50和75 Ohm同轴电缆之间的阻抗匹配对10 Mbit / s,曼彻斯特编码的信号(20 MHz)的影响


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TL,DR:

这是很多文本,因为我已经包含了大量的背景信息。但是,最终会有一个很好且精确的问题:当连接不同阻抗(例如50Ω和75Ω)的电缆时,我应该使用阻抗匹配网络吗?可能的答案可能会以“这取决于...”开头,这就是为什么我首先提供大量背景信息的原因。

介绍

我想摆脱沿着房子楼梯扔下的以太网电缆。我最初为卫星电视安装的现有备用同轴电缆似乎很有希望作为一种替代方法,干净地隐藏在墙壁中。就在我正要购买合适的小盒子对的Ethernet-over-天线式同轴电缆(75Ω,能够像270 Mbit / s的),我记得10base2-老式的BNC / RG58同轴以太网系统,认为10 Mbit / s足以满足我的需求。具有BNC连接器甚至是精美的“以太网转换器”(同轴到双绞线)的集线器的二手市场仍然非常好。我唯一不确定的是阻抗问题。10base2使用带有RG58电缆的50Ω安装,几乎所有用于家庭天线系统的同轴电缆(例如我的卫星电视备用电缆)的阻抗均为75Ω。

我现在很高兴地报告10base2足够坚固,可以处理通过10 ... 20 m不适当的75Ω同轴电缆的滥用。在那里,我修好了!好极了!

但是...

我仍然很好奇我所做的黑客攻击是否真的很糟糕(例如:仅仅勉强够好)甚至是完全可以接受的。我用示波器看了信号。设置是这样的: 设定

同轴电缆的50Ω和75Ω段之间没有任何匹配,结果表明反射噪声非常明显。尽管存在此缺点,但“眼睛”仍然张开,解码器可以高兴地完成工作,从而导致数据包丢失恰好为零。 两端均没有匹配的网络。 我们正在查看由示波器附近的以太网集线器发送和接收的信号的组合。从“干净”的部分来看,传输的信号大约有 1.9 V pkpk,接收到的信号为1.6 V pkpk。如果可以安全地假设两个驱动器的输出幅度相同,则我们甚至可以计算电缆引入的损耗:20×log(1.6 / 1.9)dB = 1.5 dB。足够好了,因为对于15 m的典型同轴电缆(6.6 dB / 100 m)的计算得出1 dB。

当在同轴电缆的75Ω部分的近端或远端插入匹配网络时,噪声会大大降低。看起来像这样(本来源的版权)... Matching_Network

随着匹配网络的近端 匹配网络位于75Ω同轴电缆的近端 ……,仍然有可见的反射从不匹配的远端传回。

在远端有匹配网络的情况下,在集线器和标记为“附近”的不连续处之间相对较短的50Ω电缆上也必须存在反射,但是正如我从朋友那里了解到的那样,示波器无法“看到”它们,因为它们被驾驶员吸收了。而且,“远”驱动器的一部分信号会被反射并沿75Ω电缆传播回去,并终止于远端的匹配网络: 匹配网络位于75Ω同轴电缆的远端

与无与伦比的设置相比,来自远端的信号幅度大约减半了(-6 dB),这与预测网络上5.6 dB的损耗及其“看起来”的阻抗的理论非常吻合。入。

以上所有工作,即在近端或远端都没有匹配网络或一个匹配网络。“工作”是指我可以ping -f在数小时内完成工作,而不会丢失一个数据包。

现在,为什么不在“近” “远” 使用两个匹配的网络?好吧,10base2设计用于RG58的最大长度为185 m,损耗为6.6 dB / 100 m或12.2 dB / 185 m。因此,我的两个电阻匹配网络将已经吞噬了几乎所有信号,并使我接近允许的极限,以至于包括电缆在内,总损耗太大。我仍然怀疑基于变压器的低损耗解决方案是否可行,因为我认为10base2(“ cheapernet”)需要DC路径:“ DC LEVEL:信号的DC分量必须介于37 mA和45 mA之间由于这里通过监视同轴电缆上的平均直流电平来检测到冲突,因此公差很严格。” (资料来源:第4页此数据表对此进行了备份)然后再次;电阻匹配网络也会给直流偏置带来麻烦...

毕竟,

……又是一个简短的问题:连接不同阻抗(例如50Ω和75Ω)的电缆时,我应该使用阻抗匹配网络吗?

