Effets de l'adaptation d'impédance entre câbles coaxiaux 50 et 75 Ohms pour 10 Mbit / s, signaux codés Manchester (20 MHz)

TL, DR:

Ceci est un tas de texte car j'ai inclus beaucoup d'informations de fond. Cependant, il y aura enfin une bonne question précise: devrais-je utiliser un réseau d'adaptation d'impédance lors de la connexion de câbles d'impédance différente tels que 50 Ω et 75 Ω? Les réponses possibles commenceront probablement par "Cela dépend ...", et c'est pourquoi je fournis d'abord une tonne d'informations de fond.

Intro

Je voulais me débarrasser d'un câble Ethernet jeté le long des escaliers de ma maison. Un câble coaxial de rechange existant que j'avais initialement installé pour la télévision par satellite semblait être une alternative prometteuse, proprement caché dans les murs. Au moment où j'allais acheter de petites boîtes appropriées pour un câble coaxial de type Ethernet sur antenne (75 Ω, capable de quelque chose comme 270 Mbit / s), je me souvenais10base2 - le bon vieux système Ethernet coaxial BNC / RG58, et a décidé que ses 10 Mbit / s étaient plus que suffisants pour mes besoins. Le marché de l'occasion pour les concentrateurs avec un connecteur BNC ou même des «convertisseurs Ethernet» sophistiqués (coaxiaux à paire torsadée) est toujours très bon. La seule chose dont j'étais incertain était le problème de l'impédance. 10base2 utilise une installation de 50 Ω avec un câble RG58, et à peu près n'importe quel câble coaxial pour les systèmes d'antennes domestiques (comme mon câble de rechange pour la télévision par satellite) a une impédance de 75 Ω.

Je suis maintenant heureux d'annoncer que le 10base2 est suffisamment robuste pour gérer l'abus d'être exécuté sur 10 ... 20 m de câble coaxial 75 Ω inapproprié. Là, je l'ai réparé! Yay!

Cependant, ...

J'étais toujours curieux de savoir si le hack que j'avais fait était vraiment mauvais (comme dans: à peine assez bon) ou peut-être même tout à fait acceptable. J'ai regardé le signal avec un oscilloscope. La configuration est la suivante:

Sans aucune correspondance entre les segments 50 Ω et 75 Ω du câble coaxial, le résultat montre une quantité très évidente de bruit réfléchi. Malgré cet inconvénient, "l'œil" est toujours grand ouvert, et les décodeurs peuvent faire leur travail avec plaisir, ce qui entraîne une perte de paquets exactement nulle. Nous examinons une combinaison des signaux transmis et reçus par le concentrateur Ethernet près de l'oscilloscope. A en juger par la partie "propre", le signal transmis a env. 1,9 V _pkpk , et le signal reçu a 1,6 V _pkpk . S'il est sûr de supposer que les deux pilotes ont une sortie de la même amplitude, nous pouvons même calculer la perte introduite par le câble: 20 × log (1,6 / 1,9) dB = 1,5 dB. Assez bien, car le calcul pour 15 m de câble coaxial typique avec 6,6 dB / 100 m donne 1 dB.

Le bruit est considérablement réduit lorsqu'un réseau correspondant est inséré aux extrémités proches ou éloignées de la partie 75 Ω du câble coaxial. Il ressemble à ceci (Crédits à cette source ) ...

Avec le réseau correspondant à l'extrémité proche ... ... il y a encore quelques réflexions visibles revenant de l'extrémité distante inégalée.

Avec le réseau correspondant à l'extrémité distante, il doit également y avoir des réflexions le long du câble relativement court de 50 Ω entre le concentrateur et la discontinuité étiquetée "proche", mais comme je l'ai appris d'un ami, la portée ne peut pas "voir" eux, car ils sont absorbés par le conducteur. En outre, une partie du signal provenant du pilote "éloigné" est réfléchie et retourne le long du câble 75 Ω, et se termine dans le réseau correspondant à l'extrémité distante:

Par rapport à la configuration inégalée, l'amplitude du signal de l'extrémité distante est environ divisée par deux (-6 dB), ce qui est en bon accord avec la théorie qui prédit une perte de 5,6 dB sur le réseau et l'impédance à laquelle il "ressemble". dans.

Tous les travaux ci-dessus, c'est-à-dire aucun réseau correspondant ou un seul réseau correspondant à l'extrémité proche ou à l'extrémité distante. «Travail» signifie que je peux ping -fparcourir le segment pendant des heures sans perdre un seul paquet.

