จะเกิดอะไรขึ้นถ้ามีจำนวนบิดผิดปกติในสายเคเบิลคู่บิด

ฉันไม่ได้เป็นช่างไฟฟ้าหรือนักเรียนของสนาม ฉันเป็นวิศวกรเครือข่ายที่มีข้อผิดพลาดอยากรู้อยากเห็นและที่เพิ่งพาฉันไปสำรวจสายและ Twisted Pair โดยเฉพาะ ฉันพูดแบบนี้เพื่อขอร้องว่าคำตอบนั้น 'โง่' เพื่อที่ฉันจะได้เข้าใจมัน ^ _ ^

ในที่สุดฉันก็เข้าใจเหตุผลที่ 100BASE-TX และ 10BASE-T ใช้สายสองเส้น (หนึ่งคู่) สำหรับ TX และอีกสองสาย (อีกคู่) สำหรับ RX ฉันเข้าใจว่าในแต่ละคู่สายหนึ่งสายจะส่งสัญญาณดั้งเดิมและอีกสายหนึ่งจะส่งอินเวอร์สที่แน่นอน

ในที่สุดฉันก็เพิ่งเข้าใจว่าทำไมสายถูกบิดภายในคู่ อย่างมีประสิทธิภาพเพื่อให้แหล่งกำเนิดของสัญญาณรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) โดยรอบมีผลกระทบต่อคู่ลวดทั้งคู่อย่างเท่าเทียมกันแทนที่จะเป็นอีกหนึ่งสัดส่วนที่ไม่เป็นสัดส่วน

สิ่งที่ทำให้ฉันเข้าใจว่าเป็นภาพนี้โพสต์บนResearchGate.netในโพสต์นี้โดยดร. Ismat Aldmour :

ฉันจะโพสต์คำอธิบายของเขาที่นี่เช่นกันเพื่อหลีกเลี่ยงความเสี่ยงของลิงค์เน่า:

ฉันต้องอธิบายสิ่งนี้กับนักเรียนของฉันในระบบเครือข่ายเพียงครั้งเดียวโดยวาดสิ่งที่คล้ายกับรูปที่แนบมา ในรูปที่ 1 ในกรณีของคู่ขนานสัญญาณรบกวนจะทำให้ลวดสีแดง (ใกล้กับแหล่งสัญญาณรบกวน) แรงดันไฟฟ้าที่รับมากขึ้น (เหนี่ยวนำ) ต่อความยาวหน่วย (ตัวอย่าง 1 mV) ในขณะที่เหนี่ยวนำน้อยกว่า (0,5mV) ลวดสีน้ำเงิน ความแตกต่างทั้งหมดที่ปลายทางคือ 3mV ในขณะที่กรณีคู่บิด (รูปที่ 2) ความแตกต่างทั้งหมดคือ 0V ที่ปลายทางเนื่องจากชิ้นส่วน (บิด) ของสายสีแดงและสีน้ำเงินหรืออาจมีการรบกวนในระดับเดียวกันและความแตกต่างทั้งหมดที่ปลายทางคือ 0V ฉันวาดรูปนี้สำหรับคำถามนี้โดยหวังว่าจะใช้มันในการบรรยายเช่นกัน สิ่งนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งเมื่อสอนการสร้างเครือข่ายให้กับนักศึกษาวิศวกรรมที่ไม่ใช่ไฟฟ้าซึ่งไม่รู้จักเงื่อนไขของอิมพีแดนซ์ ข้อกำหนดเกี่ยวกับสัญญาณรบกวนของโหมดต่าง, ... ฯลฯ อย่างไรก็ตามการรบกวนในคู่บิดส่วนใหญ่มาจากการส่งสัญญาณในคู่อื่น ๆ ที่ทำงานร่วมกันภายในสายเคเบิลเดียวกันซึ่งสามารถมีจำนวนมากของพวกเขา ขอบคุณ @AlDmour

ด้วยภาพและ explination ผมเข้าใจว่าหกแม้บิดก่อให้เกิดสายทั้งในคู่ที่จะได้รับผลกระทบอย่างเท่าเทียมกันโดยรอบอีเอ็มไอและรบกวนเดลต้าสุทธิที่จะจบลงที่ 0 คำถามของฉันคือจะเกิดอะไรขึ้นหากมีการบิดในจำนวนคี่

