Qual é a finalidade de um transformador magnético Ethernet e como eles são usados?
On Fevereiro 13, 2021 by adminDisseram-me que transformadores magnéticos Ethernet são usados para Ethernet base-t quando a transmissão é enviada por um cabo longo. Qual é a finalidade do transformador? (é para filtrar ou aumentar o sinal?)
Além disso, tenho um circuito que foi usado para uma configuração Ethernet de 8 fios (1000base-t). O mesmo circuito funcionaria para uma configuração de 4 fios (100base-t) se eu conectasse apenas os pinos 1, 2, 3 & 6? se sim, o desempenho seria o mesmo que a configuração de 8 fios?
Lamento se não posso ser coerente em minha pergunta, pois não estou muito familiarizado com o hardware Ethernet. Obrigado por revisar minha pergunta .
PS Não tenho certeza sobre como os dados são transmitidos pela Ethernet. Todos os pares diferenciais (DA: pinos 1 & 2, DB: pinos 3 & 6, DC: pinos 4 & 5, DD: pinos 8 & 7) são barramentos onde os dados podem ser transmitidos nos dois sentidos (ao contrário do UART, onde RX tem que ser conectado ao TX)? e caso eu esteja usando apenas 2 pares, eu conectaria apenas DA e DB? Há também um problema com a conexão de um 4 conectar o dispositivo a uma rede que usa 8 fios?
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Resposta
Eu tenho disseram que os transformadores magnéticos Ethernet são usados para Ethernet base-t quando a transmissão é enviada por um cabo longo.
Eles são sempre usados, não apenas quando “enviados por um cabo longo”
Qual é o objetivo do transformador?
O objetivo principal é o isolamento. Normalmente, eles também são usados como parte do condicionamento do sinal, transformando um par de drives de extremidade única em um sinal diferencial na transmissão e estabelecendo a tensão de modo comum correta para o receptor na recepção. Por esta razão, o lado do dispositivo dos transformadores é geralmente derivado no centro.
O isolamento é uma ideia muito boa em sistemas de comunicação que conectam muitos hardwares em uma área ampla. Você não quer que as correntes / tensões de falha de falhas na fiação da rede elétrica ou dispositivos se espalhem pela fiação de comunicação.
Existem basicamente duas opções de isolamento, ótica e transformador. O isolamento do transformador tem alguns principais vantagens: Em primeiro lugar, a energia do sinal passa pelo transformador, o que significa que você não precisa obter uma fonte de alimentação para o lado “isolado” da barreira. Em segundo lugar, os transformadores são muito bons em gerar e receber sinais diferenciais, ao mesmo tempo que fornecem alta rejeição de modo comum, o que os torna uma boa combinação com fiação de par trançado. Em terceiro lugar, é mais fácil projetar transformadores para alta frequência (também conhecido como alta velocidade) do que optoacopladores.
O acoplamento do transformador tem algumas desvantagens, transformadores não funcionam em CC e pequenos transformadores que funcionam bem em altas frequências não t funcionam bem em baixas frequências, mas isso é facilmente resolvido por meio de esquemas de codificação de linha que evitam baixas frequências.
P.S. Não tenho certeza sobre como os dados são transmitidos pela Ethernet. Será que todos os pares diferenciais (DA: pinos 1 & 2, DB: pinos 3 & 6, DC: pinos 4 & 5, DD: pinos 8 & 7) são barramentos onde os dados podem ser transmitidos em ambos os sentidos (ao contrário do UART, onde RX deve ser conectado ao TX )? e caso eu esteja usando apenas 2 pares, eu conectaria apenas DA e DB?
Depende da versão da Ethernet. 10BASE-T e 100BASE-TX usaram um par em cada direção. Em hardware mais antigo, você tinha que garantir manualmente que o transmissor estava conectado ao receptor (usando cabos cruzados, se necessário), mas o hardware mais recente geralmente tem AUTO-MDIX, que descobre isso automaticamente.
1000BASE-T usa todos os quatro pares em ambas as direções ao mesmo tempo, usando técnicas de cancelamento de eco para separar os dados recebidos dos dados transmitidos.