Maintenant, pourquoi ne pas utiliser deux réseaux correspondants à "près" et "loin"? Eh bien, 10base2 est conçu pour une longueur maximale de 185 m de RG58, avec une perte de 6,6 dB / 100 m ou 12,2 dB / 185 m. Par conséquent, deux de mes réseaux d'adaptation résistifs mangeraient déjà presque tout le signal et m'amèneraient si près de la limite autorisée que, y compris le câble, il y a trop de perte. Je doute toujours qu'une solution basée sur un transformateur à faible perte fonctionnerait parce que je pense que 10base2 ("cheapernet") a besoin d'un chemin DC: "DC LEVEL: La composante DC du signal doit être comprise entre 37 mA et 45 mA . La tolérance ici est étroite car les collisions sont détectées en surveillant le niveau DC moyen sur le câble coaxial. " ( Source: p.4 ; également soutenu par cette fiche technique) Encore une fois; le réseau d'adaptation résistif mettra également tout biais DC en difficulté ...

Après tout,

... encore une courte question: dois-je utiliser un réseau d'adaptation d'impédance lors de la connexion de câbles d'impédance différente tels que 50 Ω et 75 Ω?

N'importe quoi entre "Je préfère la configuration inégalée / appariée parce que j'aime mieux cet oscillogramme" aux réponses avec beaucoup d'informations de fond sur les RF ou le matériel de bas niveau de 10base2 est grandement apprécié.

Éditer

Si vous avez accès à l'intérieur de l'interface émetteur-récepteur coaxial (CTI), vous pouvez modifier le circuit entre la puce ( 8392 semble être le type fabriqué par une grande variété de fabricants et également le type qui est utilisé presque exclusivement pour à peu près tout interface fabriquée par n'importe qui pour les adaptateurs 10base2) et le connecteur BNC. Un compromis pour les câbles de 75 Ω et 93 Ω est possible au prix de la longueur de bus autorisée. National Semiconductor a rédigé une note d'application sur ce sujet, appelée AN-620 (pdf, sept. 1992).

Mais même après avoir trouvé cette note, il serait intéressant de trouver des informations générales sur ce qui se trouve à l'intérieur d'un 8392, c'est-à-dire ce que l'on devrait utiliser pour construire l'interface à l'aide de parties discrètes et peut-être d'une logique de colle et d'opamps.

Le coefficient de réflexion dû à un décalage d'impédance est: -

$\dfrac{R-Z_o}{R+Zo}$

Où Zo est l'impédance du câble et R est la source ou la résistance de charge.

Et, pour votre configuration 50/75 ohms sera -0,2. Ainsi, le signal que vous posez sur le câble de (disons) 3Vp-p produira une réflexion de 0,6Vp-p. C'est trop? Ce n'est pas génial mais ce n'est certainement pas terrible.

L'expérience ¹ a montré que le réseau d'adaptation résistive n'est une bonne option pour Ethernet 10 base 2 qu'à première vue. Cela aide à améliorer la situation en ce qui concerne la qualité du signal RF, mais j'ai ignoré les problèmes causés par la façon dont 10 base 2 gère la détection de collision, qui sont des effets à basse fréquence et peuvent être compris par de simples considérations DC.

La connexion fonctionnera mieux sans aucun réseau d'adaptation d'impédance résistive entre les terminaisons 50 Ω et le segment de câble 75 Ω.

Les réflexions de signal et les dépassements causés par la non-correspondance ne dérangeront pas beaucoup les émetteurs-récepteurs, mais la détection de collision examine le courant moyen (filtré) dans le câble, et avec le réseau d'adaptation résistif, le niveau de courant est parfois hors des limites spécifiées. Tout se résume à une prise en compte des courants CC créés par la chute des tensions des émetteurs aux bornes de 50 Ω du câble (I = U / R). L'ajout d'un réseau résistif créera un chemin parallèle aux terminaisons et augmentera le courant continu. Cela peut parfois perturber la détection de collision. D'après mon expérience, cela se produira principalement lors des chaudes journées d'été avec des niveaux d'humidité élevés, probablement en raison de l'augmentation des fuites CC le long du diélectrique dans le câble coaxial.

TL, DR: 10 base 2 gérera facilement l'abus d'être envoyé sur une antenne coaxiale de 75 Ω. Les dépassements, les réflexions et tout autre effet secondaire de la partie RF du signal ne sont pas un problème. Cependant, la détection de collision examine les courants à basse fréquence et nécessite exactement deux résistances de terminaison de 50 Ω à chaque extrémité du câble coaxial. L'ajout de résistances modifiera la résistance CC de (50 Ω) / 2 = 25 Ω et provoquera un fonctionnement non fiable des circuits de détection de collision.

Après avoir lu sur les internets ^TM et avoir parlé à des experts LAN expérimentés assez expérimentés, cela a montré qu'il s'agit d'une idée fausse très courante. Par conséquent, veuillez excuser la police de caractères en gras ci-dessus. L'idée fausse est même sur wikipedia , comme le montre cette question connexe .

Note de bas de page:

¹ En examinant la date de la question initiale, j'ai remarqué que le système, avec et sans le réseau d'adaptation résistive, est maintenant utilisé depuis plus de deux ans. J'ai eu des problèmes lors de certaines journées chaudes de l'été 2015. Ensuite, j'ai supprimé le réseau de correspondance résistive et je n'ai eu aucun problème depuis.