Чому кабель Ethernet не заземлений?

У класичному розряді Ethernet 8P8C ("RJ45") немає виділеного GND. ^[1]

Чому специфікація Ethernet не включає заземлення, на відміну від багатьох інших типів кабелів, що використовуються для з'єднувальних пристроїв, які можуть мати як незалежне джерело живлення, наприклад, RS-232 або USB ?

Якщо ви просто ігноруєте POE 48 Volts на зображенні нижче, ви можете бачити, що Ethernet використовує трансформатори з обох сторін .

Таким чином, немає потреби в загальному заземленні до тих пір, поки напруга в загальному режимі залишається нижче 1500В. Специфікація ізоляції трансформаторів.

І як бонус, ви тепер також знаєте, як працює POE. ( 802,3ат )

Однак CAT6A часто має екранований роз'єм. Потім щит заземлюється на корпус, використовуючи маленькі кришки всередині розетки.

Вихідне зображення

Чому Ethernet не заземлений? Є дві причини:
1. Це створило б заземлення між пристроями
2. Пристрій також було б більш сприйнятливим до ОУР, що є поширеним у кабелях, які переміщуються або обробляються (від триелектричної зарядки кабелю).

Причина, по якій Ethernet є більш чутливою до циклу заземлення, полягає в тому, що:

1. Петлі можуть бути набагато більшими, ніж інші кабельні характеристики, із 100 м між пристроями. USB 5м, RS232 нам 15м. Пристрої Ethernet, швидше за все, знаходяться в різних кімнатах, тоді як USB-пристрої, як правило, заземлені на комп'ютер (або концентратор) і знаходяться на одній землі або в одній кімнаті в одній і тій же мережі живлення.
2. Напруга в ефірній мережі нижче ± 1 В при ~ 10 мА струму. RS232 набагато вище при 5 В або 15 В. USB - 3,3 В. Це робить його більш чутливим до помилок.

Компанії та інженери, які розробляли специфікацію Ethernet, мали на увазі це (існує багато думок, які входять у специфікації)

Якби у вас була заземлення між передавачем і приймачем, це створило б заземлення. Ця петля заземлення буде утворена кабелем, а зворотний шлях буде заземлений мережею, як показано нижче. Будь-які магнітні поля, що протікають через петлю, створювали б струм уздовж кабелю (і решти контуру). Навіть якщо ви виділили сигнальні дроти, це буде проблемою через взаємної індуктивності між проводами (дроти, що проходять уздовж один одного, можуть з'єднати струми від одного до іншого). Це призведе до введення шуму (і призведе до потенційної помилки бітів та втрати пакету).

Отже, якщо ви додаєте трансформатор ізоляції між пристроями, ви перериваєте цикл і все ще можете передавати швидкий сигнал між передавачем і приймачем. Ще одна перевага гальванічної ізоляції, також збільшує опір кабелю до пристрою у разі великого електростатичного розряду.

Це приклад ізоляції між двома пристроями, Ethernet має два ізоляційних трансформатори, але результат той самий, він розриває контур заземлення (і зменшує шум загального режиму в поєднанні з крученою парою і загальним режимом дроселем ).

Зображення з вікіпедії на петельках

1. Диференціальна сигналізація означає, що немає необхідності в загальній точці в якості опорної точки. Також заперечує необхідність екранування, яке, як правило, обґрунтоване.
2. Відсутня передача живлення постійного струму знову не знімає потребу в загальній основі і робить можливим пункт 3.
3. Гальванічне відділення робить заземлення контрпродуктивним. Specs доклали значних зусиль для того, щоб зробити пристрої різного потенціалу здатними працювати разом, тому додавання заземлюючого проводу в значній мірі втратить це зусилля.

/ редагувати: як зазначив Том Карпентер, належним чином реалізована POE, з ізольованими перетворювачами постійного струму, все ще зберігає гальванічну ізоляцію та властивість "не проводити потенціал на землю". (Гаразд, POE розбиває частину гальванічного поділу і додає вид заземлення, не чітко видно, але все-таки є. Але POE - це злом на вершині Ethernet, а не оригінальна частина специфікацій. Пристрої, що не мають POE, зберігають оригінальні переваги .)