非常感谢“我更喜欢无与伦比的设置,因为我更喜欢这种/那种示波器”与RF或10base2的低级硬件相关的大量背景信息。

编辑

如果您可以访问同轴收发器接口(CTI)的内部,则可以修改芯片之间的电路(8392似乎是许多制造商制造的类型,而且几乎是几乎所有制造商都使用的类型。人为10base2适配器创建的接口)和BNC连接器。对于75Ω和93Ω的电缆可能需要进行折衷,但要以允许的总线长度为代价。美国国家半导体就此主题编写了应用笔记AN-620(pdf,1992年9月)。

但是即使找到了这个应用笔记,也很高兴找到一些关于8392内的内容的背景信息,即使用离散零件以及一些胶合逻辑和运算放大器来构建接口所必须使用的背景信息。


看到这种情况将是有趣的模拟。
Dzarda 2014年

@Dzarda我是LTspice的半经验用户(最近还参加过Mike Engelhardt的研讨会)。但是,我没有模拟传输线的经验。你做?这为至少另一个有趣的问题打开了思路……
zebonaut 2014年

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由于曼彻斯特具有良好的过渡密度,因此我将向变压器提出建议,直到我了解有关保持直流电平以进行碰撞检测的知识。但这带来了额外的复杂性,即您用于匹配的任何电阻网络也必须保持直流电平-因此,实际上,您可能必须为直流和信号分别设置连接。也许就像电感器在匹配变压器的两侧之间传输直流电一样简单。
Photon

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@zebonaut LTspice具有用于传输线各部分的专用模型。
瑞安

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我会在电缆的两端使用无线接入点。我仍然需要阻抗匹配,但是每个匹配网络都可以(实际上应该)具有15 dB的衰减,从而很好地解决了这个问题。
Simon Richter

Answers:


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阻抗不匹配引起的反射系数为:-

[R-žØ[R+žØ

其中Zo是电缆的阻抗,R是源电阻或负载电阻。

并且,对于您的50/75欧姆设置将为-0.2。因此,您放下(例如)3Vp-p电缆的信号将产生0.6Vp-p的反射。这太多了吗?虽然不是很好,但是肯定不可怕。


h 我当然很喜欢您计算出的0.6Vp-p与我的第一个波形图中的反射匹配得很好。理论证明。但是,请原谅,我已经添加了自己的答案。原因与10base2处理冲突检测的方式有关。在我的设置在有无电阻匹配网络的情况下使用了两年以上之后,现在我可以报告反射不是问题,但是经过端接电阻器的滤波后的电流才是问题。我的“骨干网”(哈哈。骨干网!10Mbit!)在没有匹配网络的情况下完全可以正常工作。有了网络,只是有时。
zebonaut

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经验1表明,仅乍一看,电阻匹配网络对于10 base 2以太网是一个不错的选择。它有助于改善RF信号质量的情况,但是我忽略了10 base 2处理碰撞检测的方式所引起的问题,这些问题是低频效应,可以通过简单的DC注意事项来理解。

该连接将在50Ω终端和75Ω电缆段之间没有任何电阻性阻抗匹配网络的情况下发挥最佳性能。

由不匹配引起的信号反射和过冲不会对收发器造成太大的影响,但是冲突检测会查看流入电缆的平均(滤波后)电流,而在电阻匹配网络中,电流水平有时会超出指定范围。归根结底,要考虑到由于变送器的电压跨过电缆的50端接(I = U / R)下降而产生的DC电流。添加电阻网络将创建到端子的并联路径,并增加DC电流。有时这可能会使冲突检测混乱。以我的经验,这主要发生在湿度高的炎热夏季,这可能是由于同轴电缆中的电介质泄漏的直流电增加了。

TL,DR:10 base 2将轻松处理通过75Ω天线同轴电缆发送的滥用情况。信号射频部分的过冲,反射和任何其他副作用都无关紧要。但是,碰撞检测是针对低频电流的,它在同轴电缆的每一端都需要两个50终端电阻。增加电阻会改变(50Ω)/ 2 = 25Ω的直流电阻,并导致碰撞检测电路工作不可靠。

阅读过Internets TM并与一些经验丰富的老龄LAN专家进行了交谈,这表明这是一个非常普遍的误解。因此,请原谅上面的粗体字体。这个相关的问题表明,人们甚至对维基百科都存在误解。


脚注:

1看原始问题的日期,我注意到带有和不带有电阻匹配网络的系统已经使用了两年以上。在2015年夏季的炎热天气中,我遇到了麻烦。然后,我删除了电阻匹配网络,此后再也没有任何问题。

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