E se houver um número ímpar de torções em um cabo de par trançado?

Eu não sou um eletricista, ou um estudante do campo. Sou um engenheiro de rede com um problema de curiosidade e que recentemente me levou a explorar especificamente o cabeamento e o par trançado. Eu digo isso para defender que as respostas sejam "emburrecidas" para que eu possa entendê-las ^ _ ^.

Finalmente entendi a razão pela qual 100BASE-TX e 10BASE-T usam dois fios (um par) para TX e outros dois fios (outro par) para RX. Entendo que, em cada par, um fio transmite o sinal original e o outro fio transmite exatamente o inverso.

Eu também finalmente entendi por que os fios estão torcidos dentro do par. Efetivamente, para permitir que as fontes ambientais de interferência eletromagnética (EMI) afetem ambos os pares de fios igualmente, em vez de um desproporcionalmente ao outro.

O que me levou a entender que era essa imagem, postada no ResearchGate.net neste post pelo Dr. Ismat Aldmour :

Vou postar sua explicação aqui também, para evitar o risco de podridão do link:

Eu tive que explicar isso aos meus alunos em rede uma vez desenhando algo semelhante à figura em anexo. Na Figura 1, no caso de par paralelo, a interferência causa ao fio vermelho (quanto mais próximo da fonte de interferência) mais tensão de captação (induzida) por unidade de comprimento (1 mV como exemplo), enquanto menos induzida (0,5 mV) em o fio azul. A diferença total no destino é de 3mV. Enquanto no caso de par trançado (Figura 2), a diferença total é 0V no destino, porque partes (torções) de fios vermelho e azul estão sujeitas ao mesmo nível de interferência e, portanto, a diferença total no destino é 0V. Eu desenhei esta figura para esta pergunta, esperando usá-la também em palestras. Isso é especialmente útil ao ensinar redes para estudantes de engenharia não elétrica que não reconhecem termos de impedância, termos de ruído de modo diferencial, ... etc. A propósito, a interferência em pares trançados vem principalmente da sinalização em outros pares funcionando juntos dentro do mesmo cabo que pode ter muitos deles. Obrigado. @AlDmour.

Com a imagem e a explicação, entendo como os seis, torções pares fazem com que os dois fios do par sejam igualmente afetados pela EMI do ambiente e a interferência delta líquida para terminar em +0. Minha pergunta é: O que acontece se houver um número ímpar de torções no fio?

Por exemplo, se mais uma meia torção for adicionada à imagem da Figura 2 acima, o delta de interferência no fio vermelho seria + 1mV e o delta de interferência no fio azul seria + 0,5mV.

Como o terminal receptor compensa isso e / ou detecta o EMI e determina qual mV em cada par ele pode ignorar?

Um número par de reviravoltas é melhor, mas não estou ciente das situações práticas dos cabos onde isso vale a pena: existem outras fontes de interferência que provavelmente são mais importantes que a pequena diferença que isso faria.

Outra maneira de ver: a quantidade de interferência magnética é proporcional à área entre os dois fios. Com um número par perfeito de torções, a área é efetivamente zero. Com um número ímpar de torções, é essencialmente uma área de torção. Isso ainda é uma grande melhoria em relação a nenhuma torção :)

O número par ou ímpar de torções é arbitrário para todos os efeitos.

O mais importante é o número de torções por polegada (TPI). Quanto maior esse número, mais o cancelamento de ruído será alcançado.

Por quê? bem, basta colocar quaisquer fontes de ruído (campos magnéticos, etc.) geralmente variam ao longo do comprimento do cabo. Se você pode torcer um cabo mais vezes, significa que cada cabo experimentará mais de perto o mesmo ruído em um determinado ponto.

Para visualizá-lo, no diagrama que você postou, em um campo mais variado, imagine que o fio no topo experimenta ruído em cada torção: 1mv 1mv 0.5mv 2mv 3mv 1mvou alguns outros números escolhidos arbitrariamente. Então aquele no fundo vê: 2mv 1mv 3mv 0.1mv 1mv 2mvou o que quer. Agora eles não combinam mais, então a coisa par / ímpar deixa de importar. Agora, se você dobrar o número de voltas, mas não alterar os níveis de ruído, verá que cada fio agora apresenta o mesmo ruído.

Então, na verdade, você quer duas voltas a qualquer momento que as fontes de ruído mudem. Na realidade, elas mudam continuamente e todos os ambientes em que você usa o cabo são diferentes. Nesse ponto, basicamente deixa de importar se há torções ímpares ou pares, já que nunca se pode garantir que os dois experimentem exatamente o mesmo ruído, apenas perto do mesmo.

Par ou ímpar não é significativo para os comprimentos de cabo em questão. O que é mais significativo é o número de torções por unidade de comprimento (e esse também é o motivo pelo qual as especificações limitam a quantidade que você pode torcer ao montar). Em vez disso, o número de torções é uniforme, de modo que nenhuma mudança de polaridade do sinal ocorra ao longo do cabo.