Acho que 10GBASE-T também usa a técnica de cancelamento de eco, mas não acredito nisso.
Há também um problema com a conexão de um dispositivo de 4 fios a uma rede que usa 8 fios?
A maioria dos dispositivos suporta modos de velocidade mais baixa, mas não todos. Em particular par torcido para mídia de fibra os conversores geralmente suportam apenas uma única velocidade no lado do par trançado. Dispositivos que suportam 10GBASE-T geralmente também suportam 1000BASE-T, mas apenas às vezes suportam 100BASE-TX e afaict nunca suportam 10BASE-T.
Comentários
- xGBASE-T usa (muito) o mesmo cancelamento de eco por híbridos que 1000BASE-T introduziu.
Resposta
O transformador magnético ethernet é exigido pelo padrão ethernet. Você encontrará esta pergunta, “ Por que os soquetes Ethernet / RJ45 magneticamente acoplados? ” respondida no Engenharia elétrica SE .
As especificações de cabeamento UTP exigem um cabo de quatro pares. 10BASE-T e 100BASE-TX usam dois dos pares, um par de transmissão e um par de recepção, enquanto 1000BASE-T requer todos os quatro pares, transmitindo e recebendo ao mesmo tempo. Se você tentar executar 1000BASE-T em apenas dois pares, ele negociará para 100BASE-TX.
Comentários
- Quando você disse ” enquanto 1000BASE-T requer todos os quatro pares, transmitindo e recebendo ao mesmo tempo “, você quis dizer que qualquer um dos 4 pares pode agir como TX ou RX a qualquer momento, ao contrário de 10 / 100base-t, onde tx e rx são dedicados a pares específicos? Para o meu caso, tenho apenas 4 fios (2 pares) do meu dispositivo 100base-t. Faz diferença conectá-los aos pinos 1, 2, 3 & 6 ou posso conectá-los a outros pares? Finalmente, meu circuito de transformador para 1000base-tx funcionaria para 100base-tx? Encontrei muitos circuitos disponíveis online e fiquei confuso com eles.
- Quer dizer que 1000BASE-T usa todos os quatro pares para enviar e receber simultaneamente. Ambos 10BASE-T e 100BASE-TX usam os pinos 1, 2, 3 e 6, e eles devem ser conectados com um par trançado em 1-2 e outro par trançado em 3-6. Dividir um par trançado não funcionará corretamente. Se você não ‘ não sabia o que precede, duvido seriamente que possa construir suas próprias interfaces Ethernet, então você não deve ‘ se preocupar com o transformadores. Se você deseja construir suas próprias interfaces ethernet, deve fazer suas perguntas em Engenharia elétrica .
Resposta
O transformador existe principalmente para desacoplar sinais de modo comum DC, como foi explicado em outras respostas, e também fornece o isolamento elétrico necessário em redes de dados práticas ( em vez de operar toda a rede em sua bancada, tudo alimentado pela mesma extensão, por exemplo). O fabricante do transformador indicará com qual sub-padrão IEEE 802.3 está em conformidade. Normalmente, os transformadores para 1GBASE-T podem trabalhar até velocidades de 10MBASE-T, e parece que os transformadores 10GBASE-T retêm desempenho semelhante, mas não garante totalmente que um transformador 10GBASE-T funcionará com, por exemplo, um 100BASE Chip -T PHY, uma vez que alguns parâmetros-chave mudaram.
Mas certamente é pelo menos teoricamente possível, por exemplo, projetar uma cadeia de processamento de sinal digital 10M / 100M / 1G / 10G BASE-T em um FPGA (ou uma GPU moderna ou ASIC), conecte-o a um front-end A / DD / A rodando a 800MS / S e usando magnetismo 10GBASE-T, e tenha uma solução compatível com velocidades de 10M a 10G – mais de 3 ordens de magnitude . Mas na realidade ninguém projeta tais cadeias de processamento digital ” banda larga “, já que seria um desperdício de esforço, pois as portas 10G são tão caras que conectar qualquer coisa mais lentamente a eles é um desperdício total de dinheiro. Normalmente, 10G PHY terá velocidades de gigabits apenas, muitas vezes nem mesmo 1G, mas mais altas: 2,5G, 5G e 10G. Alguns são apenas 10G!
