Efeitos da correspondência de impedâncias entre cabos coaxiais de 50 e 75 Ohm para 10 Mbit / s, sinais codificados por Manchester (20 MHz)

TL, DR:

Este é um monte de texto, porque incluí muitas informações em segundo plano. No entanto, finalmente haverá uma pergunta boa e precisa: devo usar uma rede de correspondência de impedâncias ao conectar cabos de impedâncias diferentes, como 50 Ω e 75 Ω? As possíveis respostas provavelmente começarão com "Depende ...", e é por isso que forneço uma tonelada de informações de primeiro plano.

Introdução

Eu queria me livrar de um cabo Ethernet jogado ao longo das escadas da minha casa. Um cabo coaxial sobressalente existente que eu havia instalado originalmente para a TV via satélite parecia promissor como alternativa, bem escondido nas paredes. Bem quando eu estava prestes a comprar caixinhas apropriadas para cabo coaxial tipo Ethernet sobre antena (75 Ω, capaz de algo como 270 Mbit / s), lembrei-me10base2 - o bom e velho sistema Ethernet coaxial BNC / RG58, e decidiu que seus 10 Mbit / s eram mais do que suficientes para minhas necessidades. O mercado de segunda mão para hubs com um conector BNC ou mesmo sofisticados "Conversores Ethernet" (cabo coaxial a par trançado) ainda é muito bom. A única coisa que eu não tinha certeza era a questão da impedância. O 10base2 usa uma instalação de 50 with com cabo RG58 e praticamente qualquer cabo coaxial para sistemas de antena doméstica (como meu cabo sobressalente para TV via satélite) tem uma impedância de 75 Ω.

Agora, fico feliz em informar que o 10base2 é robusto o suficiente para lidar com o abuso de ser executado em 10 ... 20 m de cabo coaxial inadequado de 75 Ω. Lá, eu consertei! Yay!

Contudo, ...

Eu ainda estava curioso para saber se o hack que eu fiz foi realmente ruim (como em: apenas bom o suficiente) ou talvez até bastante aceitável. Eu olhei para o sinal com um osciloscópio. A configuração é assim:

Sem qualquer correspondência entre os segmentos de 50 Ω e 75 of do cabo coaxial, o resultado mostra uma quantidade muito óbvia de ruído refletido. Apesar dessa desvantagem, o "olho" ainda está aberto, e os decodificadores podem fazer seu trabalho com alegria, resultando em uma perda de pacotes exatamente igual a zero. Estamos observando uma combinação dos sinais transmitidos e recebidos pelo hub Ethernet perto do osciloscópio. A julgar pela parte "limpa", o sinal transmitido tem aprox. 1,9 V _pkpk , e o sinal recebido tem 1,6 V _pkpk . Se for seguro assumir que os dois drivers têm uma saída da mesma amplitude, podemos calcular a perda introduzida pelo cabo: 20 × log (1,6 / 1,9) dB = 1,5 dB. Bom o suficiente, porque o cálculo para 15 m de cabo coaxial típico com 6,6 dB / 100 m produz 1 dB.

O ruído é bastante reduzido quando uma rede correspondente é inserida nas extremidades mais próxima ou mais distante da parte de 75 Ω do cabo coaxial. Parece que isso (Créditos a esta fonte ) ...

Com a rede correspondente no extremo próximo ... ... ainda existem algumas reflexões visíveis voltando do extremo oposto.

Com a rede correspondente no outro extremo, também deve haver reflexões ao longo do cabo relativamente curto de 50 between entre o hub e a descontinuidade rotulada como "near", mas como aprendi com um amigo, o escopo não pode "ver" eles, porque são absorvidos pelo motorista. Além disso, uma parte do sinal do driver "distante" é refletida e viaja de volta ao longo do cabo de 75, e termina na rede correspondente na extremidade oposta:

Comparada à configuração incomparável, a amplitude do sinal do extremo oposto é reduzida pela metade (-6 dB), e isso está de acordo com a teoria que prevê uma perda de 5,6 dB na rede e a impedância "aparente" para dentro.

Todos os itens acima funcionam, ou seja, nenhuma rede correspondente ou uma rede correspondente no extremo próximo ou no extremo. "Trabalho" significa que posso ping -fpassar horas no segmento sem um pacote perdido.

