Ethernet kablosu neden topraklanmamış?

Klasik Ethernet 8P8C ("RJ45") pinoutunda özel bir GND yoktur. ^[1]

Ethernet spesifikasyonunda neden her ikisi de bağımsız güç kaynağına sahip olabilecek, örneğin RS-232 veya USB gibi cihazları birbirine bağlamak için kullanılan diğer kablo türlerinin aksine, bir topraklama içermez ?

Aşağıdaki resimde POE 48 Volt'u görmezden gelirseniz, Ethernet'in her iki tarafta da transformatör kullandığını görebilirsiniz .

Bu şekilde, ortak mod gerilimi genel olarak 1500V'nin altında kaldığı sürece ortak bir yere gerek yoktur. Transformatörlerin izolasyon özellikleri.

Ve bir bonus olarak artık POE'nin nasıl çalıştığını da biliyorsunuz. ( 802.3at )

Bununla birlikte, CAT6A genellikle ekranlı bir konektöre sahiptir. Kalkan daha sonra soketin içindeki küçük kapaklar kullanılarak şasiye topraklanır.

Kaynak resim

Ethernet neden topraklanmamıştır? Bunun iki nedeni vardır:
1. Cihazlar arasında bir topraklama halkası oluşturur.
2. Cihaz, taşınan veya kullanılan kablolarda yaygın olan ESD'ye daha duyarlı olacaktır (kablonun triboelektrik şarjından)

Ethernet'in topraklama döngüsüne daha duyarlı olmasının nedeni:

1. Döngüler, cihazlar arasında 100m olan diğer kablo özelliklerinden çok daha büyük olabilir. USB 5m, RS232 15m'dir. Ethernet aygıtlarının farklı odalarda olması daha muhtemeldir, oysa USB aygıtları genellikle bir bilgisayara (veya göbeğe) topraklanır ve aynı toprakta ya da aynı elektrik devresindeki aynı odada bulunur.
2. Ethernet ağı voltajı, ~ 10mA akım ile ± 1V daha düşüktür. RS232, 5V veya 15V'da çok daha yüksektir. USB 3,3V'tur. Bu hataya daha duyarlı hale getirir.

Ethernet spesifikasyonunu tasarlayan şirketler ve mühendisler bunu göz önünde bulundurdular (şartnamelere giren birçok düşünce var)

Verici ile alıcı arasında bir topraklama olsaydı, bir topraklama döngüsü oluşturur. Bu topraklama kablosu kablo tarafından oluşturulacak ve dönüş yolu aşağıda gösterildiği gibi ana topraklama olacaktır. Döngüden geçen herhangi bir manyetik alan, kablo boyunca bir akım (ve döngünün geri kalanı) oluşturur. Sinyal kablolarını izole etmiş olsanız bile, bu, kablolar arasındaki karşılıklı endüktans nedeniyle bir sorun olacaktır (teller birbiri boyunca yan yana ilerler, birinden diğerine akımları birleştirebilir). Bu ses enjekte eder (ve potansiyel bit hatasına ve paket kaybına neden olur).

Böylece, cihazlar arasına bir izolasyon transformatörü eklerseniz, döngüyü kesersiniz ve verici ile alıcı arasında hızlı bir sinyal iletmeye devam edebilirsiniz. Galvanik izolasyonun bir diğer faydası, büyük bir elektrostatik boşalma durumunda kablonun cihaza empedansını arttırır.

Bu, iki cihaz arasındaki izolasyonun bir örneğidir, ethernet iki izolasyon transformatörüne sahiptir, ancak sonuç aynıdır, toprak döngüsünü kırar (ve bükümlü çift ve ortak mod boğması ile birlikte ortak mod gürültüsünü azaltır ).

Zemin döngülerinde wikipedia'dan görüntüler

1. Diferansiyel sinyalleşme , referans noktası olarak ortak bir toprağa gerek olmadığı anlamına gelir. Ayrıca, genellikle topraklanan ekranlama gereksinimini de ortadan kaldırır.
2. DC güç aktarımı yapılmaması , ortak bir toprağa olan ihtiyacı ortadan kaldırır ve 3. maddeyi mümkün kılar.
3. Galvanik ayırma , topraklamayı ters üretken kılar. Teknik özellikler, birlikte çalışabilecek farklı potansiyellerde cihazların üretilmesi için büyük çaba sarf etti, böylece topraklama kablosu eklemek bu çabayı hemen hemen geçersiz hale getirdi.

