Что, если в витой паре есть нечетное количество витков?

Я не электрик или студент области. Я сетевой инженер с ошибкой из любопытства, и это недавно привело меня к изучению кабелей и витой пары. Я говорю это, чтобы просить, чтобы ответы были «ошарашены», чтобы я мог понять это ^ _ ^.

Я только что окончательно понял причину, по которой 100BASE-TX и 10BASE-T используют два провода (одну пару) для TX и еще два провода (еще одну пару) для RX. Я понимаю, что по каждой паре один провод передает исходный сигнал, а другой - точное обратное.

Я также только наконец понял, почему провода скручены внутри пары. Фактически, чтобы позволить источникам электромагнитных помех (EMI), воздействующим на окружающую среду, воздействовать на обе пары проводов одинаково, а не одно непропорционально другому.

Что заставило меня понять , что этот образ, размещенный на ResearchGate.net на этом сообщении по д - р Исмет Aldmour :

Я опубликую его объяснение здесь, чтобы избежать риска гниения ссылок:

Мне пришлось однажды объяснить это моим студентам в сети, нарисовав что-то похожее на прилагаемый рисунок. На рисунке 1, для случая параллельной пары, помехи приводят к тому, что красный провод (ближе к источнику помех) вызывает более высокое напряжение срабатывания (индуцированное) на единицу длины (например, 1 мВ), в то время как меньше индуцируется (0,5 мВ) в синий провод. Общая разница в пункте назначения составляет 3 мВ. В то время как в случае витой пары (рисунок 2), общая разность составляет 0 В в пункте назначения, поскольку части (скручивания) красных и синих проводов, альтернативно, подвергаются одинаковому уровню помех, и, таким образом, общая разность в пункте назначения составляет 0 В. Я нарисовал этот рисунок для этого вопроса в надежде использовать его и в лекциях. Это особенно полезно при обучении работе в сети студентов, не являющихся электротехниками, которые не распознают термины импеданса, условия шума дифференциального режима и т. д. Между прочим, помехи в витых парах происходят главным образом из-за сигнализации на других парах, работающих вместе в одном кабеле, которых может быть много. Благодарю. @AlDmour.

С изображением и объяснением я понимаю, как шестерка, даже перекручивание, приводит к тому, что оба провода в паре одинаково подвержены влиянию окружающей среды, и чистая дельта-помеха заканчивается на +0. Мой вопрос: что произойдет, если в проводе будет нечетное количество витков?

Например, если к изображению на рисунке 2 добавить еще одну половину закрутки, дельта интерференции на красном проводе будет равна + 1 мВ, а дельта интерференции на синем проводе составит + 0,5 мВ.

Как принимающая сторона компенсирует это и / или обнаруживает EMI и определяет, какое мВ в каждой паре оно может игнорировать?

Лучше использовать четное количество поворотов, но я не знаю практических ситуаций, когда это стоит того: есть другие источники помех, которые, вероятно, более важны, чем небольшая разница.

Еще один способ взглянуть на это: количество магнитных помех пропорционально площади между двумя проводами. При идеальном четном числе поворотов площадь фактически равна нулю. С нечетным количеством поворотов это, по сути, одна область закручивания. Это все еще значительное улучшение по сравнению с любым поворотом совсем :)

Чётное или нечетное количество поворотов для любых намерений и целей является произвольным.

Что является более важным, так это количество скручиваний на дюйм (TPI). Чем выше это число, тем больше будет достигнуто подавление шума.

Почему? Проще говоря, любые источники шума (магнитные поля и т. д.) обычно будут различаться по длине кабеля. Если вы можете крутить кабель несколько раз, это означает, что каждый кабель будет испытывать больший шум в любой точке.

Для наглядности представьте на диаграмме, которую вы разместили, в более изменяющейся области, представьте, что провод наверху испытывает шум на каждом повороте: 1mv 1mv 0.5mv 2mv 3mv 1mv или какие-то другие произвольно выбранные числа. Тогда тот, кто внизу, видит: 2mv 1mv 3mv 0.1mv 1mv 2mvили что угодно. Теперь они больше не совпадают, поэтому четная / нечетная вещь перестает иметь значение. Теперь, если бы вы удвоили количество скручиваний, но не изменили уровни шума, вы бы увидели, что каждый провод теперь испытывает одинаковый шум.

Так что на самом деле вы хотели бы два поворота в любой момент, когда источники шума меняются. В действительности они постоянно меняются, и каждая среда, в которой вы используете кабель, отличается. В этот момент он практически перестает иметь значение, есть ли нечетные или четные изгибы, поскольку никогда нельзя гарантировать, что они будут испытывать абсолютно одинаковые шумы, почти одинаковые.

Четный или нечетный не имеет значения для рассматриваемой длины кабеля. Что более важно, так это количество скручиваний на единицу длины (и это также причина, по которой спецификации ограничивают количество, которое вы можете раскручивать при монтаже). Вместо этого количество скручиваний даже так, что по кабелю не происходит переключения полярности сигнала.

