Was ist der Zweck eines Ethernet-Magnettransformators und wie werden sie verwendet?
On Februar 13, 2021 by adminMir wurde gesagt, dass Ethernet-Magnettransformatoren für Base-t-Ethernet verwendet werden, wenn die Übertragung über ein langes Kabel gesendet wird. Was ist der Zweck des Transformators? (dient es zur Signalfilterung oder -verstärkung?)
Zusätzlich habe ich eine Schaltung, die für eine 8-Draht-Ethernet-Konfiguration (1000base-t) verwendet wurde. Würde dieselbe Schaltung für eine 4-Draht-Konfiguration (100base-t) funktionieren, wenn ich nur die Pins 1, 2, 3 & 6 anschließen würde? Wenn ja, würde die Leistung der 8-Draht-Konfiguration entsprechen?
Es tut mir leid, wenn ich in meiner Frage nicht kohärent bin, da ich mit Ethernet-Hardware nicht allzu vertraut bin. Vielen Dank, dass Sie meine Frage überprüft haben .
PS Ich bin mir nicht sicher, wie Daten über Ethernet übertragen werden. Sind es alle Differentialpaare (DA: Pins 1 & 2, DB: Pins 3 & 6, DC: Stifte 4 & 5, DD: Stifte 8 & 7) sind Busse, in denen Daten in beide Richtungen übertragen werden können (im Gegensatz zum UART, in dem RX mit TX verbunden werden muss) – und wenn ich nur 2 Paare verwende, würde ich nur DA und DB verbinden? Gibt es auch ein Problem beim Verbinden einer 4 Gerät mit einem Netzwerk verbinden, das 8 Kabel verwendet?
Kommentare
- Hat Ihnen eine Antwort geholfen? Wenn ja, sollten Sie die Antwort akzeptieren, damit die Die Frage ‚ taucht nicht für immer auf und sucht nach einer Antwort. Alternativ können Sie posten und akzeptieren t Ihre eigene Antwort.
Antwort
Ich habe Es wurde mitgeteilt, dass Ethernet-Magnettransformatoren für Base-t-Ethernet verwendet werden, wenn die Übertragung über ein langes Kabel gesendet wird.
Sie werden immer verwendet, nicht nur, wenn sie „über ein langes Kabel gesendet“ werden
Was ist der Zweck des Transformators?
Der Hauptzweck ist die Isolation. Typischerweise werden sie auch als Teil der Signalkonditionierung verwendet, indem ein Paar Single-Ended-Laufwerke beim Senden in ein Differenzsignal umgewandelt und beim Empfangen die richtige Gleichtaktspannung für den Empfänger hergestellt wird. Aus diesem Grund ist die Geräteseite der Transformatoren normalerweise mittig abgegriffen.
Isolation ist eine sehr gute Idee für Kommunikationssysteme, die viel Hardware über einen weiten Bereich miteinander verbinden. Sie möchten nicht, dass sich Fehlerströme / -spannungen aufgrund von Fehlern in der Netzverkabelung oder den Geräten über Ihre Kommunikationsverkabelung ausbreiten.
Grundsätzlich gibt es zwei Optionen für die Isolation: Opto und Transformator. Die Isolation des Transformators hat mehrere Möglichkeiten Hauptvorteile: Erstens wird die Signalleistung durch den Transformator geleitet, was bedeutet, dass Sie keine Stromversorgung für die „isolierte“ Seite der Barriere benötigen. Zweitens können Transformatoren sehr gut Differenzsignale erzeugen und empfangen, während sie eine hohe Gleichtaktunterdrückung bieten. Dies macht sie zu einer guten Kombination mit Twisted-Pair-Verdrahtung. Drittens ist es einfacher, Transformatoren für hohe Frequenzen (auch als Hochgeschwindigkeit bezeichnet) als Optokoppler zu entwickeln.
Die Transformatorkopplung hat einige Nachteile, Transformatoren funktionieren nicht bei Gleichstrom und kleine Transformatoren, die bei hohen Frequenzen gut funktionieren, nicht. Bei niedrigen Frequenzen funktioniert es nicht gut, aber dies wird leicht durch Zeilencodierungsschemata behoben, die niedrige Frequenzen vermeiden.