/ edit: Tom Carpenter'ın işaret ettiği gibi, doğru şekilde uygulanan POE, izole edilmiş DC-DC dönüştürücüler ile galvanik izolasyonu ve "toprak potansiyelinde tel yok" özelliğini koruyor. (Tamam, POE galvanik ayırma parçasını kırar ve açıkça görülemeyen bir çeşit topraklama ekler ancak yine de var. Fakat POE, Ethernet'in üstüne bir kesiktir, özelliklerin orijinal bir parçası değildir. POE olmayan cihazlar orijinal avantajlarını korurlar. .)

USB'nin de farklı sinyalleri vardır, ancak aynı zamanda DC güç taşır. Güç olasılığının varlığı, ortak zemini gerekli kılar.

RS-232 güç taşımıyor, ancak sinyal kendi kendine yeten diferansiyel çift değil, toprağa karşı referans verilen tek bir tel - ortak toprağı gerekli kılıyor.

Topraklama, genellikle bir şeyleri birbirine bağlamak için en son çözüm olarak yanlış anlaşılır. Ancak, çoğu durumda, kısa vadede bile topraklama, çözdüğünden daha fazla sorun ekler.

Herhangi bir mesafeden zemin paylaşmanın konusu, her iki ucun da aynı zemin potansiyelinde olduğunu varsayıyor olmanızdır. Doğru olabilecek mükemmel bir dünyada, ama gerçek hayatta neredeyse hiç olmaz.

Kötü kablolama, toprak kaçağı veya EMI nedeniyle buradaki zemini etkilemesi, TV'nizdeki zeminden farklıdır. Dolayısıyla, aralarında toprak bulunan bir kabloyu çalıştırdığınızda, o topraktan geçen bir akım olacaktır.

Üstelik ortak zemin, sinyaliniz için geçerli dönüş yolu olur. Bu, aslında toprak hattına gürültü eklediğiniz anlamına gelir. İletişim sisteminiz birden fazla hat kullanıyorsa, aynı dönüş yolunu etkili bir şekilde paylaşırlar ve akımlar ortak zeminde çok daha karmaşık hale gelir ve gürültü daha da kötüleşir.

Kablo ne kadar uzun olursa, toprak kablosu boyunca voltaj farkı o kadar belirgin olacaktır. Toprak ve sinyal voltajı arasındaki delta yeterli fark varsa, o kadar düşük olacaktır ki, artık sinyali ayırt edemezsiniz.

Aşağıdaki resim bunu göstermektedir. Zeminden yukarıda iki ışık olduğunu unutmayın. Güzel ve sağlam bir zeminde hangi ışığın açık olduğunu orta ikisinde oldukça kolay bir şekilde söyleyebileceğinizi görebilirsiniz. Bununla birlikte, zemin sınırının tespit edilmesinin zor olduğu sağ durumda, bunun yüksek mi yoksa düşük ışık mı olduğunu söylemek artık mümkün değildir.

ETHERNET ve diğer diferansiyel iletişim sistemleri gibi standartlar, zemin ihtiyacını tamamen ortadan kaldıran farklı bir teknik kullanır.

İki özel kablo üzerinden bir artı ve eksi sinyali göndererek alıcı, geçen bir referans voltajı ile karşılaştırmak yerine, bu kablolar arasındaki farkı inceleyerek sinyali seçebilir. (yani "Toprak"). Aşağıdaki resim bunun nasıl çalıştığını göstermektedir. Sağdaki gürültülü sinyallerde bile hangi sinyalin gönderildiğini söyleyebilirsiniz.

Bu teknik, sinyalin yalnızca çok daha fazla mesafeden iletilmesine izin vermekle kalmaz, aynı zamanda sistemlerin ortak mod gürültüsüne duyarlılığını da azaltır. Her sinyal mevcut akım yolları da bu iki özel tel ile sınırlı olduğu için sinyaller arası dönüş yolu paylaşımı ortadan kalkar.

