Эффекты согласования импеданса между коаксиальными кабелями 50 и 75 Ом для 10 Мбит / с, манчестерские сигналы (20 МГц)

TL, DR:

Это довольно много текста, потому что я включил много справочной информации. Однако, наконец, возникнет хороший и точный вопрос: должен ли я использовать сеть согласования импедансов при подключении кабелей с различным импедансом, например, 50 Ом и 75 Ом? Возможные ответы, скорее всего, начнутся с «Это зависит ...», и именно поэтому я сначала предоставляю тонну справочной информации.

вступление

Я хотел избавиться от кабеля Ethernet, проложенного вдоль лестницы моего дома. Существующий запасной коаксиальный кабель, который я первоначально установил для спутникового телевидения, казался многообещающим в качестве альтернативы, чисто спрятанным в стенах. Как раз когда я собирался купить подходящие маленькие коробочки для коаксиального кабеля типа «сеть через антенну» (75 Ом, способный к чему-то около 270 Мбит / с), я вспомнил10base2 - старая добрая коаксиальная Ethernet-система BNC / RG58 и решила, что ее 10 Мбит / с более чем достаточно для моих нужд. Рынок подержанных хабов с разъемом BNC или даже модными «Ethernet-конвертерами» (коаксиальная к витой паре) все еще очень хорош. Единственное, в чем я не был уверен, это проблема импеданса. 10base2 использует установку 50 Ом с кабелем RG58, и практически любой коаксиальный кабель для домашних антенных систем (например, мой запасной кабель для спутникового телевидения) имеет импеданс 75 Ом.

Теперь я рад сообщить, что 10base2 достаточно надежен, чтобы справляться со злоупотреблениями при прохождении через 10 ... 20 м неподходящего коаксиального кабеля 75 Ом. Там я это исправил! Ура!

Однако, ...

Мне все еще было любопытно, был ли взлом, который я совершил, был действительно плохим (например, едва ли достаточно хорошим) или, может быть, даже вполне приемлемым. Я посмотрел на сигнал с помощью осциллографа. Установка выглядит так:

Без какого-либо согласования между сегментами коаксиального кабеля 50 Ом и 75 Ом, результат показывает очень очевидное количество отраженного шума. Несмотря на этот недостаток, «глаз» по-прежнему широко открыт, и декодеры могут успешно выполнять свою работу, что приводит к потере пакетов, равной нулю. Мы смотрим на комбинацию сигналов, передаваемых и получаемых концентратором Ethernet рядом с осциллографом. Судя по «чистой» части, передаваемый сигнал имеет ок. 1,9 В _пкпк , а принятый сигнал имеет 1,6 В _пкпк . Если можно с уверенностью предположить, что оба драйвера имеют выход одинаковой амплитуды, мы можем даже рассчитать потери, вносимые кабелем: 20 × log (1,6 / 1,9) дБ = 1,5 дБ. Достаточно хорошо, потому что расчет для 15 м типичного коаксиального кабеля с 6,6 дБ / 100 м дает 1 дБ.

Шум значительно уменьшается, когда соответствующая сеть вставляется в ближний или дальний конец 75-омной части коаксиального кабеля. Это выглядит так (Авторы этого источника ) ...

С соответствующей сетью на ближнем конце ... ... все еще видны некоторые отражения, отражающиеся от непревзойденного дальнего конца.

С сетью согласования на дальнем конце также должны быть отражения вдоль сравнительно короткого 50-омного кабеля между концентратором и разрывом, помеченным как «ближний», но, как я узнал от друга, прицел не может «видеть» их, потому что они поглощены водителем. Кроме того, часть сигнала от «дальнего» драйвера отражается и проходит обратно по кабелю 75 Ом, и попадает в соответствующую сеть на дальнем конце:

По сравнению с непревзойденной настройкой амплитуда сигнала от дальнего конца примерно вдвое (-6 дБ), и это хорошо согласуется с теорией, которая предсказывает потерю 5,6 дБ в сети и полное сопротивление, которое она «смотрит» в.

Все вышеперечисленное работает, то есть нет соответствующей сети или одной соответствующей сети на ближнем или дальнем конце. «Работа» означает, что я могу работать ping -fнад сегментом часами без одного потерянного пакета.

Теперь, почему бы не использовать две совпадающие сети на «ближнем» и «дальнем»? Ну, 10base2 рассчитан на максимальную длину RG58 185 м, с потерями 6,6 дБ / 100 м или 12,2 дБ / 185 м. Поэтому две из моих согласующих резистивных сетей уже сожрали бы почти весь сигнал и приблизили меня к максимально допустимому пределу, что, в том числе и кабель, приводит к слишком большим потерям. Я все еще сомневаюсь, что решение на основе трансформаторов с низкими потерями будет работать, потому что я думаю, что 10base2 ("cheapnet") нужен путь постоянного тока: "УРОВЕНЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА: компонент постоянного тока сигнала должен быть между 37 мА и 45 мА Допуск здесь жесткий, так как столкновения обнаруживаются путем контроля среднего уровня постоянного тока на коаксиальном кабеле ». ( Источник: стр.4 ; также подтверждается данным листом) Тогда снова; резистивная согласующая сеть также создаст проблемы для постоянного тока ...

