¿Qué pasa si hay un número impar de giros en un cable de par trenzado?

Question

No soy electricista ni estudiante del campo. Soy un ingeniero de redes con un bichito de curiosidad que recientemente me ha llevado a explorar el cableado y específicamente el Par Trenzado. Lo digo para pedir que las respuestas sean 'simplificadas' para que yo pueda entenderlo ^_^.

Finalmente he comprendido la razón por la que 100BASE-TX y 10BASE-T usan dos cables (un par) para TX y otros dos cables (otro par) para RX. Entiendo que a través de cada par, un cable transmite la señal original, y el otro cable transmite la inversa exacta.

También finalmente he entendido por qué los cables están trenzados dentro del par. Efectivamente, para permitir que las fuentes ambientales de Interferencia Electromagnética (EMI) afecten de la misma manera a ambos pares de cables, en lugar de hacerlo de manera desproporcionada.

Lo que me llevó a entenderlo fue esta imagen, publicada en ResearchGate.net en este Post por Dr. Ismat Aldmour:

También voy a publicar su explicación aquí, para evitar el riesgo de que los enlaces se dañen:

Una vez tuve que explicar esto a mis estudiantes de redes dibujando algo similar a la Figura adjunta. En la Figura 1, en el caso del par paralelo, la interferencia hace que el cable rojo (el más cercano a la fuente de interferencia) recoja más voltaje (inducido) por unidad de longitud (1 mV como ejemplo) mientras que recoge menos (0,5mV) en el cable azul. La diferencia total en el destino es de 3mV. Mientras que en el caso del par trenzado (Figura 2), la diferencia total es de 0V en el destino porque las partes (giros) de los cables rojo y azul están alternativamente sometidas al mismo nivel de interferencia y, por lo tanto, la diferencia total en el destino es de 0V. Dibujé esta figura para esta pregunta con la esperanza de usarla también en mis clases. Esto es especialmente útil cuando se enseña redes a estudiantes que no son ingenieros eléctricos y no reconocen términos como impedancia, ruido en modo diferencial, ...etc. Por cierto, la interferencia en pares trenzados proviene principalmente de la señalización en otros pares que se ejecutan juntos dentro del mismo cable, los cuales pueden haber muchos. Gracias. @AlDmour.

Con la imagen y la explicación, entiendo cómo los seis giros parejos hacen que ambos cables del par sean igualmente afectados por la EMI ambiental, y la interferencia neta termina en +0. Mi pregunta es, ¿Qué sucede si hay un número impar de giros en el cable?

Por ejemplo, si se agrega medio giro más a la imagen de la Figura 2 anterior, el delta de interferencia en el cable Rojo sería +1mV, y el delta de interferencia en el cable Azul sería +0.5mV.

¿Cómo compensa el extremo receptor eso, y/o detecta la EMI y determina qué mV en cada par puede ignorar?

Answer 1

Un número par de giros es mejor, pero no conozco situaciones prácticas de cables donde valga la pena el esfuerzo: hay otras fuentes de interferencia que probablemente son más importantes que la pequeña diferencia que haría.

Otra forma de verlo: la cantidad de interferencia magnética es proporcional al área entre los dos cables. Con un número par perfecto de giros, el área es efectivamente cero. Con un número impar de giros, es básicamente un área de un giro. Aún así, sigue siendo una vasta mejora sobre no tener giros en absoluto :)

Answer 2

El número par o impar de vueltas es, para todos los efectos, arbitrario.

Lo más importante es el número de Vueltas por Pulgada (TPI). Cuanto mayor sea este número, más se logrará la cancelación de ruido.

¿Por qué? Pues simplemente, cualquier fuente de ruido (campos magnéticos, etc.) suele variar a lo largo del cable. Si puedes torcer un cable más veces, significa que cada cable experimentará más cerca el mismo ruido en cualquier punto dado.

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Para visualizarlo, en el diagrama que has publicado, en un campo más variable, imagina que el alambre en la parte superior experimenta ruido en cada vuelta: 1mv 1mv 0.5mv 2mv 3mv 1mv o algún otro número arbitrariamente elegido. Luego, el de abajo vería: 2mv 1mv 3mv 0.1mv 1mv 2mv o lo que sea. Ahora ya no coinciden, por lo que lo de par/impar deja de importar. Si duplicaras el número de vueltas, pero no cambiaras los niveles de ruido, verías que cada alambre ahora experimenta el mismo ruido.

Por lo tanto, realmente querrías dos vueltas en cualquier punto donde cambien las fuentes de ruido. En realidad, estos cambios son continuos, y cada entorno en el que uses el cable es diferente. En ese punto básicamente deja de importar si hay vueltas impares o pares, ya que nunca se podría garantizar que las dos experimenten exactamente el mismo ruido, solo cercano al mismo.

Answer 3

La instalación más común de cableado Cat-5 para comunicaciones de red es a estándares de 10Base-T.