A Ethernet de par trançado com velocidades de 1 GBit e além funciona como sistemas telefônicos analógicos: um único par é usado para transmitir dados nas duas direções ao mesmo tempo. Os sistemas telefônicos analógicos têm uma única conexão diferencial ” loop “: não é um fio que transmite e outro recebe. É um único circuito fechado que funciona em duas direções ao mesmo tempo. Ele funciona com base no princípio de que o remetente tem todas as informações necessárias para suprimir seu próprio sinal daquilo que recebe do loop.
Cada extremidade da conexão é um transmissor e um receptor. O sinal transmitido é sobreposto ao sinal já existente no circuito. O receptor então mede esse sinal somado e subtrai seu próprio sinal transmitido dele. O que resta é o que os outros transmissores no link estão transmitindo. Como esses links geralmente são ponto a ponto, uma vez que você subtraia sua própria transmissão do sinal recebido, o que resta é o outro sinal transmitido de longe fim da linha.
A subtração do sinal transmitido do sinal geral recebido deve ser feita, quer estejamos falando de Ethernet gigabit ou de linhas telefônicas de dois fios. Em linhas telefônicas, os sinais são lentos o suficiente para que um dispositivo passivo denominado híbrido – essencialmente um transformador com uma terminação – possa funcionar adequadamente.Esses híbridos estão presentes em telefones analógicos e outros equipamentos telefônicos simples. A abordagem baseada em transformador não funciona muito bem quando, por exemplo, atrasos geoestacionários estão presentes e é insuficiente para modems de alta velocidade e, portanto, mesmo modems que funcionam em linhas telefônicas precisam implementar um ” híbrido ” no domínio digital. Eles ainda usam o transformador para isolamento e podem conectá-lo de forma híbrida, mas o desempenho desse transformador é inadequado por si só.
Uma vez que ficou mais barato, no agregado, trabalhar em sinais digitais usando chips que pesam microgramas em vez de fazer e enviar pedaços de ferro e cobre conhecidos como transformadores híbridos (que individualmente pesam mais do que todos os chips semicondutores em seu PC, combinados), a função de um híbrido em redes de telefonia de voz foi implementada por processamento de sinal digital. Por exemplo: um microcontrolador ARM M0 modesto tem capacidade computacional suficiente para implementar um híbrido de telefone adaptável em software, com excelente desempenho, e sua fabricação usa muito menos recursos do que a fabricação de um transformador híbrido de telefone. Existem vantagens em ser leve a tecnologia moderna que vai muito além da mera conveniência 🙂 Um transformador mais leve e mais simples ainda existe para isolar a linha telefônica com seus transientes de tensão do resto relativamente sensível do circuito.
Como as taxas de dados aumentam, o mesmo acontece com a capacidade computacional necessária para realizar esta separação de dados transmitidos e recebidos, e de adaptação às imperfeições da planta de cabos (por exemplo, cada conector / tomada ou torção causa ecos!). Então, quando você olha para um chip 10GBASE-T PHY, ele tem tantos transistores quanto o Pentium III (Katmai): ~ 10 milhões. É claro que apenas uma parte deste orçamento do transistor é relegado ao cancelamento e equalização de eco próximo e distante, mas ainda não é um pedaço insignificante. Estimativa de diagramas de bloco fornecidos por, por exemplo, Broadcom, um bom 1 / 10th-1 / 3rd do chip trata exatamente disso (não estou lidando com esse design de chip e não tenho nenhuma regra prática para fornecer uma estimativa mais restrita). Os filtros digitais usados para cancelamento de eco e equalização de caminho têm comprimentos da ordem de 100-1000T (taps). Isso significa que o PHY tem que fazer alguns milhares de multiplicações e adições de 10-12 bits por cada período de amostragem apenas para separar os sinais transmitidos dos sinais recebidos e equalizar as imperfeições do sistema de cabo; e são necessários 800 MSamples / s para executar o 10GBASE-T. Então, estamos falando da ordem de 1TMACs / s (ou seja, um Tera MACs / s, ou um milhão de milhões de multiplicações e adições por segundo).
