Cosa succede se in un cavo a doppino intrecciato è presente un numero dispari di torsioni?

Non sono un elettricista o uno studente del campo. Sono un ingegnere di rete con un bug di curiosità e che recentemente mi ha portato ad esplorare specificamente il cablaggio e la Twisted Pair. Dico questo per invocare le risposte "stupide" in modo da poterle comprendere ^ _ ^.

Ho appena capito il motivo per cui 100BASE-TX e 10BASE-T usano due fili (una coppia) per TX e altri due fili (un'altra coppia) per RX. Capisco che attraverso ogni coppia, un filo trasmette il segnale originale e l'altro filo trasmette l'inverso esatto.

Ho anche solo finalmente capito perché i fili sono intrecciati all'interno della coppia. In effetti, per consentire alle fonti ambientali di interferenza elettromagnetica (EMI) di influenzare entrambe le coppie di fili allo stesso modo, anziché in modo sproporzionato rispetto all'altro.

Ciò che mi ha portato a capire è stata questa immagine, pubblicata su ResearchGate.net su questo post dal Dr. Ismat Aldmour :

Pubblicherò anche qui la sua spiegazione, per evitare il rischio di marcire link:

Ho dovuto spiegare questo ai miei studenti in rete una volta disegnando qualcosa di simile alla Figura allegata. Nella Figura 1, per il caso di una coppia parallela, l'interferenza provoca il filo rosso (il più vicino alla fonte di interferenza) più tensione di raccolta (indotta) per unità di lunghezza (1 mV come esempio) mentre meno indotta (0,5mV) in il filo blu. La differenza totale nella destinazione è 3mV. Mentre nel caso a doppino intrecciato (Figura 2), la differenza totale è 0 V a destinazione perché le parti (torsioni) dei fili rosso e blu sono alternativamente soggette allo stesso livello di interferenza e quindi la differenza totale a destinazione è 0 V. Ho disegnato questa figura per questa domanda sperando di usarla anche durante le lezioni. Ciò è particolarmente utile quando si insegna in rete a studenti di ingegneria non elettrica che non riconoscono i termini di impedenza, termini di rumore in modalità differenziale, ... ecc. A proposito, l'interferenza nelle coppie twistate viene principalmente dalla segnalazione su altre coppie che corrono insieme all'interno dello stesso cavo che può avere molte di esse. Grazie. @AlDmour.

Con l'immagine e la spiegazione, capisco come i sei, anche colpi di scena, causino che entrambi i fili nella coppia siano ugualmente influenzati dall'EMI ambientale e che l'interferenza delta della rete finisca a +0. La mia domanda è: cosa succede se c'è un numero dispari di colpi di scena nel filo?

Ad esempio, se si aggiunge un'altra mezza torsione all'immagine della Figura 2 sopra, il delta di interferenza sul filo rosso sarebbe + 1mV e il delta di interferenza sul filo blu sarebbe + 0,5mV.

In che modo la parte ricevente lo compensa e / o rileva l'IME e determina quale mV su ciascuna coppia può ignorare?

Un numero pari di colpi di scena è migliore, ma non sono consapevole delle situazioni pratiche in cui questo vale la pena: ci sono altre fonti di interferenza che sono probabilmente più importanti della piccola differenza che farebbe.

Un altro modo di osservarlo: la quantità di interferenza magnetica è proporzionale all'area tra i due fili. Con un numero pari perfetto di torsioni l'area è effettivamente zero. Con un numero dispari di colpi di scena, si tratta essenzialmente di un'area di torsione. Questo è ancora un grande miglioramento rispetto a nessun colpo di scena :)

Il numero pari o dispari di colpi di scena è a tutti gli effetti arbitrario.

Ciò che è più importante è il numero di twist per pollice (TPI). Più alto è questo numero, maggiore sarà la cancellazione del rumore.

Perché? bene semplicemente mettere qualsiasi fonte di rumore (campi magnetici, ecc.) di solito varierà lungo la lunghezza del cavo. Se puoi torcere un cavo più volte, significa che ogni cavo avvertirà più da vicino lo stesso rumore in un dato punto.

Per visualizzarlo, nel diagramma che hai pubblicato, in un campo più variabile, immagina che il filo nella parte superiore subisca dei disturbi ad ogni giro: 1mv 1mv 0.5mv 2mv 3mv 1mvo altri numeri scelti arbitrariamente. Quindi quello in basso vede:2mv 1mv 3mv 0.1mv 1mv 2mv o qualsiasi altra cosa. Ora non coincidono più, quindi la cosa pari / dispari cessa di avere importanza. Ora, se dovessi raddoppiare il numero di colpi di scena, ma non cambiare i livelli di rumore, vedresti che ogni filo ora avverte lo stesso rumore.

Quindi davvero vorresti due colpi di scena in qualsiasi momento che cambiano le fonti di rumore. In realtà questi cambiano continuamente e ogni ambiente in cui si utilizza il cavo è diverso. A quel punto praticamente non importa se ci sono colpi di scena dispari o dispari, dato che i due non avrebbero mai potuto garantire esattamente lo stesso rumore, vicino allo stesso.

Pari o dispari non sono significativi per le lunghezze dei cavi in ​​questione. Ciò che è più significativo è il numero di colpi di scena per unità di lunghezza (e questo è anche il motivo per cui le specifiche limitano la quantità che è possibile rimuovere durante il montaggio). Al contrario, il numero di colpi di scena è pari in modo tale che non si verifichi alcun cambio di polarità del segnale lungo il cavo.

