Vad är syftet med en Ethernet-magnettransformator, och hur används de?
On februari 13, 2021 by adminJag har fått veta att Ethernet-magnettransformatorer används för bas-t Ethernet när sändning skickas via en lång kabel. Vad är syftet med transformatorn? (är det för signalfiltrering eller förstärkning?)
Dessutom har jag en krets som har använts för en 8-tråds (1000base-t) Ethernet-konfiguration. Skulle samma krets fungera för en 4-tråds (100base-t) konfiguration om jag bara anslöt stift 1, 2, 3 & 6? Om så är fallet skulle prestanda vara densamma som 8-trådskonfigurationen?
Jag är ledsen om jag kanske inte är sammanhängande i min fråga eftersom jag inte känner för Ethernet-hårdvara. Tack för att du granskade min fråga .
PS Jag är osäker på hur data överförs via Ethernet. Är det att alla differentiella par (DA: stift 1 & 2, DB: stift 3 & 6, DC: stift 4 & 5, DD: stift 8 & 7) är bussar där data kan överföras åt båda hållen (till skillnad från UART där RX måste anslutas till TX)? och om jag bara använder två par, skulle jag bara ansluta DA och DB? Finns det också ett problem med att ansluta en 4 trådanordning till ett nätverk som använder åtta ledningar?
Kommentarer
- Hjälpte något svar dig? Om så är fallet bör du acceptera svaret så att frågan ’ dyker inte upp för alltid och letar efter ett svar. Alternativt kan du skicka och acceptera t ditt eget svar.
Svar
Jag har har fått veta att magnetiska Ethernet-transformatorer används för bas-t Ethernet när sändning skickas via en lång kabel.
De används alltid, inte bara när ”skickas över en lång kabel”
Vad är syftet med transformatorn?
Det primära syftet är isolering. Vanligtvis används de också som en del av signalbehandlingen, förvandlar ett par enhetsdrivna enheter till en differentiell signal vid sändning och fastställer rätt common mode-spänning för mottagaren vid mottagning. Av den anledningen är transformatorns enhetssida vanligtvis centrerad.
Isolering är en mycket bra idé i kommunikationssystem som länkar mycket hårdvara över ett stort område. Du vill inte ha felström / spänningar från fel i nätkablarna eller enheter som ska spridas genom din kommunikationskabel.
Det finns i princip två alternativ för isolering, opto och transformator. Transformatorisolering har ett par stora fördelar. För det första passerar signaleffekten genom transformatorn vilket innebär att du inte behöver få en strömförsörjning till den ”isolerade” sidan av barriären. För det andra är transformatorer mycket bra på att generera och ta emot differentiella signaler samtidigt som de ger högt gemensamt läge avslag, vilket gör dem till en bra kombination med tvinnade parledningar. För det tredje är det lättare att utforma transformatorer för hög frekvens (aka hög hastighet) än optokopplare.
Transformatorkoppling har vissa nackdelar, transformatorer fungerar inte vid DC och små transformatorer som fungerar bra vid höga frekvenser don ” t fungerar bra vid låga frekvenser men detta hanteras lätt genom linjekodningsscheman som undviker låga frekvenser.
P.S. Jag är osäker på hur data överförs via Ethernet. Är det så att alla differentiella par (DA: stift 1 & 2, DB: stift 3 & 6, DC: stift 4 & 5, DD: stift 8 & 7) är bussar där data kan överföras åt båda hållen (till skillnad från UART där RX måste anslutas till TX )? och om jag bara använder två par, skulle jag bara ansluta DA och DB?
Det beror på versionen av Ethernet. 10BASE-T och 100BASE-TX använde ett par i varje riktning. På äldre hårdvara var du tvungen att manuellt se till att sändaren var ansluten till mottagaren (med hjälp av crossover-kablar om det behövs) men nyare maskinvara har vanligtvis AUTO-MDIX som räknar ut det automatiskt.
1000BASE-T använder alla fyra paren i båda riktningarna samtidigt med hjälp av ekodämpningstekniker för att separera mottagen data från överförda data.
