Warum sind Ethernet/RJ45-Buchsen magnetisch gekoppelt?

Wie der Titel schon sagt, warum müssen Ethernet-Sockets magnetisch gekoppelt sein? Ich habe ein grundlegendes Verständnis von Elektronik, aber meistens kann ich nicht die richtigen Suchbegriffe finden, um das richtig zu googeln.

Lassen Sie mich raten: Dies hängt mit dem jüngsten Schluckauf bei der Herstellung von Raspberry Pi zusammen, bei dem nicht magnetisch gekoppelte RJ45-Buchsen Mag-Buchsen ersetzten? Eine gute Frage, und die Antworten in den Kommentaren zu diesem Blog sind überall.
Es erinnerte mich eher daran, dass ich keine Ahnung hatte, wofür es war, anstatt die Frage tatsächlich zu stellen. Es tauchte auch in unserem Büro auf, als wir versuchten, zwei Ethernet-Kabel miteinander zu verbinden, aber in der Art und Weise, wie es mag-gekoppelte Buchsen bedeuten funktioniert nicht. Danke aber für den Hinweis.
Richtig, also hauptsächlich, um Lärm zu reduzieren und so etwas davon abzuhalten, die Zieltafel zu töten, hab ich.

Antworten (4)

Die richtige Antwort lautet, weil die Ethernet-Spezifikation dies erfordert .

Obwohl Sie nicht danach gefragt haben, fragen sich andere vielleicht, warum diese Verbindungsmethode für diese Art von Ethernet gewählt wurde. Beachten Sie, dass dies nur für die Punkt-zu-Punkt-Ethernet-Varianten wie 10base-T und 100base-T gilt, nicht für das ursprüngliche Ethernet oder ThinLan-Ethernet.

Das Problem besteht darin, dass Ethernet ziemlich lange Laufzeiten unterstützen kann, sodass Geräte an verschiedenen Enden von entfernten Zweigen des Stromverteilungsnetzes innerhalb eines Gebäudes oder sogar verschiedener Gebäude mit Strom versorgt werden können. Dies bedeutet, dass es zwischen Ethernet-Knoten zu einem erheblichen Masseversatz kommen kann. Dies ist ein Problem bei massebezogenen Kommunikationsschemata wie RS-232.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, mit Erdungsverschiebungen in Kommunikationsleitungen umzugehen, wobei die beiden häufigsten Optoisolation und Transformatorkopplung sind. Die Transformatorkopplung war die richtige Wahl für Ethernet angesichts der Kompromisse zwischen den Methoden und dem, was Ethernet erreichen wollte. Selbst die früheste Version von Ethernet, die eine Transformatorkopplung verwendete, läuft mit 10 Mbit/s. Das bedeutet, dass der Gesamtkanal mindestens 10-MHz-Digitalsignale unterstützen muss, obwohl er in der Praxis mit dem verwendeten Codierungsschema sogar das Doppelte benötigt. Selbst eine 10-MHz-Rechteckwelle hat Pegel, die nur 50 ns dauern. Das ist für Optokoppler sehr schnell. Es gibt Lichtübertragungsmittel, die viel schneller gehen, aber sie sind an jedem Ende nicht billig oder einfach wie die Ethernet-Impulstransformatoren.

Ein Nachteil der Transformatorkopplung besteht darin, dass Gleichstrom verloren geht. Das ist eigentlich gar nicht so schwer zu verarbeiten. Sie stellen sicher, dass alle Informationen durch Modulation schnell genug übertragen werden, um durch die Transformatoren zu gelangen. Wenn Sie sich die Ethernet-Signalisierung ansehen, sehen Sie, wie dies berücksichtigt wurde.

Transformatoren haben auch nette Vorteile, wie eine sehr gute Gleichtaktunterdrückung. Ein Transformator "sieht" nur die Spannung an seinen Wicklungen, nicht die gemeinsame Spannung, auf die beide Enden der Wicklung gleichzeitig angesteuert werden. Sie erhalten ein differenzielles Frontend ohne absichtliche Schaltung, nur grundlegende Physik.