Сделайте следующее Gedankenexpeirment (или сделайте это с реальным кабелем): Если кабель не идет прямо, но в основном изгибается назад, так что оба разъема, которые он соединяет, находятся относительно близко друг к другу - что вы ожидаете, если вы повернете одно из гнезд / устройств на 180 градусов (или оба на 90 градусов в противоположных направлениях)? Ничего, конечно. И тем не менее, это вращение эффективно изменило количество поворотов на один!

Наиболее распространенная установка кабелей Cat-5 для сетевых коммуникаций соответствует стандартам 10Base-T.

Это означает, что 2 пары, обычно синие и зеленые, будут нести данные. Синий имеет 72 витка на метр, а зеленый - 65 витков на метр.

На небольших расстояниях все это не имеет значения. Вы можете обернуть ленты вокруг флуоресцентных ламп, соединяющих ваши сетевые карты, если вы находитесь на расстоянии менее 10 метров. (Источник: личный тест, чтобы посмотреть, смогу ли я это сделать. Он был медленнее, чем 10 Мбит, потому что TCP должен был исправить ошибку, но биты проходили и в конечном итоге передавали файлы. Кроме того, он не был плотно обмотан вокруг флуоресцентной трубки, вероятно, обернут около 4 раз за метр.)

Наихудший сценарий для кодированной проводки Cat-5 Ethernet 10Base-T состоит в том, чтобы иметь 3 100-метровых сегмента, используя усилители между каждым сегментом. (Код говорит, что самая длинная длина Cat-5 для 10Base-T составляет 100 м, и не более 2 усилителей между сегментами 100 м, прежде чем вам понадобится ретранслятор.) Удачи в поиске усилителя вместо ретранслятора, хотя: каждый коммутатор и большинство Производимые сегодня тупые хабы повторятся.

В этом наихудшем сценарии вы можете построить офисное здание без потери данных, включая шум от компьютеров, люминесцентных ламп, системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, случайных алюминиевых пластин, случайных железных балок, электрической системы, заземленных объектов, таких как медные трубы для спринклера. система, сантехника и т. д. Естественно, если вы находитесь в более шумном месте, чем офисное здание, например, на производственном этаже, где используется высоковольтное оборудование, вам понадобится экранированная витая пара.

Это 300 метров без потери данных, по крайней мере, 65tpm x 300m = 19500 twistsна вашей зеленой паре. В этом наихудшем сценарии нет большой разницы между поворотами 19500 и 19499, когда поворот на метр действительно начинает иметь значение.

Таким образом, в худшем случае лучше тщательно спланировать маршрут прокладки кабеля, чтобы избежать высокого напряжения, линий электропередачи, шумовых электромагнитных излучателей (источников света) и заземленных проводников, чем беспокоиться о том, есть ли у вас четное или нечетное количество витков.

И немного пустяков: у вас всегда есть нечетное количество поворотов. Каждый разъем RJ-45 собран поочередно между наконечником и кольцом, и наконечник всегда является самым левым выводом, независимо от того, используете ли вы стандарт A или B, поэтому как для сквозных, так и для перекрестных кабелей всегда есть нечетное число завихрения. Перевернуть кабель также не изменит количество поворотов, которые есть в каждой паре. Даже если у вас плоская лента, на пару приходится один поворот 180.

$L$$d$$Ld$$2N+1$$2N$$\frac{1}{2N+1}$

$N$ это очень важно. Приемники «устойчивы» к небольшому количеству шума, поскольку реальный интересующий сигнал довольно велик. Кроме того, вы можете добавить различные схемы для повышения устойчивости к шуму. Например, вы можете добавить «триггер Шмитта»: он определяет, когда вход достигает определенного уровня триггера (скажем, 1 В) для нарастающего фронта, а затем изменяет уровень, на котором он будет снова срабатывать (скажем, 0,8 В) при падении край. Небольшого (100 мВ) «покачивания» в верхней части входного сигнала будет недостаточно, чтобы вызвать дополнительный триггер: вы сработаете один раз на переднем фронте, а один раз на заднем.

Есть много других сложных приемов для «восстановления часов», которые могут помочь очистить сигнал. Скручивание проводов - это только один (очень важный, потому что дешевый и эффективный) шаг.

10Base-T и 100-Base-TX - это цифровые протоколы, которые работают при + -2,5 В и + -1 В / 0 В соответственно. Кроме того, существует допуск порядка + -5-10% для уровней сигнала.

Предполагая, что этот кабель проложен в нормальных условиях, шум, накопленный за один виток, крошечный, потому что: 1) скручивания малы, и 2) провода расположены близко друг к другу.

Взятые вместе, смещение напряжения от одного неуравновешенного, нечетного поворота незначительно.

Другие хорошо ответили на вопрос. За исключением: «Как принимающая сторона компенсирует это и / или обнаруживает EMI и определяет, какое мВ в каждой паре оно может игнорировать?»

Приемник смотрит на разницу в напряжении между двумя проводами в паре. В очень хорошем приближении он игнорирует сигнал, общий для обоих проводов. Пока разница, обусловленная исходным сигналом, больше, чем разница в индуцированном шуме, она восстанавливает исходные данные. Эта магия известна как синфазное отклонение, и это причина того, что обычная телефонная служба и действительно длинные микрофонные кабели работают, несмотря на то, что наведенный гц 60 Гц в тысячи раз превышает сигнал.