Jag tror att 10GBASE-T också använder echo cancelling techniquest men jag är inte positiv på det.
Finns det också ett problem med att ansluta en 4-tråds enhet till ett nätverk som använder 8 ledningar?
De flesta enheter stöder lägen för lägre hastighet men inte alla. Särskilt vridna i förhållande till fibermedier omvandlare stöder vanligtvis bara en hastighet på tvinnat par. Enheter som stöder 10GBASE-T stöder vanligtvis också 1000BASE-T men stöder bara ibland 100BASE-TX och afaict stöder aldrig 10BASE-T.
Kommentarer
- xGBASE-T använder (väldigt mycket) samma ekodämpning av hybrider som 1000BASE-T introducerade.
Svar
Ethernet-transformatorn krävs enligt Ethernet-standarden. Du hittar denna fråga, ” Varför är Ethernet / RJ45-uttag magnetiskt kopplade? ” besvaras på Elektroteknik SE .
UTP-kabelspecifikationerna kräver en fyrparskabel. 10BASE-T och 100BASE-TX använder två av paren, en sändning och ett mottagningspar, medan 1000BASE-T kräver alla fyra paren, både sändande och mottagande samtidigt. Om du försöker köra 1000BASE-T på bara två par kommer den att förhandla till 100BASE-TX.
Kommentarer
- När du sa ” medan 1000BASE-T kräver alla fyra paren, både sändande och mottagande samtidigt ”, menade du att någon av alla 4 par kan agera som TX eller RX när som helst, till skillnad från 10 / 100base-t där tx och rx är dedikerade till specifika par? För mitt fall har jag bara fyra ledningar (2 par) från min 100base-t-enhet. Spelar det någon roll att jag ansluter dem till stift 1, 2, 3 & 6, eller kan jag ansluta dem till andra par? Slutligen skulle min transformatorkrets för 1000base-tx fungera för 100base-tx? Jag har hittat många kretsar tillgängliga online och jag blev förvirrad av dem.
- Jag menar att 1000BASE-T använder alla fyra paren för att både skicka och ta emot samtidigt. Både 10BASE-T och 100BASE-TX använder stift 1, 2, 3 och 6, och de måste anslutas med ett tvinnat par på 1-2 och ett annat tvinnat par på 3-6. Att dela ett tvinnat par fungerar inte korrekt. Om du inte ’ inte visste ovanstående, tvivlar jag allvarligt på att du kan bygga dina egna Ethernet-gränssnitt, så du bör inte ’ t oroa dig för transformatorer. Om du vill bygga dina egna Ethernet-gränssnitt bör du ställa dina frågor på Elektroteknik .
Svar
Transformatorn finns där huvudsakligen för att koppla från likströmssignaler, som har förklarats i andra svar, och den ger också den elektriska isolering som behövs i praktiska datanätverk ( till skillnad från att köra hela nätverket på din bänk, alla drivs från samma förlängningsremsa, till exempel). Transformatortillverkaren kommer att ange vilken IEEE 802.3-understandard den uppfyller. Vanligtvis kan transformatorer för 1GBASE-T fungera ända ner till 10MBASE-T-hastigheter, och det verkar som om 10GBASE-T-transformatorer bibehåller liknande prestanda, men det garanterar inte direkt att en 10GBASE-T-transformator kommer att fungera med t.ex. en 100BASE -T PHY-chip, eftersom vissa nyckelparametrar har ändrats.
Men det är verkligen åtminstone teoretiskt möjligt att t.ex. utforma en 10M / 100M / 1G / 10G BASE-T digital signalbehandlingskedja i en FPGA (eller en modern GPU, eller en ASIC), anslut den till en A / DD / A-frontdrift som körs vid 800 MS / S och använder 10GBASE-T-magnetik, och har en lösning som överensstämmer med hastigheter från 10M till 10G – över 3 storleksordningar Men i själva verket designar ingen sådan ” bredband ” digitala processkedjor, eftersom det skulle vara bortkastat eftersom 10G-portar är så dyra att att plugga in något långsammare i dem är totalt slöseri med pengar. Vanligtvis är 10G PHY bara gigabithastigheter, ofta inte ens 1G utan högre: 2,5G, 5G och 10G. Vissa är bara 10G!