ตัวอย่างเช่นหากเพิ่มอีกครึ่งหนึ่งบิดในรูปภาพ 2 รูปด้านบนเดลต้าสัญญาณรบกวนในสายสีแดงจะเป็น + 1mV และเดลต้าสัญญาณรบกวนบนสายสีน้ำเงินจะเป็น + 0.5mV

การรับปลายทางชดเชยได้อย่างไรและ / หรือตรวจจับอีเอ็มไอและตัดสินว่า mV ในแต่ละคู่สามารถเพิกเฉยได้อย่างไร

การบิดเป็นเลขคู่ดีกว่า แต่ฉันไม่ได้ตระหนักถึงสถานการณ์ของสายเคเบิลที่ควรค่ากับปัญหา: มีแหล่งรบกวนอื่น ๆ ซึ่งอาจสำคัญกว่าความแตกต่างเล็ก ๆ น้อย ๆ

อีกวิธีในการดู: ปริมาณของสัญญาณรบกวนแม่เหล็กเป็นสัดส่วนกับพื้นที่ระหว่างสองสาย ด้วยจำนวนที่สมบูรณ์แบบของการบิดพื้นที่ที่เป็นศูนย์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ด้วยการบิดจำนวนคี่มันเป็นหนึ่งในพื้นที่บิด ยังคงมีการปรับปรุงอย่างมากมายโดยไม่ต้องบิดเลย :)

จำนวนคู่บิดหรือคี่สำหรับจุดประสงค์และวัตถุประสงค์ทั้งหมดโดยพลการ

สิ่งที่สำคัญกว่าคือจำนวน Twists per Inch (TPI) ยิ่งจำนวนนี้สูงขึ้นเท่าไรการยกเลิกเสียงรบกวนก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

ทำไม? เพียงแค่ใส่แหล่งกำเนิดเสียงใด ๆ (สนามแม่เหล็ก ฯลฯ ) มักจะแตกต่างกันไปตามความยาวของสายเคเบิล หากคุณสามารถบิดสายเคเบิลได้มากขึ้นหมายความว่าสายเคเบิลแต่ละเส้นจะมีสัญญาณรบกวนที่ใกล้เคียงกันมากขึ้นในทุกจุด

เมื่อต้องการเห็นภาพในแผนภาพที่คุณโพสต์ในเขตข้อมูลที่แตกต่างกันมากขึ้นลองจินตนาการว่าลวดที่อยู่ด้านบนนั้นมีเสียงรบกวนจากการบิดแต่ละครั้งคือ: 1mv 1mv 0.5mv 2mv 3mv 1mvหรือตัวเลขอื่น ๆ ที่เลือกโดยพลการ จากนั้นคนที่อยู่ด้านล่างเห็น: 2mv 1mv 3mv 0.1mv 1mv 2mvหรืออะไรก็ตาม ตอนนี้พวกเขาไม่เข้ากันอีกต่อไป ทีนี้ถ้าคุณต้องเพิ่มจำนวนของการบิดเป็นสองเท่า แต่ไม่เปลี่ยนระดับเสียงคุณจะเห็นว่าตอนนี้แต่ละสายมีประสบการณ์เสียงเดียวกัน

ดังนั้นคุณต้องการให้มีการบิดสองจุด ณ จุดที่แหล่งกำเนิดเสียงเปลี่ยนแปลง ในความเป็นจริงการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้อย่างต่อเนื่องและทุกสภาพแวดล้อมที่คุณใช้สายเคเบิลจะแตกต่างกัน ณ จุดนี้โดยทั่วไปแล้วไม่ว่าจะมีอะไรแปลกหรือบิดเพราะทั้งสองไม่สามารถรับประกันได้ว่าจะได้รับประสบการณ์ที่แน่นอนรับเสียงเดียวกันเพียงแค่ใกล้เคียงกัน