Você poderia emular isso usando uma GPU moderna. Para uma perspectiva: uma plataforma Intel HD Graphics de 2010 poderia executar talvez 0,03TMAC / s. A Intel Iris Graphics introduzida em 2013 poderia lidar com cerca de 1TMAC / s com metade da precisão – e teria quase a capacidade necessária para realizar a equalização e cancelamento de eco para um transceptor único 10GBASE-T. E isso é apenas para obter ” clean ” sinais digitalizados que você ainda precisa demodular, decodificar, decodificar e corrigir o erro (e fazer o inverso ao transmitir). Isso é facilmente outro equivalente a algumas centenas de GFLOPs / s, imagino, embora uma boa parte dele não seja ponto flutuante, mas operações de bit paralelo e pesquisas rápidas de memória.
Um aparte: você poderia ter mais de dois transmissores distribuídos ao longo da linha, desde que seus sinais poderiam ser separados de outra forma. Os sistemas de posicionamento por satélite lidam com isso: todos os satélites GPS enviam na mesma frequência, mas seus sinais são codificados de forma diferente, de modo que se você usar um código que decodifica os dados de um satélite, todos os sinais dos outros satélites se transformam em ruído que podem ser separados de dados úteis. Isso é chamado de multiplexação por divisão de código. Mas isso foi realmente um aparte, já que o GPS é unilateral: os transmissores são os satélites e os ” dispositivos GPS ” como se os telefones fossem apenas receptores. Tentar transmitir em frequências de GPS o deixará em apuros legais, e hoje em dia com bastante rapidez (não importa que seja totalmente inútil: os satélites não estão ouvindo você!).
Mas você poderia, em princípio, usar multiplexação por divisão de código para, por exemplo, solte vários PHYs equivalentes de 10 GBit / s em um único ” ether ” – por exemplo, use baluns para acoplar esses PHYs a um bom e velho cabo coaxial thinnet de 75 Ohm. Então, digamos que cada um dos PHYs seria limitado a transmitir a 10 MBit / s. Você poderia ter dezenas deles, todos transmitindo ao mesmo tempo, usando parâmetros de código diferentes, e cada um deles poderia ouvir instantaneamente todos os outros e produzir os 10 MBit / s receberam fluxo de qualquer outro – na verdade, com os recursos de um 10GBASE-T PHY personalizado, ele poderia decodificar muitas dessas transmissões de uma vez.Portanto, com a tecnologia moderna, uma ” boa e velha ” 75 ohms coaxial 10 MBit Ethernet poderia ser trocada de TDMA para CodeDMA (não CDMA! !) e permitir segmentos de rede livres de colisão com o número de nós normalmente presentes nesses segmentos (de alguns a algumas dezenas). Não seria possível obter uma largura de banda completa de 10 GBit / s com apenas um cabo coaxial, mas imagino que 1-3 GBit / s seria possível … com cada placa de rede usando recursos computacionais de mil máquinas Cray-1. Agora todos vocês sabem por que eles não tinham Ethernet multiplex por divisão de código nos anos 80 – é bastante elementar: o Cray-1 tinha uma produção de cerca de 100 unidades. Se eles tivessem feito cerca de 2.000 deles, você poderia usar cada 1.000 para montar um nó CodeDMA 10BASE-T para demonstrar tudo. Além disso – naquela época, os ADCs e DACs necessários eram em sua maioria ficção, então a implementação precisaria ser feita usando conversores mais lentos com tradução de frequência intermediária, e o processamento digital teria que traduzir novamente as sub-bandas na série temporal de banda larga formato e, em seguida, fora dele no lado de transmissão. Mas é claro, o fator limitante era a baixa disponibilidade de supercomputadores, lembre-se 🙂 Sim, FFT óptico talvez pudesse ser aproveitado para implementar alguns desses segmentos FIR. Mas, nos anos 80, isso era algo bastante secreto 🙂
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