P.S. Ich bin mir nicht sicher, wie Daten über Ethernet übertragen werden. Sind alle Differentialpaare (DA: Pins 1 & 2, DB: Pins 3 & 6, DC: Pins 4 & 5, DD: Pins 8 & 7) sind Busse, in denen Daten in beide Richtungen übertragen werden können (im Gegensatz zum UART, bei dem RX mit TX verbunden werden muss )? und falls ich nur 2 Paare verwende, würde ich nur DA und DB verbinden?
Dies hängt von der Ethernet-Version ab. 10BASE-T und 100BASE-TX verwendeten ein Paar in jede Richtung. Bei älterer Hardware musste manuell sichergestellt werden, dass der Sender an den Empfänger angeschlossen war (ggf. mit Crossover-Kabeln). Neuere Hardware verfügt jedoch normalerweise über AUTO-MDIX, das dies automatisch ermittelt.
1000BASE-T verwendet alle vier Paare in beide Richtungen gleichzeitig unter Verwendung von Echokompensationstechniken, um empfangene Daten von gesendeten Daten zu trennen.
Ich denke, 10GBASE-T verwendet auch die Echokompensationstechnik, aber ich bin nicht positiv darauf eingestellt.
Gibt es auch ein Problem? mit Anschluss eines 4-Draht-Geräts an ein Netzwerk, das 8-Draht verwendet?
Die meisten Geräte unterstützen Modi mit niedrigerer Geschwindigkeit, jedoch nicht alle Konverter unterstützen normalerweise nur eine einzige Geschwindigkeit auf der Twisted-Pair-Seite. Geräte, die 10GBASE-T unterstützen, unterstützen normalerweise auch 1000BASE-T, aber nur manchmal 100BASE-TX und afaict unterstützt niemals 10BASE-T.
Kommentare
- xGBASE-T verwendet (sehr) dieselbe Echokompensation durch Hybride wie 1000BASE-T.
Antwort
Der Ethernet-Magnettransformator wird vom Ethernet-Standard benötigt. Die Frage „ Warum werden Ethernet / RJ45-Sockel magnetisch gekoppelt? “ wird auf der Elektrotechnik SE .
Die UTP-Verkabelungsspezifikationen erfordern ein vierfaches Kabel. 10BASE-T und 100BASE-TX verwenden zwei der Paare, ein Sende- und ein Empfangspaar, während 1000BASE-T alle vier Paare benötigt, die gleichzeitig senden und empfangen. Wenn Sie versuchen, 1000BASE-T nur für zwei Paare auszuführen, wird 100BASE-TX ausgehandelt.
Kommentare
- Als Sie “ während 1000BASE-T alle vier Paare benötigt, die gleichzeitig senden und empfangen „, meinten Sie, dass jedes der vier Paare handeln kann? als TX oder RX zu einem Zeitpunkt, im Gegensatz zu 10 / 100base-t, wo tx und rx bestimmten Paaren zugeordnet sind? Für meinen Fall habe ich nur 4 Drähte (2 Paare) von meinem 100base-t-Gerät. Ist es wichtig, dass ich sie mit den Pins 1, 2, 3 & 6 verbinde, oder kann ich sie mit anderen Paaren verbinden? Würde meine Transformatorschaltung für 1000base-tx für 100base-tx funktionieren? Ich habe viele online verfügbare Schaltkreise gefunden und war von ihnen verwirrt.
- Ich meine, 1000BASE-T verwendet alle vier Paare, um gleichzeitig zu senden und zu empfangen. Sowohl 10BASE-T als auch 100BASE-TX verwenden die Pins 1, 2, 3 und 6 und müssen mit einem Twisted Pair an 1-2 und einem weiteren Twisted Pair an 3-6 verdrahtet werden. Das Teilen eines Twisted Pair funktioniert nicht richtig. Wenn Sie ‚ das oben Gesagte nicht wussten, bezweifle ich ernsthaft, dass Sie Ihre eigenen Ethernet-Schnittstellen erstellen können, sodass Sie sich ‚ keine Sorgen machen sollten Transformer. Wenn Sie Ihre eigenen Ethernet-Schnittstellen erstellen möchten, sollten Sie Ihre Fragen zu Elektrotechnik stellen.