แม้หรือคี่ไม่สำคัญสำหรับความยาวของสายในคำถาม สิ่งที่สำคัญยิ่งกว่าคือจำนวนของการบิดต่อหน่วยความยาว (และนี่คือเหตุผลที่ข้อมูลจำเพาะ จำกัด จำนวนที่คุณได้รับอนุญาตให้ยกเลิกการบิดเมื่อทำการติดตั้ง) แต่จำนวนของการบิดจะเป็นแบบเดียวกันดังนั้นจึงไม่มีการสลับขั้วสัญญาณที่เกิดขึ้นตามสายเคเบิล

สร้าง Gedankenexpeirment ต่อไปนี้ (หรือใช้สายเคเบิลจริง): หากสายเคเบิลไม่วิ่งตรง แต่ส่วนใหญ่จะโค้งกลับไปที่ตัวเองเพื่อให้แจ็คทั้งสองเชื่อมต่อกันค่อนข้างใกล้กัน - คุณคาดหวังว่าจะเกิดอะไรขึ้นถ้าคุณหมุน หนึ่งในแจ็ค / อุปกรณ์ 180 องศา (หรือทั้งสองอย่าง 90 องศาในทิศทางตรงกันข้าม)? ไม่มีอะไรแน่นอน และถึงกระนั้นการหมุนครั้งนี้ก็เปลี่ยนจำนวนของการบิดเป็นหนึ่งเดียวได้อย่างมีประสิทธิภาพ!

การติดตั้งสายเคเบิล Cat-5 ที่พบมากที่สุดสำหรับการสื่อสารเครือข่ายคือมาตรฐาน 10Base-T

ซึ่งหมายถึง 2 คู่ซึ่งโดยปกติจะเป็นสีน้ำเงินและสีเขียวจะถือข้อมูล สีน้ำเงินมี 72 รอบต่อเมตรและสีเขียวมี 65 รอบต่อเมตร

ในระยะทางสั้น ๆ ไม่มีเรื่องนี้เลย คุณอาจมีริบบิ้นพันรอบไฟนีออนที่เชื่อมต่อการ์ดเครือข่ายของคุณหากคุณอยู่ต่ำกว่า 10 เมตร (ที่มา: การทดสอบส่วนบุคคลเพียงเพื่อดูว่าฉันสามารถทำได้หรือไม่มันช้ากว่า 10Mbit เนื่องจาก TCP มีข้อผิดพลาดถูกต้อง แต่บิตได้ผ่านและถ่ายโอนไฟล์ในที่สุดนอกจากนี้มันไม่ได้พันรอบหลอดฟลูออเรสเซนต์อย่างแน่นหนา ประมาณ 4 ครั้งต่อเมตร)

สถานการณ์กรณีที่เลวร้ายที่สุดสำหรับการเดินสายในรหัส Cat-5 ของ 10Base-T Ethernet นั้นจะมี 3 ส่วน 100 เมตรโดยใช้เครื่องขยายเสียงระหว่างแต่ละส่วน (รหัสบอกว่ายาวที่สุดของ Cat-5 สำหรับ 10Base-T ที่ยาวที่สุดคือ 100 ม. และไม่เกิน 2 แอมพลิฟายเออร์ระหว่างเซกเมนต์ 100 ม. ก่อนที่คุณต้องการ repeater) ขอให้โชคดีในการค้นหาแอมป์แทน Repeater ฮับใบ้ที่ผลิตในวันนี้จะทำซ้ำ

ด้วยสถานการณ์กรณีที่เลวร้ายที่สุดนี้คุณสามารถต่อสายอาคารสำนักงานโดยไม่สูญเสียข้อมูลใด ๆ รวมถึงเสียงรบกวนจากคอมพิวเตอร์ไฟฟลูออเรสเซนต์ระบบ HVAC แผ่นอะลูมิเนียมแบบสุ่มคานเหล็กแบบสุ่มระบบไฟฟ้าวัตถุที่มีสายกราวด์เช่นท่อทองแดงสำหรับสปริงเกอร์ ระบบและระบบประปา ฯลฯ โดยธรรมชาติหากคุณอยู่ในสถานที่ที่มีเสียงรบกวนมากกว่าอาคารสำนักงานเช่นพื้นโรงงานที่ใช้อุปกรณ์ไฟฟ้าแรงสูงคุณจะต้องมีสายคู่บิดป้องกัน