USB також має диференціальну сигналізацію, але він також несе постійний струм. Просто існування можливості живлення робить загальну позицію необхідною.

RS-232 не передає живлення, але сигнал не є автономною диференціальною парою, це єдиний провід, на який посилається земля, - це робить загальну землю необхідною.

Заземлення часто неправильно розуміється як ціле рішення для з'єднання речей. Однак у більшості випадків, навіть на коротких дистанціях, заземлення додає більше проблем, ніж вирішує.

Проблема з поділом землі на будь-якій відстані - ви припускаєте, що обидва цілі є однаковими потенціалом. У досконалому світі, який може бути правдою, але в реальному житті це майже ніколи не буває.

Будь це через погану проводку, витік заземлення або наслідки ЕМІ, що земля тут на цьому моніторі відрізняється від заземлення на вашому телевізорі. Таким чином, коли ви прокладете кабель, що включає заземлення між ними, буде протікати струм, що проходить через цю землю.

Більше того, загальний результат стає поточним зворотним шляхом для вашого сигналу. Це означає, що ви фактично додаєте шум у лінію заземлення. Якщо ваша система зв’язку використовує декілька ліній, вони фактично ділять один і той же зворотний шлях, і струми стають набагато складнішими, а шум набагато гіршим - в загальній позиції.

Чим довший кабель, тим більше різниці напруги буде видно вздовж цього кабелю заземлення. Якщо є достатня різниця, дельта між землею та напругою сигналу впаде так низько, що ви більше не зможете розрізнити сигнал.

Зображення нижче демонструє це. Зауважте, у вас на відстані два вогні над землею. Ви можете бачити, що при гарному твердому грунті ви можете досить легко сказати в середині двох, яке світло увімкнено. Однак у ситуації з правою рукою, коли межу землі важко визначити, неможливо визначити, чи це високий чи низький рівень освітлення.

Такі стандарти, як ETHERNET та інші системи диференціальних комунікацій, використовують іншу техніку, яка повністю виключає потребу в ґрунті.

Відправляючи як плюс і мінус сигнал по двох виділених провідниках, приймач може вибирати сигнал, досліджуючи різницю між цими проводами, а не порівнюючи його з переданою опорною напругою. (тобто "Земля"). Зображення нижче вказує, як це працює. Зверніть увагу навіть на шумні сигнали праворуч, ви все одно можете сказати, який сигнал надсилається.

Ця методика не тільки дозволяє передавати сигнал на значно більшу відстань, але і зменшує сприйнятливість системи до загального режиму шуму. Оскільки кожен поточний шлях сигналу також обмежений цими двома виділеними проводами, спільне використання міжсигнальним зворотним трактом усувається.

Зокрема, для Ethernet трансформатори використовуються для підключення до проводів, що забезпечує повну ізоляцію між передавальним середовищем та датчиком / приймачем.

Досі відповідь пропустила один ключовий елемент: захист пар шумом.

Стандарт Ethernet включає десятиліття як UTP, так і STP (неекрановану / екрановану виту пару).

IBM сильно вплинув на оригінальне включення STP за його сумісність з Token Ring. Претензія полягала в тому, що екранування STP забезпечує додатковий рівень захисту від шуму для диференціальних пар (вигідна ціна лише у 5 разів більше! Точкові джерела електричного шуму були з'єднані з екрануючим екраном, де шум тоді мав усю довжину кабелю з'єднуватися із крученими парами.

Екранування також може збільшити перехресні розмови. Пари скручуються трохи різними темпами - типовий графік - 11/12/13/14 поворотів на фут. Таким чином, вони фізично не гніздяться разом, утворюючи паразитичний трансформатор, коли кабель закручується та витягується під час встановлення. Це чудово працює. Шлях краще, ніж ви могли очікувати. Але хитання буде розтягувати щит між парами, зв’язуючи сигнал із щитом та іншими парами.

До поєднання питань та коментарів USB та Ethernet, наприклад, чому Ethernet гальванічно ізольований, а USB - не:

Прочитайте історію USB та її мандати. Це повинен був бути порт сигналізації "низької вартості", "короткої відстані" (5 метрів), який підходить для комп'ютерів вдома та в бізнесі, і з низькою вартістю понад усі інші потреби. USB також мав мандат покращити швидкість передачі даних через паралельні принтери та порти RS232.