Antwort
Der Transformator dient hauptsächlich zum Entkoppeln von Gleichstrom-Gleichtaktsignalen, wie in anderen Antworten erläutert, und bietet auch die in praktischen Datennetzen erforderliche elektrische Isolation ( im Gegensatz zum Ausführen des gesamten Netzwerks auf Ihrer Bank, die beispielsweise alle über denselben Verlängerungsstreifen mit Strom versorgt werden). Der Transformatorhersteller gibt an, welcher IEEE 802.3-Substandard er erfüllt. Normalerweise können Transformatoren für 1GBASE-T bis zu einer Geschwindigkeit von 10 MBASE-T arbeiten, und es scheint, dass 10GBASE-T-Transformatoren eine ähnliche Leistung beibehalten, aber es kann nicht direkt garantiert werden, dass ein 10GBASE-T-Transformator beispielsweise mit einem 100BASE funktioniert -T PHY-Chip, da sich einige Schlüsselparameter geändert haben.
Aber es ist sicherlich zumindest theoretisch möglich, z. B. eine digitale 10M / 100M / 1G / 10G BASE-T-Signalverarbeitungskette in einem FPGA (oder Eine moderne GPU (oder ein ASIC) kann an ein A / DD / A-Front-End mit 800 MS / S und 10GBASE-T-Magneten angeschlossen werden und verfügt über eine Lösung mit Geschwindigkeiten von 10 M bis 10 G – über 3 Größenordnungen In Wirklichkeit entwirft jedoch niemand solche “ Breitband “ digitalen Verarbeitungsketten, da dies kein Aufwand wäre, da 10G-Ports so teuer sind, dass Etwas langsamer in sie zu stecken ist eine totale Geldverschwendung. Typischerweise ist 10G PHY nur eine Gigabit-Geschwindigkeit, oft nicht einmal 1G, sondern höher: 2,5G, 5G und 10G. Einige sind nur 10G!
Twisted-Pair-Ethernet mit einer Geschwindigkeit von 1 GBit und darüber hinaus funktioniert wie analoge Telefonsysteme: Ein einziges Paar wird verwendet, um Daten gleichzeitig in beide Richtungen zu übertragen. Analoge Telefonsysteme haben eine einzige differentielle “ Schleife “ -Verbindung: Es ist nicht so, dass eine Leitung sendet und eine andere empfängt. Es ist eine einzelne geschlossener Stromkreis, der gleichzeitig in zwei Richtungen arbeitet. Es funktioniert nach dem Prinzip, dass der Sender über alle Informationen verfügt, die erforderlich sind, um sein eigenes Signal von dem zu unterdrücken, was er von der Schleife empfängt.
Jedes Ende der Verbindung ist sowohl ein Sender als auch ein Empfänger. Das übertragene Signal wird dem bereits auf der Schaltung vorhandenen Signal überlagert. Der Empfänger misst dann dieses summierte Signal und subtrahiert sein eigenes übertragenes Signal von ihm. Was übrig bleibt, ist das, was die anderen Sender auf der Verbindung gesendet haben. Da solche Verbindungen normalerweise Punkt-zu-Punkt sind, bleibt das andere gesendete Signal von der Ferne übrig, sobald Sie Ihre eigene Übertragung vom empfangenen Signal subtrahieren Ende der Leitung.
