Узгодження, екранування та гальванічний розв’язок ліній зв’язку

Будь-які електричні лінії зв’язку потребують прийняття спеціальних мір, без яких неможлива не тільки безпомилкова передача даних, а також і будь-яке функціонування мережі. ВОК вирішують усі подібні проблеми автоматично.

Узгодження електричних ліній зв’язку використовується для проходження сигналу по „довгій” лінії без відбиттів та викривлень. Для цього на кінцях кабелю установлюють термінатори (узгоджуючі резистори). Якщо лінію не узгоджувати, то можливі наступні викривлення (рис. 5.1).

Слід мати на увазі, що сигнали с пологими фронтами передаються по довгому кабелю краще, ніж сигнали с крутими фронтами, тобто їх форма менше викривлюється (рис. 5.2).

Це пов’язано с різницею величин затухання для різних частот. Менше всього викривлюється синусоїдальний сигнал, він просто зменшується по амплітуді. Тому для покращення якості передачі нерідко використовуються трапецевидні чи дзвіноподібні імпульси (рис.5.3).

 

 

Рисунок 5.1

Екранування використовується для зниження впливу на кабель зовнішніх електромагнітних полів.

Для того, щоб екранування працювало, екран має бути заземленим – в цьому випадку наведенні струми стікають на землю.

Знизити вплив наведених завад можливо і без екрану, якщо використовувати диференціальну передачу сигналу (рис. 5.4).

 

Рисунок 5.2

Рисунок 5.3

 

 

Рисунок 5.4

 

 

В цьому випадку передача виконується по двох проводах і обидва вони є сигнальними.

Якщо обидва проводи мають однакову довжину та прокладені поруч, то завади, які діють на обидва проводи приблизно однакові по величині, але знаходяться у протифазі та вичитаються.

Така диференціальна передача використовується в кабелях із скручених пар.

Гальванічна розв’язка необхідна, так як по сигнальному проводу і екрану можуть протікати не тільки інформаційні сигнали, але і, так званий, вирівнюючий струм, який виникає внаслідок неідеальності заземлення комп’ютерів.

Коли комп’ютер не заземлений, на його корпусі утворюється наведений потенціал приблизно ~ 110В.

При автономній роботі комп’ютера це не має серйозного впливу на його роботу, може тільки збільшитись кількість збиттів. Але при з’єднанні декількох рознесених комп’ютерів це стає серйозною проблемою. Можливий навіть повний вихід із ладу комп’ютерів. Тому комп’ютери потрібно заземляти так, як це зображено на рис 5.5.

Рисунок 5.5

 

Проблемою також є те, що заземлення далеке від ідеального. Як результат виникає різниця потенціалів між комп’ютерами, яка має значну величину. В результаті по електричному кабелю, що з’єднує комп’ютери, тече вирівнюючий струм, який може досягати декількох ампер (рис. 5.6).

Рисунок 5.6

 

Такі струми смертельно небезпечні для малосигнальних вузлів комп’ютера.

Тому екран має бути заземленим тільки в одній точці.

Радикальним підходом в цій ситуації є гальванічний розв’язок комп’ютерів від ліній зв’язку (рис. 5.7).

Рисунок 5.7

 

Гальванічний розв’язок (ГР) звичайно входить до складу кожного мережевого адаптеру.

Корпус мережевого з’єднувача має бути ізольованим від корпусу комп’ютера. Заземлення екрана кабелю (в одній точці) краще виконувати не через

корпус комп’ютера, а окремо.

При заземленні екрана в одній точці він стає штировою антеною з заземленою основою і може приймати ВЧ-сигнали на частотах, які кратні його довжині. Для зменшення “антенного” ефекту використовується багатоточечне заземлення екрану по ВЧ, тобто в одній точці екран заземлюється накоротко, а в останніх точках – через високовольтні керамічні конденсатори.

 

Приклад виконання розділу

Згідно зі стандартом для мережі 10 Base 5 Ethernet середа передачі інформації визначена – товстий коаксіальний кабель. Його використання пов’язане з високою завадозахищеністю (завдяки металевій оплітці), а також більш високими, в порівнянні зі скрученою парою, допустимими швидкостями передачі даних (до 500 Мбіт/с) і більшими допустимими відстанями передавання (до кілометра і більше).

До коаксіального кабелю важче підключитись для несанкціонованого прослуховування мережі, він також дає значно менше електромагнітних випромінювань зовні.

З іншої сторони, монтаж та ремонт коаксіального кабелю значно складніше, ніж скрученої пари, а вартість його вище.

Основне використання коаксіальний кабель знаходить в мережах з топологією типа “шина”. При цьому на кінцях кабелю обов’язково повинні встановлюватись термінатори для запобігання внутрішніх відбивань сигналів, причому один із термінаторів повинен бути заземленим. Без заземлення металева оплітка не захищає мережу від зовнішніх електромагнітних завад і не знижує випромінювання в зовнішню середу інформації, яка передається по мережі.

З іншої сторони, заземлювати оплітку в двох або більше точках не можна, так як може вийти із ладу мережеве обладнання і робочі станції.

Термінатори повинні бути обов’язково узгодженні з кабелем, тобто їх опір повинен дорівнювати хвильовому опору кабелю. Частіше всього для локальних мереж використовується кабель з хвильовим опором 50 Ом. Відповідно і опір термінаторів повинен дорівнювати 50 Ом.

Класична шинна топологія дуже зручна, вона не потребує використання додаткових пристроїв – концентраторів.

Товстий коаксіальний кабель має зовнішній діаметр близько 10 мм і є достатньо жорстким, що потребує його жорсткої фіксації на стінах приміщення.

Для підключення до товстого кабелю потрібно використовувати спеціальні достатньо дорогі пристрої, які проколюють його оболонки і встановлюють електричний контакт як з центральною жилою, так і з екраном.

Товсті кабелі можуть використовувати різні матеріали і мати різні конструкції, що впливає на величину затримки розповсюдження сигналу (середнє значення складає близько 4,5 нс/м) та величину загасання сигналу, а значить і допустиму довжину кабелю у мережі.

Звичайно використовують у якості ізоляторів тефлон, поліетилен та полівінілхлорид.

Існують варіанти конструкції коаксіального кабелю з подвійним екраном для забезпечення кращої завадостійкості та захисту від прослуховування. Але така конструкція приводить до здороження кабелю.

Таким чином, товстий коаксіальний кабель – це сама дорога середа передачі, але він забезпечує кращу завадостійкість, менше загасання та вищу механічну міцність.