USB слід було встановити на всіх виробниках ПК. Потрібно це користувачеві чи ні. Це означає, що він повинен мати низьку вартість. Порти паралельних принтерів та порти RS232 та великі пов'язані з цим роз'єми мали серйозну штрафну вартість на всіх популярних комп'ютерах. А це зробило ПК та ноутбуки дорожчими, більшими, важчими та енергозатратнішими. USB, таким чином, щоб бути дуже "низькою вартістю", не має трансформаторів, щоб виконати гальванічну ізоляцію. І це дозволяє забезпечити постійне живлення периферійним пристроєм. Сигналізація даних USB через відсутність кращої фрази "напівдиференціальна". Тобто струм у + і - лініях кабелю, приблизно 95% узгоджуються чисельно протилежно (+ і -, завжди незначно помиляються, не є ідеальним значенням протилежного струму), оскільки різний набір транзисторів приводить кожен нетто, + і -.

Мандат Ethernet був і є; "надійний", "середній відстань" зв'язку та низька вартість. Але надійні та середня відстань на перше місце. Середня відстань 100 метрів дуже потребує гальванічної ізоляції. Якщо два пристрої (наприклад, комутатор і ПК) були підключені через дві будівлі з кількома вольтами різниці потенціалів заземлення, це досить погано, і в цей кабель даних буде надходити ненавмисний, небажаний струм заземлення. А цей небажаний грунтовий потік може спричинити всілякі погані наслідки, які можуть завдати шкоди якості даних та завдати шкоди обладнанням, можливо, навіть загрожуючи людям.

У Ethernet також є різні транзисторні набори, що керують кожним + і -, проте трансформатор сигналу коротше + і - разом, і, таким чином, кінцевий + і - струмовий потік майже ідеальний, протилежний збіг, аж до майже одного електрона. Таким чином досягається справжня диференціальна сигналізація. Справжня диференціальна сигналізація дозволяє додатково знизити рівні напруги сигналу та збільшити відстані кабелів, а також зменшити небажану ЕМІ.

Пізніше з'явився PoE для Ethernet. Мандат PoE полягав у тому, щоб приводити "низьку вартість" постійного струму до периферійних пристроїв, тобто VoIP-телефонів, камер та підключення до дверей. Зазвичай PoE живлення виходить із загального перемикача Ethernet для декількох пристроїв, до 100 метрів у протилежних напрямках. Цей PoE (від 48 до 57) VDC є «зірковим» з'єднанням для всіх пристроїв. Це означає, що багаторазове харчування, що використовує пристрої "PD", мають спільне живлення (це НЕ ізольована потужність, на роз'єм RJ45 на PSE). Таким чином, "ПІДГОТОВЛЕНО" має "PD" підтримувати ізоляцію живлення (відповідно до стандарту IEEE 802.3), навіть на входах живлення PoE, шляхом подачі перетворювача з постійного струму в постійний струм в PD, або PD є повністю у непровідній справі, і ніколи земна площина його контурів не з'єднана з місцевим ґрунтом будівлі чи іншим прилеглим обладнанням (наприклад, з дешевою дешевою периферією). На жаль, IEEE 802.3 за стандартом PoE не говорить про це дуже чітко.

Короткий зміст: Ethernet має трансформатори на обох кінцях. Якщо навіть трапився збій трансформатора, гальванічна ізоляція від віддаленого пристрою PD, до PSE в перемикачі Ethernet не втрачається.

PoE, відмовляється від ізоляції постійного струму (заради низької вартості) на перемикачі Ethernet, і залишає цю ізоляцію "до" периферійного виробника PD. На цих виробах ніхто насправді не перевіряє. Якщо IEEE покладе винагороду на порушників, це покращить ситуацію.

Новий стандарт PoE, IEEE роздумує над ще більшими напругами та струмами, для більшої потужності PoE слід рухатися до покращеної якості та безпеки. Вони повинні бути встановлені тільки для комерційних / промислових установок або кращих установок: 1) повна потужність ізоляції на PSE для кожного з'єднувача. 2) необхідні звіти про випробування для ізоляції живлення PSE та PD, які подаються та доступні для завантаження для населення. Включити схему електропроводки ПІ. 3) за ціною виробників підтримуйте сервер із переліком усіх PD-записів, які відповідають новому стандарту. 4) розглянути можливість створення стандартів промислового рівня, якщо вартість цих удосконалень занадто велика для споживчих ринків низького рівня, але все ж забезпечує серйозний рівень стандартів, безпеку та простежуваність виробничих потреб.