Esegui il seguente Gedankenexpeirment (o fallo con un cavo reale): se il cavo non funziona diritto, ma si piega principalmente verso se stesso in modo che entrambi i jack che si collegano siano relativamente vicini tra loro - cosa ti aspetti che accada se ruoti uno dei jack / dispositivi di 180 gradi (o entrambi di 90 gradi in direzioni opposte)? Niente, certo. Eppure, questa rotazione ha effettivamente cambiato il numero di colpi di scena di uno!

L'installazione più comune del cablaggio Cat-5 per le comunicazioni di rete è conforme agli standard 10Base-T.

Ciò significa che 2 coppie, in genere blu e verde, trasporteranno i dati. Il blu ha 72 giri al metro e il verde ha 65 giri al metro.

A breve distanza, nulla di tutto ciò conta. Potresti avere nastri avvolti attorno a luci fluorescenti che collegano le tue schede di rete, se rimani sotto i 10 metri. (Fonte: test personale solo per vedere se potevo farlo. Era più lento di 10Mbit perché TCP doveva correggere l'errore, ma i bit passavano e alla fine trasferivano i file. Inoltre, non era strettamente avvolto attorno al tubo fluorescente, probabilmente avvolto circa 4 volte al metro.)

Lo scenario peggiore per il cablaggio Cat-5 nel codice di 10Base-T Ethernet è quello di avere 3 segmenti da 100 metri usando amplificatori tra ciascun segmento. (Il codice dice che la lunghezza più lunga di Cat-5 per 10Base-T è 100m, e non più di 2 amplificatori tra i segmenti da 100m prima che tu abbia bisogno di un ripetitore.) Buona fortuna a trovare un amplificatore invece di un ripetitore, però: ogni interruttore e la maggior parte ripeteranno i mozzi stupidi prodotti oggi.

Con questo scenario peggiore, puoi collegare un edificio per uffici senza alcuna perdita di dati, incluso il rumore proveniente da computer, luci fluorescenti, il sistema HVAC, piastre di alluminio casuali, travi di ferro casuali, il sistema elettrico, oggetti a terra come tubi di rame per l'irrigatore sistema e impianto idraulico, ecc. Naturalmente, se ti trovi in ​​qualcosa di più rumoroso di un edificio per uffici, come un pavimento di produzione che utilizza apparecchiature ad alta tensione, ti consigliamo una coppia intrecciata schermata.

Sono 300 metri senza perdita di dati, almeno 65tpm x 300m = 19500 twists con la tua coppia verde. Non c'è molta differenza tra i colpi di scena del 19500 e 19499 in questo scenario peggiore, in cui il twist-per-metro inizia davvero a importare.

Quindi, nel peggiore dei casi, è meglio pianificare attentamente il percorso di cablaggio per evitare alta tensione, linee elettriche, emettitori (luci) EM rumorosi e conduttori collegati a terra piuttosto che preoccuparsi se si dispone di un numero pari o dispari di curve.

E un po 'di curiosità: hai sempre un numero dispari di colpi di scena. Ogni jack RJ-45 è assemblato alternando punta e anello, e la punta è sempre il pin più a sinistra, indipendentemente dal fatto che tu stia utilizzando lo standard A o B, quindi sia i cavi pass-through che i cavi incrociati hanno sempre un numero dispari di colpi di scena. Il passaggio del cavo non modifica il numero di colpi di scena di ciascuna coppia. Anche se hai un nastro piatto, c'è una torsione di 180 per coppia.

$L$$d$$Ld$$2N+1$ mezzo giro nel filo, il primo $2N$ i pick-up si annullano in coppia (come hai capito) e ti rimane un pickup ridotto di $\frac{1}{2N+1}$ dell'originale.

Per un gran numero di turni $N$, è molto significativo. I ricevitori sono "robusti" a piccole quantità di rumore perché il segnale effettivo di interesse è piuttosto grande. Inoltre, è possibile aggiungere diversi circuiti per aumentare la robustezza del rumore. Ad esempio, è possibile aggiungere un "trigger Schmitt": questo rileva quando l'ingresso raggiunge un certo livello di trigger (diciamo 1 V) per il fronte di salita, quindi cambia il livello a cui si innescherà di nuovo (diciamo 0,8 V) in caduta bordo. Un piccolo "jiggle" (100 mV) in cima al segnale di ingresso non sarà sufficiente per causare un ulteriore trigger: si innescherà una volta sul fronte di salita e una volta sul fronte di discesa.

Ci sono molti altri trucchi sofisticati per il "recupero dell'orologio" che possono aiutare a ripulire il segnale. Torcere i fili è solo uno (molto importante - perché economico ed efficace).

10Base-T e 100-Base-TX sono protocolli digitali che funzionano rispettivamente a + -2,5 V e + -1 V / 0 V. Inoltre, esiste una tolleranza dell'ordine di + -5-10% per i livelli del segnale.

Supponendo che questo cavo sia posato in un ambiente normale, il rumore accumulato in una singola torsione è minuscolo perché: 1) le torsioni sono piccole e 2) i fili sono vicini tra loro.

Nel loro insieme, la distorsione di tensione da una singola, sbilanciata, strana torsione è insignificante.

Altri hanno risposto bene alla domanda. Tranne: "Come può compensare l'estremità ricevente e / o rilevare l'IME e determinare quale mV su ciascuna coppia può ignorare?"

Il ricevitore osserva la differenza di tensione tra i due fili in una coppia. Ignora, con una buona approssimazione, il segnale comune a entrambi i fili. Finché la differenza dovuta al segnale originale è maggiore della differenza nel rumore indotto, recupera i dati originali. Questa magia è nota come rifiuto della modalità comune, ed è la ragione per cui il vecchio servizio telefonico e i cavi per microfono molto lunghi funzionano, nonostante il ronzio indotto a 60Hz migliaia di volte più grande del segnale.