В конце концов,

... опять короткий вопрос: следует ли использовать сеть согласования импедансов при подключении кабелей с различным импедансом, например, 50 Ом и 75 Ом?

Любые ответы между «Я предпочитаю непревзойденную / согласованную настройку, потому что мне больше нравится эта / та осциллограмма», и ответы с большим количеством исходной информации о радиочастотах или низкоуровневом оборудовании 10base2 очень ценятся.

редактировать

Если у вас есть доступ к внутреннему интерфейсу коаксиального приемопередатчика (CTI), вы можете изменить схему между микросхемой ( 8392 , по-видимому, это тип, созданный большим количеством производителей, а также тип, который используется почти исключительно для практически любого интерфейс, сделанный кем-либо для адаптеров 10base2) и разъем BNC. Возможен компромисс для кабелей с 75 и 93 Ом за счет допустимой длины шины. National Semiconductor сделала примечание по применению на эту тему под названием AN-620 (pdf, сентябрь 1992 г.).

Но даже после нахождения этого примечания к приложению было бы замечательно найти некоторую справочную информацию о том, что находится внутри 8392, то есть то, что нужно было бы использовать для создания интерфейса с использованием дискретных частей и, возможно, некоторой клейкой логики и операционных усилителей.

Коэффициент рефлекса из-за несоответствия импеданса составляет: -

$\dfrac{R-Z_o}{R+Zo}$

Где Zo - сопротивление кабеля, а R - сопротивление источника или нагрузки.

И для вашей установки 50/75 Ом будет -0,2. Таким образом, сигнал, который вы положили на кабель (скажем) 3Vp-p, даст отражение 0,6Vp-p. Это слишком много? Это не здорово, но, конечно, не ужасно.

Опыт ¹ показал, что сеть с согласованным сопротивлением является хорошим вариантом для 10 Ethernet 2 базы 2 только на первый взгляд. Это помогает улучшить ситуацию, когда речь идет о качестве радиочастотного сигнала, но я упустил из виду проблемы, вызванные тем, как 10 base 2 обрабатывает обнаружение столкновений, которые являются низкочастотными эффектами и могут быть поняты из простых соображений постоянного тока.

Соединение будет работать лучше без какой-либо резистивной согласующей импедансной сети между 50-омными клеммами и 75-омным кабельным сегментом.

Отражения сигналов и выбросы, вызванные несоответствием, не будут сильно беспокоить приемопередатчики, но обнаружение столкновений учитывает средний (фильтрованный) ток в кабеле, а в резистивной согласующей сети уровень тока иногда выходит за указанные пределы. Все сводится к рассмотрению постоянных токов, создаваемых падением напряжения передатчиков через 50-омные выводы кабеля (I = U / R). Добавление резистивной сети создаст параллельный путь к оконечным устройствам и увеличит постоянный ток. Это может иногда мешать обнаружению столкновений. По моему опыту, это будет происходить в основном в жаркие летние дни с высоким уровнем влажности, возможно, из-за повышенной утечки постоянного тока вдоль диэлектрика в коаксиальном кабеле.

TL, DR: 10 база 2 легко справится со злоупотреблениями при отправке через коаксиальный кабель 75 Ом. Перегибы, отражения и любые другие побочные эффекты радиочастотной части сигнала не являются проблемой. Однако при обнаружении столкновений рассматриваются токи низкой частоты, и для этого необходимы ровно два согласующих резистора 50 Ом на каждом конце коаксиального кабеля. Добавление резисторов изменит сопротивление постоянному току (50 Ом) / 2 = 25 Ом и приведет к ненадежной работе цепей обнаружения столкновений.

Ознакомившись с интернет- ^ТМ и пообщавшись с некоторыми довольно опытными специалистами по ЛВС старой школы, вы убедились, что это очень распространенное заблуждение. Поэтому, пожалуйста, извините шрифт жирный шрифт выше. Это неправильное представление даже в Википедии , как показывает этот связанный вопрос .

Сноска:

¹ Глядя на дату первоначального вопроса, я заметил, что система с резистивной согласующей сетью и без нее используется уже более двух лет. Летом 2015 года у меня были проблемы в жаркие дни. Затем я удалил сеть согласования сопротивлений, и с тех пор у меня не было никаких проблем.