Warum sind Ethernet / RJ45-Buchsen magnetisch gekoppelt?
100
Wie der Titel schon sagt, warum müssen Ethernet-Buchsen magnetgekoppelt werden? Ich habe ein grundlegendes Verständnis von Elektronik, aber meistens kann ich nicht die richtigen Suchbegriffe finden, um dies richtig zu googeln.
Lassen Sie mich raten: Dies hängt mit dem jüngsten Raspberry Pi Manufacturing-Problem zusammen, bei dem nicht magnetisch gekoppelte RJ45-Buchsen durch Mag-Buchsen ersetzt wurden. Eine gute Frage und die Antworten in den Kommentaren zu diesem Blog sind allgegenwärtig.
Kevin Vermeer
Es hat mich eher daran erinnert, dass ich keine Ahnung hatte, wofür es gedacht war, als dass ich die Frage tatsächlich gestartet habe. Es kam auch in unserem Büro auf, als ich versuchte, zwei Ethernet-Kabel miteinander zu verbinden, aber in dem Sinne, dass mit Magneten gekoppelte Buchsen dies nicht bedeuten würden funktioniert nicht. Vielen Dank für den Hinweis.
Slugonamission
7
Richtig, so vor allem Lärm zu reduzieren und so etwas wie stoppen dies das Ziel Bord zu töten, Gotcha.
Slugonamission
Antworten:
143
Die richtige Antwort ist, weil die Ethernet-Spezifikation dies erfordert .
Obwohl Sie nicht gefragt haben, fragen sich andere vielleicht, warum diese Verbindungsmethode für diese Art von Ethernet gewählt wurde. Beachten Sie, dass dies nur für die Punkt-zu-Punkt-Ethernet-Varianten wie 10base-T und 100base-T gilt, nicht für das ursprüngliche Ethernet oder ThinLan-Ethernet.
Das Problem ist, dass Ethernet längere Betriebszeiten unterstützen kann, sodass Geräte an verschiedenen Enden von entfernten Zweigen des Stromverteilungsnetzes innerhalb eines Gebäudes oder sogar von verschiedenen Gebäuden mit Strom versorgt werden können. Dies bedeutet, dass zwischen den Ethernet-Knoten ein erheblicher Masseversatz bestehen kann . Dies ist ein Problem bei bodenbezogenen Kommunikationsschemata wie RS-232.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, mit Erdungsversatz in Kommunikationsleitungen umzugehen, wobei die beiden häufigsten Opto-Isolation und Transformator-Kopplung sind. Die Transformatorkopplung war die richtige Wahl für Ethernet angesichts der Kompromisse zwischen den Methoden und dem, was Ethernet erreichen wollte. Selbst die früheste Version von Ethernet, die eine Trafokopplung verwendet, arbeitet mit 10 Mbit / s. Dies bedeutet, dass der Gesamtkanal mindestens 10-MHz-Digitalsignale unterstützen muss, obwohl er in der Praxis mit dem verwendeten Codierungsschema tatsächlich das Doppelte benötigt. Sogar eine 10-MHz-Rechteckwelle hat Pegel, die nur 50 ns dauern. Das geht für Optokoppler sehr schnell. Es gibt Lichttransmissionsmittel, die viel schneller gehen, aber sie sind an jedem Ende nicht billig oder einfach wie die Ethernet-Impulstransformatoren.
Ein Nachteil der Trafokopplung besteht darin, dass Gleichstrom verloren geht. Das ist eigentlich gar nicht so schwer. Sie stellen sicher, dass alle Informationen durch Modulation schnell genug durch die Transformatoren transportiert werden. Wenn Sie sich die Ethernet-Signalisierung ansehen, werden Sie sehen, wie dies berücksichtigt wurde.
Transformatoren haben auch schöne Vorteile, wie eine sehr gute Gleichtaktunterdrückung. Ein Transformator "sieht" nur die Spannung über seinen Wicklungen, nicht die gemeinsame Spannung, auf die beide Enden der Wicklung gleichzeitig getrieben werden. Sie erhalten ein differenzielles Front-End ohne absichtliche Schaltung, nur grundlegende Physik.
Sobald die Entscheidung für die Kopplung des Transformators gefallen war, war es einfach, eine hohe Isolationsspannung zu spezifizieren, ohne eine große Belastung zu verursachen. Die Herstellung eines Transformators, der die Primär- und Sekundärspannung um einige 100 V isoliert, geschieht so ziemlich alles, wenn Sie nicht versuchen, dies zu tun. Es ist nicht viel schwieriger oder teurer, es auf 1000 V zu bringen. In Anbetracht dessen kann Ethernet verwendet werden, um zwischen zwei Knoten zu kommunizieren, die aktiv auf signifikant unterschiedliche Spannungen angesteuert werden, und nicht nur, um einige Volt Masseversatz zu bewältigen. Zum Beispiel ist es vollkommen in Ordnung und im Rahmen des Standards, einen Knoten auf einer Stromleitungsphase zu betreiben, während sich der andere auf den Neutralleiter bezieht.