Esto significa que 2 pares, típicamente azul y verde, llevarán los datos. El azul tiene 72 vueltas por metro, y el verde tiene 65 vueltas por metro.

En distancias cortas, nada de esto importa. Podrías tener cintas enrolladas alrededor de luces fluorescentes conectando tus tarjetas de red, si te mantienes por debajo de los 10 metros. (Fuente: prueba personal solo para ver si podía hacerlo. Fue más lento que 10Mbit porque TCP tuvo que corregir errores, pero los bits pasaron y eventualmente se transfirieron archivos. Además, no estaba enrollado firmemente alrededor del tubo fluorescente, probablemente enrollado alrededor de 4 veces por metro.)

El peor escenario para el cableado de Cat-5 en código de Ethernet 10Base-T es tener 3 segmentos de 100 metros usando amplificadores entre cada segmento. (El código dice que la longitud máxima de cualquier cable Cat-5 para 10Base-T es de 100m, y no más de 2 amplificadores entre los segmentos de 100m antes de necesitar un repetidor). Buena suerte encontrando un amplificador en lugar de un repetidor, sin embargo: cada switch y la mayoría de los hubs tontos producidos hoy en día repetirán.

Con este peor escenario, puedes colgar un edificio de oficinas sin ninguna pérdida de datos, incluido ruido de computadoras, luces fluorescentes, el sistema de climatización, placas de aluminio aleatorias, vigas de hierro aleatorias, el sistema eléctrico, objetos a tierra como tuberías de cobre para el sistema contra incendios y fontanería, etc. Naturalmente, si estás en algo más ruidoso que un edificio de oficinas, como una planta de fabricación que utiliza equipos de alto voltaje, querrás un par trenzado blindado.

Eso son 300 metros sin pérdida de datos, con al menos 65vueltas/metro x 300m = 19500 vueltas en tu par verde. No hay mucha diferencia entre 19500 y 19499 vueltas en este peor escenario, donde la cantidad de vueltas por metro realmente comienza a importar.

Entonces, en el peor escenario, es mejor planificar cuidadosamente la ruta de tu cableado para evitar alto voltaje, líneas de energía, emisores EM ruidosos (luces) y conductores a tierra que preocuparse si tienes un número par o impar de vueltas.

Y, un poco de trivia: Siempre tienes un número impar de vueltas. Cada conector RJ-45 está ensamblado alternando entre punta y anillo, y la punta siempre es el pin más a la izquierda, independientemente de si estás utilizando el estándar A o B, por lo que tanto los cables de paso como los cables cruzados siempre tienen un número impar de vueltas. Incluso si tienes una cinta plana, hay una vuelta de 180 grados por par.

Answer 4

Incluso o impar no es significativo para las longitudes de cable en cuestión. Lo que es más significativo es el número de vueltas por unidad de longitud (y esta es también la razón por la cual las especificaciones limitan la cantidad que se te permite desenrollar al instalarlo). En su lugar, las vueltas son pares para que no ocurra ningún cambio de polaridad de señal a lo largo del cable.

Haz el siguiente experimento mental (o hazlo con un cable real): Si el cable no corre recto, sino que se dobla mayormente volviendo sobre sí mismo para que ambos conectores a los que se une estén relativamente cerca uno del otro - ¿qué esperas que suceda si giras uno de los conectores/dispositivos en 180 grados (o ambos en 90 grados en direcciones opuestas)? Nada, por supuesto. ¡Y sin embargo, esta rotación cambió efectivamente el número de vueltas en uno!

Answer 5

La cantidad de señal recogida es proporcional al área del "loop". Si tiene un par sin torsión de longitud \$L\$ y separación \$d\$, el área es \$Ld\$. Si ahora tiene \$2N+1\$ medias vueltas en el alambre, las primeras \$2N\$ recogidas se cancelan en pares (como ya entendió) y le queda una recogida reducida de \$\frac{1}{2N+1}\$ del original.

Para un gran número de vueltas \$N\$, eso es muy significativo. Los receptores son "robustos" a pequeñas cantidades de ruido porque la señal de interés es bastante grande. Además, puede agregar diferentes circuitos para aumentar la resistencia al ruido. Por ejemplo, puede agregar un "gatillo Schmitt": esto detecta cuando la entrada alcanza un cierto nivel de activación (digamos 1 V) en el flanco de subida, luego cambia el nivel en el cual se activará de nuevo (digamos 0.8 V) en el flanco de bajada. Un pequeño (100 mV) "movimiento" encima de la señal de entrada no será suficiente para causar un disparador adicional: se activará una vez en el flanco de subida y otra vez en el flanco de bajada.

Hay muchos otros trucos sofisticados para la "recuperación de reloj" que pueden ayudar a limpiar la señal. Torsionar los cables es solo un (muy importante, porque barato y efectivo) paso.