In my humble opinion,
Первое: в физических сегментах кабелях «витая пара» (т.е. длиной порядка 100 м), соединяющих между собой сетевое оборудование Fast/Gigabit Ethernet практически отсутствуют поперечные помехи.
Второе: во многих устройствах защиты Ethernet, представленных на рынке, есть защита от поперечных помех (которых на практике нет), и часто это выдается за техническое преимущество.
Последнее утверждение не требует доказательств – достаточно внимательно посмотреть на схемы и почитать описания устройств защиты, поэтому коротко обосную первое.
Помехи в кабелях Ethernet «витая пара»
Помехи в кабелях разделяются на два вида: поперечные или дифференциальные (между проводами кабеля); продольные или синфазные (между проводом и землей, обычно уровень продольной помехи в проводах примерно одинаков по фазе и амплитуде).
Вспомним основные особенности кабелей «витая пара» Cat5e:
- низкая омическая асимметрия жил в паре (не более 2%);
- низкая емкостная асимметрия пар по отношению к земле для неэкранированных кабелей и по отношению к экрану для экранированных кабелей;
- высокая помехоустойчивость и низкие взаимные влияния, достигнутые скруткой жил в парах с различными шагами, скруткой пар между собой и другими конструктивными решениями.
Добавим к этому, что длина физического сегмента обычно не превышает 100-120 метров и приходим к совершенно определенным выводам:
Поперечные помехи в кабеле настолько незначительны, что при рассмотрении вопросов защиты от импульсных помех можно считать, что их нет.
А вот продольные (синфазные) импульсные помехи при ударах молнии в кабелях Ethernet не редкость, а в некоторых случаях они могут быть достаточно велики, особенно если кабель проложен по металлоконструкции, по которой протекает ток молнии (например, мачте связи).
Особенности схемотехники
Посмотрим на типовую схему порта Fast Ethernet. Микросхема Ethernet PHY реализующая функции физического уровня (и обычно еще и канального) подключена к двум парам линии через трансформаторы. Приемник PoE подключается к средним точкам линейных обмоток трансформаторов для обеспечения питания поверх данных (метод А) и/или к свободным парам (метод В).
Построение схемы для 1000Base-T отличается тем, что микросхема PHY подключена через обмотки трансформаторов к четырем парам, а приемник PoE подключается только к средним точкам линейных обмоток трансформаторов. В том случае, если порт не принимает (PD), а передает PoE (PSE), схема приема заменяется на схему передачи питания, но с точки зрения стойкости к электромагнитным помехам принципиального различия между этими случаями нет.
Как мы уже выяснили, поперечные помехи в кабеле, подключенном к порту Ethernet, очень малы, причем между проводниками одной пары они меньше, чем между проводниками двух разных пар. Теперь, предположим, что небольшая дифференциальная помеха в паре все-таки есть, посмотрим на схему и рассмотрим два варианта воздействия на схему приемника PoE:
а) Проводники пары подключены к обмотке трансформатора. Для приемника PoE будет гораздо более неприятна помеха между парами, по которым подаются (+) и (-), чем между проводами одной пары.
б) При передаче PoE по свободным парам проводники в этих парах просто закорочены.
Воздействие поперечных помех на PHY и обвязку не рассматриваем, так гальваническая развязка делает и без того слабые импульсные помехи практически безвредными.
Устройства грозозащиты: полупроводниковый ограничитель между проводами пары.
Во многих устройствах, представленных на рынке (я имею в виду не только Российский, а рынок в целом) между проводами одной пары установлены быстродействующие защитные диоды или полупроводниковые разрядники.(будем рассматривать этот случай в «чистом виде», возможны, как говорится, варианты – когда схема с применением полупроводников позволяет сэкономить на разрядниках, и добиться нормальной работы).
Установленные между проводами пар быстродействующие полупроводниковые элементы обеспечивают эффективную защиту от поперечных помех, которые:
а) практически отсутствуют
б) меньше помех между проводами разных пар (которых тоже, можно сказать, практически нет).
Время срабатывания / Response Time.
Response Time переводится на русский как время отклика, ответа, срабатывания, реагирования. Применительно к устройствам защиты это значит "время срабатывания". Иногда в описаниях или datasheet указывается два значения времени срабатывания / Response Time: для цепи провод-земля и для цепи провод-провод в паре. Но чаще одно – для цепи провод-провод, где установлен полупроводник. Обычно указывается значение 5 нс.
Так как помех между проводами одной пары нет, то и скорость срабатывания защиты от них никакого значения не имеет. Поправлюсь, не имеет технического значения, но может иметь практическое – когда время срабатывания / response time указано в закупочной документации или техтребованиях тендера.
Чтобы проверить эти выводы есть несколько путей:
- использовать матппарат, можно выбрать одну из существующих моделей или создать свою – как минимум, в порядке цифр ошибки быть не должно;
- провести испытания в лаборатории;
- проверить на практике.
Отвлекся от темы, sorry. Можете просто пропустить, и не воспринимайте слишком серьезно.
Как говорит нам классик философии науки (Имре Лакатос) теория научна и правильна, если она подтверждается эмпирическим исследованием т.е. практикой. Томас Кун пишет, что «в той мере, в какой исследователь занят нормальной наукой, он решает головоломки, а не занимается проверкой парадигм», а получение достоверного результата важнее проверки теоретических моделей. (лет 30 назад книга "Структура научных революций" Т.Куна произвела на меня большое впечатление).
Согласно Т.Куну критерии приемлемости теории следующие: 1. Непротиворечивость 2. Согласие с замечаниями 3. Простота 4. Широта охвата 5. Концептуальная интеграция 6. Продуктивность
Используемая COMMENG концепция защиты от электромагнитных помех оборудования Ethernet (как часть защиты и ЭМС системы обработки и передачи информации в целом). этим критериям, на мой взгляд соответствует. Я ее изложил в статье «Электромагнитная защита портов оборудование Ethernet c интерфейсами 100/1000Bаse-T» Все три части можно скачать одним файлом.
Практическое подтверждение.
Мы производим устройства защиты Ethernet уже почти 20 лет – для самых разных потребителей, применений, условий эксплуатации. Результаты применения говорят за себя. ОПИСАНИЯ ЗДЕСЬ
Те же схемы мы используем и в своем активном оборудовании инжекторе PoE и репитере Fast Ethernet.
Репитер Commeng RPT-100B-TX часто работает в условиях сильных помех от ударов молнии (установка на мачты связи), и к нему подключается не один физический сегмент кабеля, как е IP-камере или точке БШПД, а два. Репитер не только питается PoE, но и транслирует его в следующий сегмент сети. В схеме репитера отсутствуют элементы защиты, установленные после трансформатора, наша типовая схема защиты в месте подключения линии обеспечивает надежную работу в условиях наводок от молнии.