Özellikle Ethernet için, transformatörler, iletim ortamı ile gönderici / alıcı arasında tam izolasyon sağlayan tellere bağlanmak için kullanılır.

Şimdiye kadarki cevap bir anahtar unsuru kaçırdı: koruyucu çiftler gürültüsü.

Ethernet standardı, onlarca yıldır hem UTP hem de STP'yi (korumasız / ekranlı bükümlü çift) içermiştir.

IBM, Token Ring ile uyumluluğu nedeniyle STP'nin orijinal katılımını büyük ölçüde etkiledi. İddia, STP ekranlamanın diferansiyel çiftler için ekstra bir gürültü koruma katmanı sağlamasıydı (fiyatın sadece 5 katı kadar pazarlık!) Ancak gerçek hayattaki deneyim, ekranlamanın daha kötü performans sağladığını gösterdi. Elektriksel gürültünün nokta kaynakları, ekrana bağlandı; buradaki gürültünün, bükümlü çiftlere bağlanacak kablonun tüm uzunluğu vardı.

Ekranlama, çapraz konuşmayı da artırabilir. Çiftler biraz farklı oranlarda bükülür - tipik bir program 11/12/13/14 ayak başına bükümdür. Bu şekilde, kablo montaj sırasında büküldüğünde ve çekildiğinde parazitik bir transformatör oluşturmak için fiziksel olarak yuva yapmazlar. Bu harika çalışıyor. Beklediğinizden çok daha iyi. Ancak kıpırdatma, kalkanı çiftler arasında gerecek, sinyali kalkanı ve diğer çiftlere bağlayacak.

Ethernet ve galvanik olarak neden yalıtımlı olduğu ve USB'nin neden olmadığı gibi, USB ve Ethernet ile ilgili soru ve yorumların karışımı:

USB geçmişini ve talimatlarını okuyun. Evdeki ve iş yerindeki bilgisayarlar için uygun olan "düşük maliyetli", "kısa mesafeli" (5 metre) bir sinyal bağlantı noktası olacaktı ve diğer tüm ihtiyaçların üzerinde düşük maliyetli olacaktı. USB ayrıca paralel yazıcı ve RS232 portları üzerinden veri hızı performansını iyileştirme yetkisine sahipti.

Üretilen tüm PC'lere USB konulacaktı. Kullanıcının ihtiyaç duyup duymadığı. Bu düşük maliyetli olması gerektiği anlamına gelir. Paralel yazıcı portları ve RS232 portları ve büyük bağlantılı konektörler, tüm popüler bilgisayarlarda ciddi bir maliyet cezasına çarptırıldı. Bu da PC'leri ve dizüstü bilgisayarları daha pahalı, daha büyük, daha ağır ve daha fazla güç tüketir hale getirdi. Bu nedenle, çok "düşük maliyetli" olan USB, galvanik izolasyonu gerçekleştirmek için transformatörlere sahip değildir. Ve çevre birimine DC güç vermeyi kolaylaştırır. USB veri sinyalleşmesi, daha iyi bir cümlenin olmaması nedeniyle "yarı farklıdır". Bu, kablonun + ve - hatlarındaki akımdır, sayısal olarak% 95'e eşleşmiştir (+ ve -, her zaman farklı bir transistör seti tahrik ettiği için, her zaman biraz hatalı, mükemmel bir zıt akım değeri olmamalıdır). net, + ve -.

Ethernet'in görevi; "güvenilir", "orta mesafe" iletişimi ve düşük maliyetli. Ancak güvenilir ve orta mesafe önce gelir. 100 metrelik orta mesafenin çok fazla galvanik izolasyona ihtiyacı vardır. İki binaya (bir anahtar ve bir PC gibi) iki volt toprak potansiyeli farkı olan iki binaya bağlanmışsa, bu oldukça kötü bir şeydir ve istenmeyen, istenmeyen, toprak akımı bu veri kablosunda akacaktır. Ve bu istenmeyen toprak akışı, veri kalitesini ve ekipmanın zarar görmesini, muhtemelen insanları tehlikeye sokmak için her türlü kötü etkiye sahip olabilir.