Faça o seguinte Gedankenexpeirment (ou faça-o com um cabo real): Se o cabo não for reto, mas na maioria das vezes se dobrar, para que os dois conectores conectados sejam relativamente próximos um do outro - o que você espera que aconteça se você girar um dos conectores / dispositivos em 180 graus (ou ambos em 90 graus em direções opostas)? Nada, claro. E, no entanto, essa rotação alterou efetivamente o número de voltas por um!

A instalação mais comum do cabeamento Cat-5 para comunicações em rede é nos padrões 10Base-T.

Isso significa que 2 pares, normalmente azul e verde, estarão carregando dados. Azul tem 72 voltas por metro e verde tem 65 voltas por metro.

Em distâncias curtas, nada disso importa. Você pode ter fitas enroladas em luzes fluorescentes conectando suas placas de rede, se você ficar abaixo de 10 metros. (Fonte: teste pessoal, apenas para ver se eu poderia fazê-lo. Era mais lento que 10 Mbits porque o TCP tinha que corrigir corretamente, mas os bits foram transferidos e eventualmente transferiram os arquivos. Além disso, não foi enrolado com força no tubo fluorescente, provavelmente enrolado cerca de 4 vezes por metro.)

O pior cenário para a fiação Cat-5 em código da Ethernet 10Base-T é ter 3 segmentos de 100 metros usando amplificadores entre cada segmento. (O código diz que o maior comprimento de Cat-5 para 10Base-T é de 100m e não mais de 2 amplificadores entre os segmentos de 100m antes de você precisar de um repetidor.) No entanto, boa sorte em encontrar um amplificador em vez de um repetidor: cada chave e mais hubs burros produzidos hoje serão repetidos.

Nesse cenário de pior cenário, você pode montar um prédio de escritórios sem perda de dados, incluindo ruídos de computadores, luzes fluorescentes, sistema HVAC, placas de alumínio aleatórias, vigas de ferro aleatórias, sistema elétrico, objetos aterrados, como tubos de cobre para o aspersor sistema e encanamento, etc. Naturalmente, se você tiver algo mais barulhento do que um prédio de escritórios, como um chão de fábrica que usa equipamentos de alta tensão, você desejará um par trançado blindado.

São 300 metros sem perda de dados, com pelo menos 65tpm x 300m = 19500 twists no seu par verde. Não há muita diferença entre as torções de 19500 e 19499 nesse pior cenário, onde a torção por metro realmente começa a importar.

Portanto, na pior das hipóteses, é melhor planejar cuidadosamente sua rota de cabos para evitar alta tensão, linhas de energia, emissores EM ruidosos (luzes) e condutores aterrados do que se preocupar se você tem um número par ou ímpar de torções.

E, um pouco de curiosidades: você sempre tem um número ímpar de reviravoltas. Cada tomada RJ-45 é montada alternando entre a ponta e o anel, e a ponta é sempre o pino mais à esquerda, independentemente de você estar usando o padrão A ou B, para que os cabos de passagem e cruzado sempre tenham um número ímpar de torções. Virar o cabo também não altera o número de voltas que cada par possui. Mesmo se você tiver uma fita plana, há uma torção de 180 por par.

$L$$d$$Ld$$2N+1$$2N$ pick-ups são cancelados em pares (como você entendeu) e você fica com uma pick-up reduzida de$\frac{1}{2N+1}$ do original.

Por um grande número de voltas $N$, isso é muito significativo. Os receptores são "robustos" para pequenas quantidades de ruído porque o sinal de interesse real é bastante grande. Além disso, você pode adicionar circuitos diferentes para aumentar a robustez ao ruído. Por exemplo, você pode adicionar um "gatilho Schmitt": detecta quando a entrada atinge um certo nível de gatilho (digamos 1 V) para a borda ascendente e depois altera o nível em que será acionado novamente (digamos 0,8 V) na queda Beira. Um pequeno "jiggle" (100 mV) na parte superior do sinal de entrada não será suficiente para causar um disparo adicional: você será acionado uma vez na borda ascendente e uma vez na borda descendente.

Existem muitos outros truques sofisticados para "recuperação do relógio" que podem ajudar a limpar o sinal. Torcer os fios é apenas uma etapa (muito importante - porque barata e eficaz).

10Base-T e 100-Base-TX são protocolos digitais que operam em + -2,5V e + -1V / 0V, respectivamente. Além disso, há uma tolerância na ordem de + -5-10% para os níveis de sinal.

Assumindo que este cabo esteja colocado em um ambiente normal, o ruído acumulado em uma única torção é pequeno porque: 1) as torções são pequenas e 2) os fios estão próximos.

Tomados em conjunto, o viés de tensão de uma única torção desequilibrada e ímpar é insignificante.

Outros responderam bem à pergunta. Exceto: "Como a extremidade receptora compensa isso e / ou detecta o EMI e determina qual mV em cada par pode ser ignorado?"

O receptor observa a diferença de tensão entre os dois fios em um par. Ignora, para uma aproximação muito boa, o sinal comum aos dois fios. Contanto que a diferença devido ao sinal original seja maior que a diferença no ruído induzido, ele recupera os dados originais. Essa mágica é conhecida como rejeição no modo comum, e é o motivo pelo qual um serviço telefônico antigo simples e cabos de microfone muito longos funcionam, apesar do zumbido de 60Hz induzido milhares de vezes maior que o sinal.