Danke, das ist sehr hilfreich, und ja, meine Frage war eher "warum ist das in der Spezifikation" als die einfache Antwort.
Slugonamission
1
@user: Was genau meinst du mit galvanischer Trennung? Bei all diesen Methoden geht es um das Isolieren der Spannung, was "galvanisch" bedeutet. Es gibt andere Möglichkeiten, zwei Stromkreise spannungsisoliert zu schalten, aber die bei weitem am häufigsten auftretenden sind die Opto- und Transformator-Methoden. Glauben Sie, dass es eine Methode gibt, die üblicher ist als beide?
Olin Lathrop
5
"Beachten Sie, dass dies nur für Punkt-zu-Punkt-Ethernet-Varianten wie 10base-T und 100base-T gilt, nicht für das ursprüngliche Ethernet oder ThinLan-Ethernet." - Tatsächlich gilt dies sowohl für 10Base5 als auch 10Base2 (gelbes Kabel und billigeres Netz). In diesen Fällen befindet sich die Isolation auf der AUI-Seite, wobei der Transceiver direkt mit dem Kabel verbunden ist. Sie benötigen einen galvanisch getrennten DC / DC-Wandler sowie den Datentransformator. Sie haben 1500V Isolation. Kevin
Kevin White
5
Ein weiterer großer Vorteil von Transformatoren gegenüber Optoisolatoren besteht darin, dass Sie leicht an beiden Enden isolieren können . Die beidseitige Isolation mit Optos ist aufgrund des Strombedarfs sehr viel komplexer.
Peter Green
39
Isolierung. Wenn das Kabel also an eine hohe Spannung kurzgeschlossen wird, explodiert Ihre Platine nicht.
Es wird benötigt, da das andere Ende einen anderen Grund haben kann. Dies ist ein spezieller Fall der Isolation, der jedoch auch im normalen Betrieb erforderlich ist.
Isolation ist eine sehr gute Idee für Kommunikationssysteme, die viele verschiedene Hardwarekomponenten über einen weiten Bereich miteinander verbinden. Sie möchten nicht, dass sich Fehlerströme / -spannungen in den Netzkabeln oder Geräten auf Ihre Kommunikationskabel ausbreiten.
Grundsätzlich gibt es zwei Optionen für die Trennung, Opto und Transformator. Die Transformatorisolation hat einige wesentliche Vorteile. Zunächst wird die Signalleistung durch den Transformator geleitet, sodass Sie die "isolierte" Seite der Barriere nicht mit Strom versorgen müssen. Zweitens können Transformatoren sehr gut Differenzsignale erzeugen und empfangen und bieten gleichzeitig eine hohe Gleichtaktunterdrückung. Dies macht sie zu einer guten Kombination mit verdrillten Zweidrahtleitungen. Drittens ist es einfach, Transformatoren für hohe Frequenzen (auch als Hochgeschwindigkeits-Transformatoren bezeichnet) als Optokoppler zu konzipieren.
Die Transformatorkopplung hat einige Nachteile: Transformatoren funktionieren bei Gleichstrom nicht und kleine Transformatoren, die bei hohen Frequenzen gut funktionieren, funktionieren bei niedrigen Frequenzen nicht so gut.
Als Medium werden im Standard auch 100-Ohm-UPT und 150-Ohm-STP genannt - siehe IEEE 802.3, Unterabschnitt 24.1.2, Punkt d).
Daher ist es klar zu sagen, dass der Signaltransformator die PHY-seitige Impedanz (Typ 100 Ohm diff) mit der leitungsseitigen Impedanz (kann verschieden sein) übereinstimmt .
Antworten:
Die richtige Antwort ist, weil die Ethernet-Spezifikation dies erfordert .
Obwohl Sie nicht gefragt haben, fragen sich andere vielleicht, warum diese Verbindungsmethode für diese Art von Ethernet gewählt wurde. Beachten Sie, dass dies nur für die Punkt-zu-Punkt-Ethernet-Varianten wie 10base-T und 100base-T gilt, nicht für das ursprüngliche Ethernet oder ThinLan-Ethernet.