Twisted-pair Ethernet med hastigheter på 1 GBit och bortom fungerar som analoga telefonsystem: ett enda par används för att överföra data i båda riktningarna samtidigt. Analoga telefonsystem har en enda differentiell ” slinga ” -anslutning: det är inte så att en ledning sänder och en annan tar emot. Det är en enda sluten krets som fungerar i två riktningar samtidigt. Det fungerar på principen att avsändaren har all information som behövs för att undertrycka sin egen signal från vad den tar emot från slingan.
Varje ände av anslutningen är både en sändare och en mottagare. Den sända signalen läggs ovanpå den signal som redan finns i kretsen. Mottagaren mäter sedan den summerade signalen och subtraherar sin egen sända signal från den. Vad som är kvar är vad de andra sändarna på länken har sänt. Eftersom sådana länkar vanligtvis är punkt-till-punkt, när du har subtraherat din egen sändning från den mottagna signalen, är det kvar den andra överförda signalen från fjärran slutet av linjen.
Subtraheringen av den sända signalen från den totala mottagna signalen måste göras oavsett om vi talar om gigabit Ethernet eller två-tråds telefonlinjer. På telefonlinjer är signalerna långsamma tillräckligt för att en passiv enhet som kallas en hybrid – i huvudsak en transformator med en avslutning – kan fungera tillräckligt.Sådana hybrider finns i analoga telefoner och annan enkel telefonutrustning. Den transformatorbaserade metoden fungerar inte så bra när t.ex. geostationära förseningar är närvarande, och är otillräcklig för höghastighetsmodem och därmed även modem som fungerar på telefonlinjer måste implementera en ” hybrid ” i den digitala domänen. De använder fortfarande transformator för isolering och kan ansluta den på ett hybrid sätt, men transformatorns prestanda är otillräcklig av sig själv.
När det blev billigare, samlat, att arbeta med digitala signaler med marker som väger mikrogram snarare än att tillverka och skicka bitar av järn och koppar, så kallade hybridtransformatorer (som individuellt väger mer än alla halvledarchips i din dator, kombinerat) har en hybridfunktion i rösttelefonnätverk implementerats genom digital signalbehandling. Som ett exempel: en låg ARM M0-mikrokontroller har tillräcklig beräkningskapacitet för att implementera en adaptiv telefonhybrid i programvara med utmärkt prestanda och dess tillverkning använder mycket färre resurser än tillverkningen av en telefonhybridtransformator. Det finns fördelar med att modern teknik är lätt som går långt bortom bekvämlighet 🙂 En lättare, enklare transformator finns fortfarande kvar för att isolera telefonlinjen med sina spänningstransienter från den relativt känsliga resten av kretsen.
Som datahastigheterna ökar, så ökar beräkningskapaciteten som behövs för att utföra denna separering av överförda och mottagna data och för anpassning till kabelanläggningens brister (t.ex. varje kontakt / uttag eller kink orsakar ekon!). Så när du tittar på ett 10GBASE-T PHY-chip har det ungefär lika många transistorer som Pentium III (Katmai): ~ 10 miljoner. Självklart är bara en del av denna transistorbudget hänförd till avlägsnande och utjämning av nära och långt eko, men det är fortfarande inte en obetydlig del. Guesstimering från blockdiagram som tillhandahålls av t.ex. Broadcom, en bra 1 / 10th-1 / 3rd av chipet handlar om just det (jag har inte att göra med en sådan chipdesign och har inga tumregler för att ge en smalare uppskattning.) De digitala filtren som används för ekodämpning och vägutjämning har längder i storleksordningen 100-1000T (kranar). Det betyder att PHY måste göra några tusen 10-12 bitars multiplikationer och tillägg per varje samplingsperiod bara för att separera de sända signalerna från mottagna signaler och för att utjämna kabelsystemets brister, och det behövs 800 MSampl / s för att köra 10GBASE-T. Så vi pratar i storleksordningen 1TMAC / s (det vill säga en Tera MAC / s, eller en miljon miljoner multiplicer-och-tillägg per sekund).