Ethernet, ayrıca her + ve - 'yi yönlendiren farklı transistör setlerine sahiptir, ancak sinyal transformatörü + ve - birlikte kısa devre yapar ve bu nedenle son + ve - akım akışı neredeyse tek bir elektrona kadar mükemmel bir zıtlık eşleşmesidir. Böylece gerçek diferansiyel sinyalleşme elde edilir. Gerçek diferansiyel sinyalleşme, sinyal voltaj seviyelerinin daha da azaltılmasını ve kablo mesafelerinin katlanmasını, arttırılmasını ve istenmeyen EMI'lerin azaltılmasını sağlar.

Daha sonra Ethernet için PoE geldi. PoE'nin görevi, çevre cihazlara, yani VoIP telefonlara, Kameralara ve Kapıya Erişim birimlerine "düşük maliyetli" DC güç sağlamaktı. PoE tipik olarak güç ortak güç anahtarından, 100 metreye kadar zıt yönlerde birden fazla cihaza çıkar. PoE'nin (48 - 57) VDC, tüm cihazlara "yıldız" bağlantısı olduğunu. Bu, "PD" aygıtlarını kullanan çoklu güçlerin ortak bir kaynağı paylaştığı anlamına gelir (bu, PSE'deki RJ45 konektörü başına yalıtılmış güç değildir). Bu nedenle, bir GUILT-Edged "PD" nin, PD'deki DC-DC izole edilmiş bir dönüştürücü beslemesi yoluyla, PoE güç girişlerinde bile güç izolasyonunu (IEEE 802.3 standardına göre) sürdürmesi gerekir. veya PD tamamen iletken olmayan bir durumda ise, ve asla binanın yerel zemine veya yakındaki diğer ekipmanlara (gerçekten düşük uçlu ucuz çevre birimleri gibi) bağlı devreleri yer düzlemi değildir. Ne yazık ki, PoE standardındaki IEEE 802.3 bunu çok açık bir şekilde ifade etmiyor.

Özet: Ethernet, her iki ucunda da transformatörlere sahiptir. Bir transformatör arızası bile meydana geldiyse, PD uzak cihazından, Ethernet anahtarındaki PSE'ye galvanik izolasyon kaybolmaz.

PoE, Ethernet anahtarında DC güç izolasyonundan (düşük maliyet uğruna) vazgeçer ve bu izolasyonu PD çevre üreticisine "bırakacaktır". Bu üretilen ürünleri kimse kontrol etmiyor. Eğer IEEE ihlal edenlere bir ödül ödülü verirse, durumu iyileştirir.

Yeni PoE standardı olan IEEE, daha fazla PoE gücü için daha yüksek voltaj ve akımlar için düşünmeye devam ediyor; Bunlar sadece ticari / endüstriyel sınıf veya daha iyi kurulumlarda olmalıdır: 1) her konektör için PSE'de tam güç yalıtımı. 2) PSE ve PD güç yalıtımı için dosyalanmış ve halk için indirilebilir olan gerekli test raporları. PI'nin kablo şemasını dahil etmek. 3) üreticilerin maliyetine göre, yeni standardı karşılayan tüm PD'lerin bir listesini içeren bir sunucuyu bakımını yapın. 4) bu iyileştirmelerin maliyeti, düşük seviye tüketici pazarları için çok fazlaysa, yine de endüstriyel ihtiyaçların ciddi düzeyde standartlarını, güvenliğini ve izlenebilirliğini sağladığında, endüstriyel bir sınıf standardı oluşturmayı düşünün.

Ethernet şartnamesi, cihazların birbirinden galvanik olarak izole edilmesini gerektirir - bu yazı , izolasyon etkilerini daha ayrıntılı olarak açıklar.

Güç kaynaklarından ve topraklamadan bahsettiğinizden beri , Power on Ethernet (PoE) hakkındaki Wikipedia makalesi sizinle alakalı olabilir.