Sobald man sich für eine Transformatorkopplung entschieden hatte, war es einfach, eine hohe Isolationsspannung zu spezifizieren, ohne eine große Belastung zu erzeugen. Das Herstellen eines Transformators, der die Primär- und Sekundärseite um einige 100 V isoliert, passiert ziemlich genau, es sei denn, Sie versuchen es nicht. Es ist nicht viel schwieriger oder viel teurer, es auf 1000 V gut zu machen. Angesichts dessen kann Ethernet verwendet werden, um zwischen zwei Knoten zu kommunizieren, die aktiv auf deutlich unterschiedliche Spannungen angesteuert werden, und nicht nur, um mit einem Masse-Offset von wenigen Volt fertig zu werden. Zum Beispiel ist es völlig in Ordnung und innerhalb des Standards, einen Knoten auf einer Stromleitungsphase zu haben, während der andere auf den Neutralleiter bezogen ist.

gut erklärt, insb. bezüglich Bodenunterschiede.
Danke, das ist sehr hilfreich, und ja, meine Frage war eher "warum ist das in der Spezifikation" als die einfache Antwort.
"Die beiden häufigsten sind Optoisolierung und Transformatorkopplung". Was ist mit galvanischer Trennung? Es ist die vorgeschriebene, in einigen Fällen optionale Isolationsmethode für IEEE 1394 .
@user: Was genau meinst du mit galvanischer Trennung? Bei all diesen Methoden geht es um das Isolieren der Spannung, was "galvanisch" impliziert. Es gibt andere Möglichkeiten, zwei Stromkreise spannungsisolierend zu machen, aber bei weitem die häufigsten, die ich gesehen habe, sind die Opto- und Transformatormethoden. Glaubst du, es gibt eine Methode, die häufiger ist als diese beiden?
@OlinLathrop Ich hätte den Begriff "kapazitive Isolierung" verwenden sollen. Was ich meinte, ist die Verwendung von Kondensatoren, um das Signal weiterzuleiten, während der Gleichtakt abgelehnt wird. So wie ich es verstehe, wird diese Technik in IEEE 1394-Implementierungen verwendet, um die Phy- und Verbindungsschichten zu isolieren, falls die Masse beider angeschlossener Geräte nicht isoliert ist. Ich nehme an, ob dies "häufig" ist, hängt von Ihrer Definition von gemeinsam ab, z. B. in der Anzahl der Einheiten im Vergleich zur Anzahl unterschiedlicher Designs. Da viele (die meisten?) Laptops und Motherboards immer noch mit IEEE 1394-Ports ausgeliefert werden und dies seit etwa einem Jahrzehnt haben, scheint dies zumindest erwähnenswert zu sein.
"Beachten Sie, dass dies nur für die Punkt-zu-Punkt-Ethernet-Varianten wie 10base-T und 100base-T gilt, nicht für das ursprüngliche Ethernet oder ThinLan-Ethernet." - Eigentlich gilt es sowohl für 10Base5 als auch für 10Base2 (Gelbes Kabel und billigeres Netz). In diesen Fällen befindet sich die Isolierung auf der AUI-Seite, wobei der Transceiver direkt mit dem Kabel verbunden ist. Sie benötigen neben dem Datenübertrager einen isolierten DC/DC-Wandler. Sie haben eine Isolation von 1500 V. Kevin
Ein weiterer großer Vorteil von Transformatoren gegenüber Optoisolatoren besteht darin, dass Sie beide Enden problemlos isolieren können . An beiden Enden mit Optos zu isolieren ist aufgrund des Strombedarfs viel komplexer.
Weist die Magnetik bei einseitiger Abschaltung nicht auch eine mögliche Spitzenspannung ab? Ich meine, in einem langen Kabel könnte induktiv gespeicherte Energie sein, sobald Sie es von einer Steckdose trennen, möchte diese Energie möglicherweise irgendwohin zurück. Die Induktivitäten in verhindern, dass die Spannung schnell ansteigt, was die über die Magnetik übertragene Leistung begrenzt, da dI / dt nicht explodieren wird, oder irre ich mich da völlig?
Wer auch immer das abgelehnt hat, was ist Ihrer Meinung nach falsch?
  1. Isolation. Wenn also das Kabel mit einer hohen Spannung kurzgeschlossen wird, wird Ihr Board nicht explodieren.
  2. Es wird benötigt, da das andere Ende möglicherweise eine andere Erdung hat. Das ist ein Sonderfall der Isolation, aber auch im Normalbetrieb erforderlich.
kurz und bündig!

