Термин: Развязка гальваническая Ethernet

Развязка гальваническая Ethernet

Данная статья содержит термины и инженерные комментарии по поводу электрических свойств стандартного решения гальванической развязки, применяемой внутри Fast Ethernet-устройств (10/100BASE-TX), адаптированных для подключения к локальной сети (LAN) через 8-контактый разъём RJ-45.

Рассматриваемое стандартное решение содержит два канала: в режиме full duplex один канал может работать на передачу с одновременным приёмом по второму каналу. Схема является прозрачной для распространения принимаемого  сигнала от разъёма RJ-45 до приёмной части трансивера физического уровня (Ethernet PHY) и в обратном направлении – в канале, используемом для передачи. Cовременные Ethernet PHY устройства, поддерживающие технологию Auto-MDIX, при установлении соединения на физическом уровне способны адаптивно менять местами канал передачи с каналом приёма, чтобы не зависеть от типа кабеля: перекрёстного (кроссовера) или прямого.

Каждая из  медных витых пар кабеля, использованная для передачи (подключенная к контактам 1-2 и 3-6 разъёма RJ-45), представляет собой симметричную однородную линию, являющуюся физической средой для распространения волны приёмного и передающего сигналов. Поскольку сетевая аппаратура по разные стороны LAN может иметь разные точки заземления и на кабель действует общая помеха относительно окружающей среды, то  происходящий в каждой медной паре волновой процесс распространения сигнала можно разложить на синфазную и противофазную составляющие: синфазная – это помеха, противофазная – это полезный сигнал. Прокомментируем далее роль элементов приведённой схемы, с точки зрения этих составляющих.

  • Каждая из неиспользуемых пар кабеля. подключенная к контактам 4-5 и 7-8 разъёма RJ-45, для противофазного сигнала замкнута, а для синфазного – нагружена на резисторы R3, R4, поглощающие (преобразующие в тепло) энергию пришедшего синфазного электрического сигнала по этим медным парам.
  • Резисторы  R1, R2, поглощают энергию пришедшего синфазного сигнала по медным парам, подключенным к контактам 1-2 и 3-6 разъёма RJ-45.
  • Цепь общего провода поглощающих резисторов R1, R2, R3, R4 соединена через конденсатор С1 с корпусом данного сетевого устройства (или с цепью, выполняющей роль корпуса, относительно которой будет поглощаться пришедшая из кабеля синфазная помеха – этот важный вопрос ниже рассмотрим подробнее).
  • Синфазные фильтры F1, Fпрозрачны для противофазного информационного сигнала, но образуют совместно с R1, R2 фильтр (ФНЧ), подавляющий синфазную помеху.
  • Трансформаторы T1, Tобеспечивают гальваническую изоляцию трансивера относительно LAN. Стандартная электрическая прочность этой изоляции (гарантированная производителями Ethernet трансформаторов) составляет 1500 В при воздействии синфазного переменного напряжения 50 Гц в течении 1 минуты. Трансформаторы T1, Tпрозрачны для противофазного информационного сигнала, проходящего через гальваноразвязку. В тоже время, эти трансформаторы прозрачны для помехового синфазного сигнала, ответвляемого на среднюю точку полуобмоток этих трансформаторов для передачи этой помехи в нагрузочные резисторы R1, R2.
  • Трансивер содержит согласующие резисторы (на схеме не показаны), на которых рассеивается энергия информационной противофазной составляющей сигнала

Рассмотрим вопрос заземления в данной схеме. Практически возможны 3 случая:

1) Если устройство имеет цепь защитного заземления (соединённую с корпусом), то ток синфазной помехи потечёт через землю и энергия помехи уйдёт в тепло на резисторах  R1, R2, R3, R4. Этот случай является штатным, например, с точки зрения индустриального применения Ethernet.

2) Если цепи заземления нет в устройстве, но имется объёмная токопроводящая конструкция, выполняющая роль местного заземления, корпуса или экрана, то к такая конструкция также может быть использована для отвода высокочастотной  синфазной помехи.

3) Если цепи заземления нет в устройстве и нет объёмной токопроводящей конструкции, выполняющей роль местного заземления, корпуса или экрана, то синфазная составляющая помехи не будет подавлена фильтрами на основе F1 и F2. Это не повлияет на функционирование Ethernet, но уменьшит синфазную помехозащиту на высокой частоте, которая в этом случае будет зависеть только от межобмоточной ёмкости трансформаторов T1, T2.

Заметим, что упрощённые варианты Ethernet оборудования, предназначенного  для работы только для коротких локальных соединений, могут не только не содержать синфазных фильтров F1, F2, но и не содержать трансформаторов T1, T2.

Надеемся, что информация данной статьи оказалась полезной системным интеграторам, инженерам встраиваемых систем, а также при выборе оборудования, когда возникает необходимость сравнить Ethernet с другим интерфейсом, например, с USB.

 

Перейти к другим терминам       Cтатья создана:18.03.2016
О разделе "Терминология"      Последняя редакция:02.07.2017

Контакты

Адрес: 117105, Москва, Варшавское шоссе, д. 5, корп. 4, стр. 2

Многоканальный телефон:
+7 (495) 785-95-25
Факс: +7 (495) 785-95-14

Отдел продаж: sale@lcard.ru
Техническая поддержка: support@lcard.ru

Время работы: с 9-00 до 19-00 мск

L-CARD в проектах