Hem RS-232 hem de USB, toprağa referanslanmış sinyallere sahiptir, bu yüzden birine ihtiyacınız var. (Evet, USB'deki D + ve D- sinyalleri cihaz keşfi sırasında referans olarak GND ile birbirlerinden bağımsız olarak kullanılır). Ethernet sinyalleri tamamen diferansiyeldir, bu nedenle GND referansına gerek yoktur.

Neden NEDEN TP ethernet, $ DEITY'ye teşekkür ederiz!

Bir ethernet kablosu yüz metreden fazla uzayabilir, muhtemelen iki bina bağlayabilir.

İyi yapılmış bir topraklama sistemindeki potansiyel fark, iki nokta veya yüzlerce metre mesafeden ölçülürse, 0V'ye bile yakın olması garanti edilmekten çok uzaktır - mevcut akımdan dolayı DC veya düşük frekanslı AC voltajı olabilir (nedeniyle topraklama sistemindeki akımları, gerçek arıza akımlarını, geçici akımları veya kablolama hatalarını / kusurlarını ...) ve her türlü girişimi sızdırmak için.

AC potansiyel farkları kolayca parazite neden olur, topraklanmış bir kablo blendajı boyunca kuvvetli akım akışı aslında yangın tehlikesine neden olabilir.

Tüm bunlar, ekipmanın ilk başta düzgün bir şekilde topraklandığını varsayar, eğer artık böyle olmazsa daha kötü şeyler olabilir.

En kötü değil, ancak kötü durum örneği, topraklı (her iki tarafta) kalkanlarla ne olabileceğini gösterdi: Bir PC yanlışlıkla bir RCD'siz (eski TN'de!) Bulunan iki telli IEC kablosuyla (daha önce vahşi ortamda!) Bağlandı. -C-to-sokete ...) kablolama sistemi. Bu PC, bu PC'deki tüm topraklama bağlantılarının bağlı olduğu metal kasaya canlı şebeke bağlantısı yapan kısa bir iç bağlantı geliştirir. Bu bağlantının diğer ucu, topraklamanın doğru bir şekilde uygulandığı bir cihazadır. Kullanılan ethernet kablosu, ince koruyucu malzeme ile mümkün olan en hafif yapıya sahiptir. Ve 5 metrelik kablolardan çıktığınızdan beri bobine sarılmış 30 metrelik bir parça. Bu uzunlukta, bu ekranlama tam doğru dirence sahip olabilir (15 ohm civarında "mükemmel" olur) 240V sistemde) herhangi bir sigortayı veya otomatı patlatmayacak kadar küçük, ancak kablo blendajında ​​1000 watt'ı aşacak kadar büyük bir akımı iletmek için. Bu, çok fazla duman anlamına gelir ve etrafındaki şeyler için olası bir tutuşma tehlikesi değildir.

Toprak bağlantısı olmadığını düşündüren nedir?

• Tanım olarak "Toprak" bazı yerel devre için 0V referansıdır.
• Toprak zemini, dış terrafermaya bağlı bir topraktır.

Bildiğiniz gibi, VGA kablosu gibi harici bir topraklama bulunan bazı bağlantı noktalarına, şarj cihazındaki galvanik transformatör yalıtımı nedeniyle 3 uçlu bir LCD monitöre bağlanmadıkça tüm dizüstü bilgisayarlarda / tabletlerde yüzer toprak bulunur.

Ethernet ayrıca Bi-Phase kodlama yöntemleri nedeniyle DC de dahil olmak üzere daha düşük spektrumda sinyallere sahip değildir.

Daha da önemlisi, sinyal bütünlüğü ve çıkış ve giriş için EMI azaltımı için, sinyallerin 75 ination sonlandırmalı ve CM trafo ve 1: 1 merkez dişli trafo ile dengeli iletim hatları olmasıdır. Bu, kablo tarafındaki diferansiyel empedansı, sinyallerin bulunduğu üst tayfta lokal toprağa korurken izolasyon için kullanıcı tarafındaki CM empedansını yükseltir.

Aşağıdaki "topraklama bağlantılarına" bakın

• 1000pF kuplaj kapağı ve 75 Ohm sonlandırıcılar ile