Isolation ist eine sehr gute Idee bei Kommunikationssystemen, die viele unterschiedliche Hardware über einen weiten Bereich verbinden. Sie möchten nicht, dass sich Fehlerströme/-spannungen in der Netzverkabelung oder in Geräten auf Ihre Kommunikationsverkabelung ausbreiten.

Grundsätzlich gibt es zwei Optionen für die Isolierung, Opto und Transformator. Die Transformatorisolierung hat einige große Vorteile. Erstens geht die Signalleistung durch den Transformator, was bedeutet, dass Sie keine Stromversorgung auf der "isolierten" Seite der Barriere benötigen. Zweitens sind Transformatoren sehr gut darin, Differenzsignale zu erzeugen und zu empfangen, während sie eine hohe Gleichtaktunterdrückung bieten, was sie zu einer guten Kombination mit Twisted-Pair-Verkabelung macht. Drittens ist es einfacher, Transformatoren für Hochfrequenz (auch bekannt als Hochgeschwindigkeit) als Optokoppler zu entwerfen.

Die Transformatorkopplung hat einige Nachteile, Transformatoren funktionieren nicht bei Gleichstrom und kleine Transformatoren, die bei hohen Frequenzen gut funktionieren, funktionieren bei niedrigen Frequenzen nicht so gut, aber dies lässt sich leicht durch Leitungscodierungsschemata beheben, die niedrige Frequenzen vermeiden.

Eine weitere wichtige nahtlose Funktion, die oft vergessen wird, ist die Impedanzanpassung:

Der Signaltransformator passt die PHY-seitige Impedanz (typ. 100 Ohm diff) an die leitungsseitige Impedanz (typ. 150 Ohm diff) an.

EINIGE KLARSTELLUNG nach Kevins Kommentar:

von hier :

Einige Namen für verschiedene Kabeltypen:

  • UTP = Ungeschirmtes, verdrilltes (symmetrisches) 4-Paar-Kabel, 100 Ohm
  • STP = Gesamtfolie/Geflecht geschirmtes 2-paariges Kabel mit Einzelschirmung, 150 Ohm
  • FTP = Gesamtfoliengeschirmtes 4-paariges Kabel, 100 Ohm
  • ScTP = Insgesamt Folie/Geflecht geschirmtes Kabel, 100 oder 120 Ohm

Außerdem werden 100-Ohm-UPT und 150-Ohm-STP beide im Standard als Medium erwähnt – siehe IEEE 802.3, Unterabschnitt 24.1.2, Punkt d).

Daher ist klar zu sagen, dass der Signalwandler die PHY-seitige Impedanz (typ. 100 Ohm diff) an die leitungsseitige Impedanz (kann unterschiedlich sein) anpasst .

Err nein - das Kabel hat auch eine differentielle Impedanz von 100 Ohm.
Definitiv nein. UTP und STP, wie sie für Ethernet verwendet werden – CAT5, CAT5e, CAT6, CAT7 sind 100 Ohm ± 15 %. "Shielded Twisted Pair" beschreibt zwei beliebige verdrillte und abgeschirmte Drähte, diese können (im Rahmen des Zumutbaren) eine beliebige Impedanz haben ... aber nicht für Ethernet.
Warum sind Ethernet/RJ45-Buchsen magnetisch gekoppelt?
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