นั่นคือ 300 เมตรโดยไม่สูญเสียข้อมูลอย่างน้อย65tpm x 300m = 19500 twistsคู่สีเขียวของคุณ มีความแตกต่างไม่มากนักระหว่างปี 19500 ถึง 19499 บิดในสถานการณ์ที่เลวร้ายที่สุดกรณีนี้การบิดตัวต่อเมตรเริ่มต้นที่สำคัญ

ดังนั้นในสถานการณ์กรณีที่เลวร้ายที่สุดคุณควรวางแผนการเดินสายเคเบิลอย่างระมัดระวังเพื่อหลีกเลี่ยงการใช้ไฟฟ้าแรงสูงสายไฟฟ้าตัวส่งสัญญาณ EM ที่มีเสียงดัง (ไฟ) และตัวนำที่มีสายกราวนด์มากกว่ากังวลว่าคุณจะมีจำนวนบิดเป็นสองเท่าหรือแปลก

และเรื่องไม่สำคัญ: คุณมีเลขคี่อยู่เสมอ แจ็ค RJ-45 แต่ละตัวจะประกอบสลับกันระหว่างส่วนปลายและวงแหวนและส่วนปลายนั้นเป็นพินด้านซ้ายสุดเสมอไม่ว่าคุณจะใช้มาตรฐาน A หรือ B ก็ตามดังนั้นสายเคเบิลแบบพาส - ทรูและครอสโอเวอร์จะมีจำนวนคี่เสมอ บิด การพลิกสายไม่ได้เปลี่ยนจำนวนของการบิดที่แต่ละคู่มีเช่นกัน แม้ว่าคุณจะมีริบบิ้นแบนมีหนึ่งบิด 180 ต่อคู่

$L$$d$$Ld$$2N+1$$2N$$\frac{1}{2N+1}$ของต้นฉบับ

$N$

มีเทคนิคที่ซับซ้อนอื่น ๆ อีกมากมายสำหรับ "การกู้คืนนาฬิกา" ที่สามารถช่วยในการทำความสะอาดสัญญาณ การบิดสายเป็นเพียงขั้นตอนเดียว (สำคัญมาก - เพราะราคาถูกและมีประสิทธิภาพ)

10Base-T และ 100-Base-TX เป็นโปรโตคอลดิจิตอลที่ทำงานที่ + -2.5V และ + -1V / 0V ตามลำดับ นอกจากนี้ยังมีความอดทนในการสั่งซื้อ + -5-10% สำหรับระดับสัญญาณ

สมมติว่าสายเคเบิลนี้วางอยู่ในสภาพแวดล้อมปกติเสียงที่สะสมในการบิดเพียงครั้งเดียวนั้นมีขนาดเล็กเนื่องจาก: 1) บิดมีขนาดเล็กและ 2) สายไฟอยู่ใกล้กัน

เมื่อรวมเข้าด้วยกันความต่างศักย์ของแรงบิดจากการบิดคี่เดียวที่ไม่สมดุลและไม่มีนัยสำคัญนั้น

คนอื่น ๆ ตอบคำถามได้ดี ยกเว้น: "การรับปลายทางชดเชยได้อย่างไรและ / หรือตรวจจับอีเอ็มไอและตัดสินว่า mV ในแต่ละคู่สามารถเพิกเฉยได้อย่างไร"

ผู้รับดูความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างสายสองเส้นในคู่ มันไม่สนใจการประมาณที่ดีมากสัญญาณที่ใช้ร่วมกับสายทั้งสอง ตราบใดที่ความแตกต่างเนื่องจากสัญญาณดั้งเดิมมีขนาดใหญ่กว่าความแตกต่างของเสียงรบกวนที่เหนี่ยวนำมันจะกู้คืนข้อมูลต้นฉบับ เวทมนตร์นี้เรียกว่าการปฏิเสธโหมดทั่วไปและเป็นเหตุผลที่บริการโทรศัพท์แบบเก่าธรรมดาและสายไมโครโฟนยาวจริง ๆ ใช้งานได้แม้จะมีสัญญาณ 60Hz มากกว่าสัญญาณ