Специфікація Ethernet вимагає, щоб пристрої були гальванічно ізольовані один від одного - ця публікація пояснює наслідки ізоляції більш докладно.

Оскільки ви згадали про джерела живлення та заземлення, стаття у Вікіпедії про владу над Ethernet (PoE) може бути актуальною для вас.

І RS-232, і USB мають сигнали, що посилаються на землю, тому потрібен такий. (Так, D + і D- сигнали в USB використовуються незалежно один від одного, GND - як орієнтир під час виявлення пристрою). Сигнали Ethernet чисто диференційовані, тому не потрібна посилання на GND.

Однією з причин, чому TP Ethernet, дякую $ DEITY !, не є використання загальної наземної посилання між станціями, не було досить чітко зазначено:

Кабель Ethernet може проходити понад сто метрів, ймовірно, навіть з'єднуючи дві будівлі.

Різниця потенціалів навіть у добре виконаній системі заземлення, якщо її вимірювати в двох точках один від одного десятками або сотнями метрів, далеко не гарантована навіть близько 0В - напруга змінного струму постійної або низької частоти може бути обумовлена ​​потоком струму (за рахунок на струми витоку, фактичні струми несправності, перехідні або помилки / дефекти електропроводки ...) в системі заземлення та всілякі перешкоди.

Перепади потенціалу змінного струму легко спричинять перешкоди, тоді як сильний струм струму через заземлений кабельний щит може насправді перетворитись на пожежну небезпеку.

І все це передбачає, що обладнання в першу чергу належним чином заземлено, ще гірше може статися, якщо цього вже не буде.

Не найгірший, але поганий приклад того, що може статися із заземленими (з обох сторін) щитами: Один ПК випадково був з'єднаний з двопровідним кабелем IEC (як це було знайдено в дикій природі раніше!) На без RCD (стара ТН -C-to-the-socket ...) система електропроводки. Цей ПК розробляє внутрішню коротку з'єднувальну мережу живлення з металевим корпусом, до якого підключені всі заземлюючі з'єднання цього ПК. Інший кінець цього з'єднання - це пристрій, на якому заземлення було виконано правильно. Використовуваний кабель Ethernet - це найлегша конструкція з тонкого екрануючого матеріалу. І це 30-метровий шматок, згорнутий у котушці, оскільки у вас не було 5-метрових кабелів. При такій довжині це екранування могло мати правильний опір (близько 15 Ом було б "ідеальним" в системі 240В) пропускати струм, який є досить малим, щоб не продувати запобіжники або автомати, але досить великі, щоб розсіяти понад 1000 Вт на екрані кабелю. Що буде означати багато диму і не навряд чи небезпеку займання навколо нього.

Чому ви думаєте, що він не має заземленого зв'язку?

• "Земля" за визначенням - це 0V посилання на деяку локальну схему.
• Земляна земля - ​​це з'єднана із зовнішньою террафермою.

Як ви можете знати, усі ноутбуки / планшети мають плаваючу землю, якщо не підключені до якогось порту із зовнішнім заземленням, наприклад, VGA-кабелем, до 3-х змінного РК-монітора через ізоляцію гальванічного трансформатора в зарядному пристрої акумулятора.

Ethernet також не має сигналів нижнього спектру, включаючи постійний струм, через методи двофазного кодування.

Більш важливим є те, що для цілісності сигналу та зменшення ІМС для виходу та входу сигнали - це лінії передачі з закінченням 75 Ом і врівноважені трансформатором КМ та центральним трансформатором 1: 1. Це підвищує імпеданс CM на стороні користувача для ізоляції, зберігаючи при цьому диференціальний імпеданс на стороні кабелю до локального заземлення у верхньому спектрі, де існують сигнали.

Дивіться "заземлення" нижче

• через ковпачок 1000pF і 75 Ом-термінатори