Die Subtraktion des gesendeten Signals vom insgesamt empfangenen Signal muss erfolgen, unabhängig davon, ob es sich um Gigabit-Ethernet- oder Zweidraht-Telefonleitungen handelt. Auf Telefonleitungen sind die Signale langsam genug, dass ein passives Gerät, das als Hybrid bezeichnet wird – im Wesentlichen ein Transformator mit Abschluss – eine angemessene Leistung erbringen kann.Solche Hybride sind in analogen Telefonen und anderen einfachen Telefongeräten vorhanden. Der transformatorbasierte Ansatz funktioniert nicht sehr gut, wenn z. B. geostationäre Verzögerungen vorliegen, und ist für Hochgeschwindigkeitsmodems nicht ausreichend. Daher müssen selbst Modems, die auf Telefonleitungen arbeiten, eine “ hybrid “ im digitalen Bereich. Sie verwenden immer noch einen Transformator zur Isolierung und können ihn auf hybride Weise anschließen, aber die Leistung dieses Transformators ist an sich unzureichend.
Sobald es insgesamt billiger wurde, digitale Signale mit Chips zu verarbeiten, die Mikrogramm wiegen, anstatt Eisen- und Kupferbrocken herzustellen und zu versenden, die als Hybridtransformatoren bezeichnet werden (die einzeln mehr wiegen als alle Halbleiterchips in Ihrem PC). kombiniert) wurde die Funktion eines Hybrids in Sprachtelefonnetzwerken durch digitale Signalverarbeitung implementiert. Beispiel: Ein Low-ARM M0-Mikrocontroller verfügt über genügend Rechenkapazität, um einen adaptiven Telefonhybrid in Software mit ausgezeichneter Leistung und dessen Herstellung zu implementieren verbraucht viel weniger Ressourcen als die Herstellung eines Telefon-Hybridtransformators. Die Leichtigkeit moderner Technologie hat Vorteile, die weit über die reine Bequemlichkeit hinausgehen 🙂 Ein leichterer, einfacherer Transformator ist immer noch vorhanden, um die Telefonleitung mit ihren Spannungstransienten vom relativ empfindlichen Rest der Schaltung zu isolieren.
As Die Datenraten steigen ebenso wie die Rechenkapazität, die erforderlich ist, um diese Trennung von gesendeten und empfangenen Daten durchzuführen und sich an die Mängel der Kabelanlage anzupassen (z. B. verursacht jeder Stecker / jede Buchse oder jeder Knick Echos!). Wenn Sie sich also einen 10GBASE-T PHY-Chip ansehen, hat er ungefähr so viele Transistoren wie der Pentium III (Katmai): ~ 10 Millionen. Natürlich wird nur ein Teil dieses Transistorbudgets für die Unterdrückung und Entzerrung von Nah- und Fernecho verwendet, aber es ist immer noch kein unbedeutender Teil. Aus Blockdiagrammen von z. B. Broadcom ergibt sich ein gutes 1/10-1/3 des Chips befasst sich mit genau dem (ich beschäftige mich nicht mit einem solchen Chipdesign und habe keine Faustregeln zur Hand, um eine engere Schätzung zu liefern). Die digitalen Filter, die für die Echokompensation und den Pfadausgleich verwendet werden, haben Längen in der Größenordnung von 100-1000T (Abgriffe). Dies bedeutet, dass der PHY einige tausend 10-12-Bit-Multiplikationen und Additionen pro Abtastperiode durchführen muss, um die gesendeten Signale von den empfangenen Signalen zu trennen und die Unvollkommenheiten des Kabelsystems auszugleichen Für die Ausführung von 10GBASE-T sind 800 MSamples / s erforderlich. Wir sprechen also in der Größenordnung von 1TMACs / s (dh einem Tera MACs / s oder einer Million Millionen Multiplikationen und Additionen pro Sekunde).
Sie können dies mit einer modernen GPU emulieren. Für die Perspektive: Eine frühe Intel HD Graphics-Plattform aus dem Jahr 2010 könnte möglicherweise 0,03 TMAC / s leisten. Die 2013 eingeführte Intel Iris Graphics könnte etwa 1 TMAC / s mit halber Genauigkeit verarbeiten – und hätte fast die Kapazität, die für die Durchführung des Ausgleichs und der Echokompensation erforderlich ist für einen einzelnen 10GBASE-T-Transceiver. Und dies dient nur dazu, “ saubere “ digitalisierte Signale zu erhalten, die Sie müssen noch demodulieren, entschlüsseln, dekodieren und fehlerkorrigieren (und beim Senden das Gegenteil tun). Das ist leicht ein weiteres Äquivalent von ein paar hundert GFLOPs / s, stelle ich mir vor, obwohl einiges davon kein Gleitkomma ist, aber Parallele Bitoperationen und schnelle Speichersuche.