Agora, por que não usar duas redes correspondentes em "próximo" e "distante"? Bem, 10base2 foi projetado para um comprimento máximo de 185 m de RG58, com uma perda de 6,6 dB / 100 m ou 12,2 dB / 185 m. Portanto, duas das minhas redes de correspondência resistiva já consumiam quase todo o sinal e me aproximavam tanto do limite permitido que, incluindo o cabo, há muita perda por completo. Ainda estou em dúvida de que uma solução baseada em transformador de baixa perda funcionaria porque acho que 10base2 ("cheapnetnet") precisa de um caminho DC: "DC LEVEL: O componente DC do sinal deve estar entre 37 mA e 45 mA A tolerância aqui é pequena, pois colisões são detectadas monitorando o nível médio de corrente contínua no cabo coaxial ". ( Fonte: p.4 ; também apoiada por esta folha de dados) Então de novo; a rede de correspondência resistiva também colocará algum viés de DC em problemas ...

Depois de tudo,

... a breve pergunta novamente: devo usar uma rede de correspondência de impedâncias ao conectar cabos de impedâncias diferentes, como 50 Ω e 75 Ω?

Qualquer coisa entre "Prefiro a configuração incomparável / correspondente porque gosto mais deste / desse oscilograma" para respostas com muitas informações de fundo em RF ou o hardware de baixo nível do 10base2 é muito apreciada.

Editar

Se você tiver acesso à parte interna da Coaxial Transceiver Interface (CTI), poderá modificar o circuito entre o chip ( 8392 parece ser do tipo fabricado por uma grande variedade de fabricantes e também o tipo usado quase exclusivamente para praticamente qualquer interface feita por qualquer pessoa para adaptadores 10base2) e o conector BNC. Uma compensação para cabos com 75 Ω e 93 Ω é possível ao custo do comprimento permitido do barramento. A National Semiconductor fez uma nota de aplicação sobre esse tópico, chamada AN-620 (pdf, setembro de 1992).

Mas mesmo depois de encontrar este aplicativo, seria ótimo encontrar algumas informações básicas sobre o que está dentro de um 8392, ou seja, o que alguém teria que usar para criar a interface usando partes discretas e talvez alguma lógica de cola e opamps.

O coeficiente de refecção devido a uma incompatibilidade de impedância é: -

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

Onde Zo é a impedância do cabo e R é a fonte ou a resistência da carga.

E, para sua configuração de 50/75 ohm, será -0,2. Portanto, o sinal que você colocou no cabo de (digamos) 3Vp-p produzirá um reflexo de 0,6Vp-p. Isso é demais? Não é ótimo, mas certamente não é terrível.

A experiência ¹ mostrou que a rede de correspondência resistiva é uma boa opção para 10 Ethernet de base 2 apenas à primeira vista. Isso ajuda a melhorar a situação no que diz respeito à qualidade do sinal de RF, mas ignorei os problemas causados ​​pela maneira como a 10 base 2 lida com a detecção de colisão, que são efeitos de baixa frequência e podem ser entendidos por considerações simples de DC.

A conexão funcionará melhor sem qualquer rede de correspondência de impedância resisitiva entre as terminações de 50 and e o segmento de cabo de 75 Ω.

Reflexões e superações de sinais causadas pela incompatibilidade não incomodarão muito os transceptores, mas a detecção de colisão olha a corrente média (filtrada) no cabo e, com a rede de correspondência resistiva, o nível de corrente às vezes está fora dos limites especificados. Tudo se resume a uma consideração das correntes CC criadas pelas tensões dos transmissores que caem pelas terminações de 50 Ω do cabo (I = U / R). A adição de uma rede resistiva criará um caminho paralelo para as terminações e aumentará a corrente DC. Às vezes, isso pode interferir na detecção de colisão. Na minha experiência, isso acontecerá principalmente em dias quentes de verão com altos níveis de umidade, provavelmente devido ao aumento do vazamento de corrente contínua ao longo do dielétrico no cabo coaxial.

TL, DR: 10 base 2 lidará facilmente com o abuso de envio de cabo coaxial de antena de 75 Ω. Ultrapassagens, reflexões e outros efeitos colaterais da parte de RF do sinal não são uma preocupação. No entanto, a detecção de colisão analisa as correntes de baixa frequência e precisa exatamente de dois resistores de terminação de 50 at em cada extremidade do cabo coaxial. A adição de resistores alterará a resistência CC de (50 Ω) / 2 = 25 Ω e fará com que os circuitos de detecção de colisão funcionem de maneira não confiável.

Tendo lido em todo o internets ^TM e ter conversado com alguns bastante experiente, old-school especialistas LAN tem mostrado que isso é um equívoco muito comum. Portanto, desculpe a fonte em negrito acima. O equívoco está na wikipedia , como mostra essa pergunta relacionada .

Nota de rodapé:

¹ Observando a data da pergunta original, notei que o sistema, com e sem a rede de correspondência resistiva, está em uso há mais de dois anos. Tive problemas em alguns dias quentes no verão de 2015. Em seguida, removi a rede de correspondência resistiva e não tive nenhum problema desde então.