di moltiplicazioni e aggiunte a 10-12 bit per ogni periodo di campionamento solo per separare i segnali trasmessi dai segnali ricevuti e per equalizzare le imperfezioni del sistema di cavi; e sono necessari 800 MSamples / i per eseguire 10GBASE-T. Quindi stiamo parlando dellordine di 1TMAC / s (ovvero un Tera MAC / s, o un milione di milioni di moltiplicazioni e aggiunte al secondo).
Puoi emulare questo utilizzando una GPU moderna. In prospettiva: una delle prime piattaforme Intel HD Graphics del 2010 potrebbe eseguire forse 0,03TMAC / s. Intel Iris Graphics introdotta nel 2013 potrebbe gestire circa 1TMAC / sa metà precisione e avrebbe quasi la capacità necessaria per eseguire lequalizzazione e la cancellazione delleco per un singolo ricetrasmettitore 10GBASE-T. E questo serve solo per ottenere ” clean ” segnali digitalizzati devono ancora demodulare, decodificare, decodificare e correggere gli errori (e fare il contrario durante la trasmissione). Questo è facilmente un altro equivalente di poche centinaia di GFLOP / s, immagino, anche se un po di esso non è in virgola mobile ma operazioni parallele di bit e veloci ricerche di memoria.
A parte: potresti avere più di due trasmettitori distribuiti lungo la linea, purché potrebbe essere altrimenti separato. I sistemi di posizionamento satellitare si occupano di questo: tutti i satelliti GPS inviano alla stessa frequenza, ma i loro segnali sono codificati in modo diverso, in modo che se si utilizza un codice che decodifica i dati di un satellite, tutti i segnali degli altri satelliti vengono trasformati in rumore che possono essere separati dai dati utili. Questo è chiamato multiplexing a divisione di codice. Ma questo è stato davvero un errore, poiché il GPS è unidirezionale: i trasmettitori sono i satelliti e i ” dispositivi GPS ” come se i telefoni fossero solo ricevitori. Il tentativo di trasmettere a frequenze GPS ti porterà in acqua calda legale, e di questi tempi abbastanza rapidamente (non importa che sia totalmente inutile: i satelliti non ti stanno ascoltando!).
Ma in linea di principio potresti usare il multiplexing a divisione di codice per es rilascia diversi PHY equivalenti a 10 GBit / s su un singolo ” ether “, ad es. usa i balun per accoppiare quei PHY a un buon vecchio cavo coassiale thinnet 75 Ohm. Quindi, supponiamo che ciascuno dei PHY sia limitato alla trasmissione a 10 MBit / s. Potresti averne dozzine, trasmettendo tutti contemporaneamente, utilizzando parametri di codice diversi, e ognuno di loro potrebbe sentire immediatamente tutti gli altri e produrre i 10MBit / s hanno ricevuto stream da qualsiasi altro – infatti, con le risorse di un 10GBASE-T PHY personalizzato, potrebbe decodificare molte di quelle trasmissioni contemporaneamente.Quindi, con la tecnologia moderna, un ” buon vecchio ” 75-Ohm coassiale 10MBit Ethernet potrebbe essere commutato da TDMA a CodeDMA (non CDMA! !) e consentire segmenti di rete privi di collisioni con il numero di nodi tipicamente presenti su quei segmenti back-when (da poche a poche dozzine). Non sarebbe possibile ottenere una larghezza di banda completa di 10 GBit / s da un solo cavo coassiale, ma immagino che sarebbe possibile 1-3 GBit / s … con ciascuna scheda di rete utilizzando le risorse di calcolo di un migliaio di macchine Cray-1. Ora sapete tutti perché non avevano Ethernet multiplex a divisione di codice negli anni 80 – è abbastanza elementare: Cray-1 aveva una produzione di circa 100 unità. Se ne avessero realizzati circa 2000, potresti usare ogni 1000 per mettere insieme un nodo CodeDMA 10BASE-T per dimostrare tutto. Inoltre, allepoca gli ADC e i DAC necessari erano per lo più finzione, quindi limplementazione avrebbe dovuto essere eseguita utilizzando convertitori più lenti con traduzione a frequenza intermedia e lelaborazione digitale avrebbe dovuto ritradurre le sottobande nelle serie temporali in banda base a banda larga formato, e poi fuori dal lato di trasmissione. Ma ovviamente, il fattore limitante era la scarsa disponibilità di supercomputer, intendiamoci 🙂 Sì, la FFT ottica forse potrebbe essere sfruttata per implementare alcuni di quei segmenti FIR. Ma negli anni 80 era roba abbastanza segreta 🙂
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