Du kan emulera detta med en modern GPU. För perspektiv: en tidig Intel HD-grafikplattform från 2010 kunde utföra kanske 0,03 TMAC / s. Intel Iris Graphics introducerades 2013 kunde hantera cirka 1 TMAC / s med halv precision – och skulle nästan ha kapacitet som behövs för att utföra utjämningen och ekodämpningen för en singel 10GBASE-T-sändtagare. Och detta är bara för att få ” ren ” digitaliserade signaler som du måste fortfarande demodulera, avkoda, avkoda och felkorrigera (och göra det motsatta vid sändning). Det är lätt en motsvarighet till några hundra GFLOP / s, föreställer jag mig, även om en hel del av det inte är flytpunkt men parallella bitoperationer och snabba minnesuppslag.
Bortsett från det: du kan ha mer än två sändare fördelade längs linjen, så länge deras signaler annars skulle kunna separeras. Satellitpositioneringssystem hanterar detta: alla GPS-satelliter skickar med samma frekvens, men deras signaler kodas var för sig, så att om du använder en kod som avkodar en satellits data blir alla andra satellitsignaler omvandlade till brus som kan separeras från användbara data. Detta kallas koddelningsmultiplexering. Men detta var verkligen en åt sidan, eftersom GPS är envägs: sändarna är satelliterna och ” GPS-enheter ” som att telefonerna bara är mottagare. Att försöka sända med GPS-frekvenser kommer att få dig i lagligt varmvatten, och i dessa dagar ganska snabbt (tänk på att det är helt meningslöst: satelliterna lyssnar inte på dig!).
Men i princip kan du använda koddelningsmultiplexering för att t.ex. släpp flera 10 GBit / s motsvarande PHY på en enda ” eter ” – t.ex. använd baluns för att koppla ihop PHY: erna till en bra gammal thinnet 75 Ohm coax. Låt oss säga att var och en av PHY: erna skulle vara begränsad till sändning vid 10MBit / s. Du kan ha dussintals av dem, alla sänder samtidigt, med hjälp av olika kodparametrar, och var och en av dem kan omedelbart höra alla andra och producera 10MBit / s fick ström från alla andra – faktiskt, med resurserna för en anpassad 10GBASE-T PHY, kunde den avkoda många av dessa överföringar samtidigt.Så med modern teknik kan en ” god gammal ” 75-Ohm coax 10MBit Ethernet bytas från TDMA till CodeDMA (inte CDMA! !) och tillåt kollisionsfria nätverkssegment med antalet noder som vanligtvis finns på dessa segment när (från några få till några dussin). Det skulle inte vara möjligt att få en full 10 GBit / s bandbredd från bara ett koax, men jag föreställer mig att 1-3 GBit / s skulle vara möjligt … med varje nätverkskort som använder beräkningsresurser på tusen Cray-1-maskiner. Nu vet ni alla varför de inte hade koddelningsmultiplex Ethernet på 80-talet – det är ganska elementärt: Cray-1 hade en produktionskörning på cirka 100 enheter. Hade de gjort ungefär 2000 av dem, kan du använda varje 1000 för att sätta ihop en CodeDMA 10BASE-T-nod för att visa allt. Dessutom – då var de nödvändiga ADC: erna och DAC: erna mestadels fiktion, så implementeringen skulle behöva göras med hjälp av långsammare omvandlare med mellanliggande frekvensöversättning, och den digitala behandlingen skulle behöva översätta underbanden till bredbandsbasbandsserien. format och sedan ur det på sändningssidan. Men naturligtvis var den begränsande faktorn dålig tillgång till superdatorer, kom ihåg 🙂 Ja, optisk FFT kan kanske utnyttjas för att implementera några av dessa FIR-segment. Men tillbaka på 80-talet var det ganska hemliga grejer 🙂
Lämna ett svar