Nebenbei: Sie können mehr als zwei Sender entlang der Leitung verteilen, solange ihre Signale vorhanden sind könnte sonst getrennt werden. Satellitenpositionierungssysteme kümmern sich darum: Alle GPS-Satelliten senden mit derselben Frequenz, aber ihre Signale sind jeweils unterschiedlich codiert. Wenn Sie also einen Code verwenden, der die Daten eines Satelliten decodiert, werden alle Signale der anderen Satelliten in Rauschen umgewandelt das kann von nützlichen Daten getrennt werden. Dies wird als Code-Division-Multiplexing bezeichnet. Dies war jedoch wirklich eine Nebensache, da GPS nur in eine Richtung funktioniert: Die Sender sind die Satelliten und die “ GPS-Geräte “ wie die Telefone sind nur Empfänger. Der Versuch, mit GPS-Frequenzen zu senden, bringt Sie in legales heißes Wasser, und das heutzutage ziemlich schnell (egal, dass es völlig sinnlos ist: Die Satelliten hören Ihnen nicht zu!).
Aber Sie könnten im Prinzip Code-Division-Multiplexing verwenden, um z Legen Sie mehrere 10 GBit / s äquivalente PHYs auf einem einzelnen “ Ether “ ab – z. Verwenden Sie Baluns, um diese PHYs mit einem guten alten 75-Ohm-Koaxialkabel zu verbinden. Nehmen wir dann an, jeder der PHYs wäre auf das Senden mit 10 MBit / s beschränkt. Sie könnten Dutzende von ihnen haben, die alle gleichzeitig senden, wobei unterschiedliche Codeparameter verwendet werden, und jeder von ihnen könnte sofort alle anderen hören und produzieren Die 10 MBit / s haben Streams von jedem anderen empfangen. Mit den Ressourcen eines benutzerdefinierten 10GBASE-T-PHY können viele dieser Übertragungen gleichzeitig dekodiert werden.Mit moderner Technologie könnte also ein “ gutes altes “ 75-Ohm-Koax-10-MBit-Ethernet von TDMA auf CodeDMA (nicht CDMA! !) und ermöglichen kollisionsfreie Netzwerksegmente mit der Anzahl der Knoten, die normalerweise auf diesen Segmenten vorhanden sind (von einigen bis zu einigen Dutzend). Es wäre nicht möglich, mit nur einem Koax eine volle Bandbreite von 10 GBit / s zu erhalten, aber ich stelle mir vor, dass 1-3 GBit / s möglich wären … mit jeder Netzwerkkarte, die Rechenressourcen von tausend Cray-1-Maschinen verwendet. Jetzt wissen Sie alle, warum sie in den 80er Jahren kein Multiplex-Ethernet mit Codeteilung hatten – es ist ziemlich elementar: Cray-1 hatte eine Produktionsauflage von etwa 100 Einheiten. Wenn sie ungefähr 2000 davon gemacht hätten, könnten Sie jede 1000 verwenden, um einen CodeDMA 10BASE-T-Knoten zusammenzustellen, um alles zu demonstrieren. Außerdem waren damals die erforderlichen ADCs und DACs größtenteils fiktiv, sodass die Implementierung mit langsameren Wandlern mit Zwischenfrequenzübersetzung erfolgen musste und die digitale Verarbeitung die Teilbänder erneut in die Breitband-Basisband-Zeitreihen übersetzen musste Format und dann auf der Sendeseite aus. Aber der begrenzende Faktor war natürlich die schlechte Verfügbarkeit von Supercomputern, wohlgemerkt 🙂 Ja, optische FFT könnte möglicherweise genutzt werden, um einige dieser FIR-Segmente zu implementieren. Aber in den 80ern war das ziemlich geheimes Zeug 🙂
Schreibe einen Kommentar