Das Problem ist, dass Ethernet längere Betriebszeiten unterstützen kann, sodass Geräte an verschiedenen Enden von entfernten Zweigen des Stromverteilungsnetzes innerhalb eines Gebäudes oder sogar von verschiedenen Gebäuden mit Strom versorgt werden können. Dies bedeutet, dass zwischen den Ethernet-Knoten ein erheblicher Masseversatz bestehen kann . Dies ist ein Problem bei bodenbezogenen Kommunikationsschemata wie RS-232.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, mit Erdungsversatz in Kommunikationsleitungen umzugehen, wobei die beiden häufigsten Opto-Isolation und Transformator-Kopplung sind. Die Transformatorkopplung war die richtige Wahl für Ethernet angesichts der Kompromisse zwischen den Methoden und dem, was Ethernet erreichen wollte. Selbst die früheste Version von Ethernet, die eine Trafokopplung verwendet, arbeitet mit 10 Mbit / s. Dies bedeutet, dass der Gesamtkanal mindestens 10-MHz-Digitalsignale unterstützen muss, obwohl er in der Praxis mit dem verwendeten Codierungsschema tatsächlich das Doppelte benötigt. Sogar eine 10-MHz-Rechteckwelle hat Pegel, die nur 50 ns dauern. Das geht für Optokoppler sehr schnell. Es gibt Lichttransmissionsmittel, die viel schneller gehen, aber sie sind an jedem Ende nicht billig oder einfach wie die Ethernet-Impulstransformatoren.
Ein Nachteil der Trafokopplung besteht darin, dass Gleichstrom verloren geht. Das ist eigentlich gar nicht so schwer. Sie stellen sicher, dass alle Informationen durch Modulation schnell genug durch die Transformatoren transportiert werden. Wenn Sie sich die Ethernet-Signalisierung ansehen, werden Sie sehen, wie dies berücksichtigt wurde.
Transformatoren haben auch schöne Vorteile, wie eine sehr gute Gleichtaktunterdrückung. Ein Transformator "sieht" nur die Spannung über seinen Wicklungen, nicht die gemeinsame Spannung, auf die beide Enden der Wicklung gleichzeitig getrieben werden. Sie erhalten ein differenzielles Front-End ohne absichtliche Schaltung, nur grundlegende Physik.
Sobald die Entscheidung für die Kopplung des Transformators gefallen war, war es einfach, eine hohe Isolationsspannung zu spezifizieren, ohne eine große Belastung zu verursachen. Die Herstellung eines Transformators, der die Primär- und Sekundärspannung um einige 100 V isoliert, geschieht so ziemlich alles, wenn Sie nicht versuchen, dies zu tun. Es ist nicht viel schwieriger oder teurer, es auf 1000 V zu bringen. In Anbetracht dessen kann Ethernet verwendet werden, um zwischen zwei Knoten zu kommunizieren, die aktiv auf signifikant unterschiedliche Spannungen angesteuert werden, und nicht nur, um einige Volt Masseversatz zu bewältigen. Zum Beispiel ist es vollkommen in Ordnung und im Rahmen des Standards, einen Knoten auf einer Stromleitungsphase zu betreiben, während sich der andere auf den Neutralleiter bezieht.
quelle
quelle
Isolation ist eine sehr gute Idee für Kommunikationssysteme, die viele verschiedene Hardwarekomponenten über einen weiten Bereich miteinander verbinden. Sie möchten nicht, dass sich Fehlerströme / -spannungen in den Netzkabeln oder Geräten auf Ihre Kommunikationskabel ausbreiten.
Grundsätzlich gibt es zwei Optionen für die Trennung, Opto und Transformator. Die Transformatorisolation hat einige wesentliche Vorteile. Zunächst wird die Signalleistung durch den Transformator geleitet, sodass Sie die "isolierte" Seite der Barriere nicht mit Strom versorgen müssen. Zweitens können Transformatoren sehr gut Differenzsignale erzeugen und empfangen und bieten gleichzeitig eine hohe Gleichtaktunterdrückung. Dies macht sie zu einer guten Kombination mit verdrillten Zweidrahtleitungen. Drittens ist es einfach, Transformatoren für hohe Frequenzen (auch als Hochgeschwindigkeits-Transformatoren bezeichnet) als Optokoppler zu konzipieren.
Die Transformatorkopplung hat einige Nachteile: Transformatoren funktionieren bei Gleichstrom nicht und kleine Transformatoren, die bei hohen Frequenzen gut funktionieren, funktionieren bei niedrigen Frequenzen nicht so gut.
quelle
Eine weitere wichtige nahtlose Funktion, die häufig vergessen wird, ist die Impedanzanpassung:
Der Signaltransformator gleicht die Impedanz der PHY-Seite (Typ 100 Ohm diff) mit der Impedanz der Netzseite (Typ 150 Ohm diff) ab.
EINIGE ERKLÄRUNGEN nach Kevins Kommentar:
von hier aus :
Als Medium werden im Standard auch 100-Ohm-UPT und 150-Ohm-STP genannt - siehe IEEE 802.3, Unterabschnitt 24.1.2, Punkt d).
Daher ist es klar zu sagen, dass der Signaltransformator die PHY-seitige Impedanz (Typ 100 Ohm diff) mit der leitungsseitigen Impedanz (kann verschieden sein) übereinstimmt .
quelle