¿Por qué las tomas Ethernet/RJ45 están acopladas magnéticamente?

Question

Como dice el título en realidad, ¿por qué las tomas de ethernet tienen que estar acopladas? Tengo una comprensión básica de la electrónica, pero sobre todo, no puedo averiguar los términos de búsqueda correctos para googlear esto correctamente.

Answer 1

La respuesta correcta es porque la especificación de ethernet lo requiere .

Aunque no lo hayas preguntado, otros pueden preguntarse por qué se ha elegido este método de conexión para ese tipo de ethernet. Ten en cuenta que esto sólo se aplica a las variedades de ethernet punto a punto, como 10base-T y 100base-T, no a la ethernet original ni a la ethernet ThinLan.

El problema es que ethernet puede soportar tramos bastante largos, de manera que los equipos de los distintos extremos pueden recibir energía de ramas distantes de la red de distribución de energía dentro de un edificio o incluso de edificios diferentes. Esto significa que puede haber importantes desplazamiento del suelo entre nodos ethernet. Esto es un problema con los esquemas de comunicación referenciados a tierra, como el RS-232.

Hay varias formas de tratar las desviaciones de tierra en las líneas de comunicaciones, siendo las dos más comunes el optoaislamiento y el acoplamiento de transformadores. El acoplamiento del transformador fue la elección correcta para ethernet, dadas las compensaciones entre los métodos y lo que ethernet estaba tratando de lograr. Incluso la primera versión de ethernet que utilizó el acoplamiento por transformador funciona a 10 Mbit/s. Esto significa que, como mínimo, el canal general tiene que soportar señales digitales de 10 MHz, aunque en la práctica, con el esquema de codificación utilizado, en realidad necesita el doble. Incluso una onda cuadrada de 10 MHz tiene niveles que duran sólo 50 ns. Eso es muy rápido para los optoacopladores. Hay medios de transmisión de luz que van mucho más rápido que eso, pero no son baratos ni sencillos en cada extremo como lo son los transformadores de impulsos de ethernet.

Una de las desventajas del acoplamiento de los transformadores es que se pierde la corriente continua. En realidad, eso no es tan difícil de solucionar. Te aseguras de que toda la información se transmite por modulación lo suficientemente rápido como para que pase por los transformadores. Si miras la señalización de ethernet, verás cómo se tuvo en cuenta esto.

Los transformadores también tienen buenas ventajas, como un buen rechazo del modo común. Un transformador sólo "ve" la tensión a través de sus devanados, no la tensión común a la que se dirigen ambos extremos del devanado simultáneamente. Se obtiene un extremo frontal diferencial sin un circuito deliberado, sólo la física básica.

Una vez que se decidió el acoplamiento del transformador, fue fácil especificar una alta tensión de aislamiento sin crear mucha carga. Hacer un transformador que aísle el primario y el secundario por unos pocos 100 V es algo que se hace a menos que se intente no hacerlo. Hacerlo bueno hasta 1000 V no es mucho más difícil ni mucho más caro. Teniendo en cuenta esto, ethernet se puede utilizar para comunicar entre dos nodos activamente conducidos a voltajes significativamente diferentes, no sólo para hacer frente a unos pocos voltios de compensación de tierra. Por ejemplo, está perfectamente bien y dentro de la norma tener un nodo montado en una fase de la línea eléctrica con el otro referenciado al neutro.

Answer 2

1. Aislamiento. Así, si el cable entra en cortocircuito con un alto voltaje, tu placa no explotará.
2. Es necesario ya que el otro extremo puede tener una tierra diferente. Ese es un caso específico de aislamiento, pero también es necesario en el funcionamiento normal.

Answer 3

El aislamiento es una muy buena idea en los sistemas de comunicaciones que conectan muchos equipos diferentes en una zona amplia. No quieres que las corrientes/tensiones de fallo en el cableado de la red o en los dispositivos se propaguen al cableado de comunicaciones.

Hay básicamente dos opciones para el aislamiento, el opto y el transformador. El aislamiento por transformador tiene un par de ventajas importantes. En primer lugar, la potencia de la señal pasa a través del transformador, lo que significa que no es necesario llevar una fuente de alimentación al lado "aislado" de la barrera. En segundo lugar, los transformadores son muy buenos generando y recibiendo señales diferenciales y proporcionando un alto rechazo de modo común, lo que los convierte en una buena combinación con el cableado de par trenzado. En tercer lugar, es más fácil diseñar transformadores para alta frecuencia (es decir, alta velocidad) que optoacopladores.

El acoplamiento de los transformadores tiene algunos inconvenientes: los transformadores no funcionan con corriente continua y los pequeños transformadores que funcionan bien a altas frecuencias no lo hacen tanto a bajas frecuencias, pero esto se soluciona fácilmente con esquemas de codificación de líneas que evitan las bajas frecuencias.

Answer 4

Otra función importante sin fisuras que a menudo se olvida es la adaptación de la impedancia:

El transformador de señal iguala la impedancia del lado PHY (típicamente 100 Ohmios de diferencia) con la impedancia del lado de la línea (típicamente 150 Ohmios de diferencia).

ALGUNA ACLARACIÓN tras el comentario de Kevin:

de aquí :

Algunas denominaciones para diferentes tipos de cables:

• UTP = Cable trenzado no apantallado (equilibrado) de 4 pares, 100 ohmios
• STP = Cable de 2 pares apantallado con lámina/trenzado general y apantallado individualmente, 150 Ohm
• FTP = Cable de 4 pares apantallado, 100 Ohm
• ScTP = Cable apantallado con lámina/trenzado, 100 o 120 Ohm

Además, tanto la UPT de 100 ohmios como la STP de 150 ohmios se mencionan en la norma como medio --- véase IEEE 802.3, subcláusula 24.1.2, punto d).

Por lo tanto, es evidente que hay que decir que el transformador de señal hace coincidir la impedancia del lado PHY (típicamente 100 Ohmios de diferencia) con la impedancia del lado de la línea (pueden ser varias) .