为什么以太网电缆未接地？

经典以太网8P8C（“ RJ45”）引脚中没有专用的GND。^[1]

为什么以太网规范不包括接地，不像其他许多用于互连设备的电缆一样，它们可能都具有独立的电源，例如RS-232或USB？

如果仅忽略下图中的POE 48伏，您会看到以太网在两侧都使用了变压器。

这样，只要共模电压通常保持在1500V以下，就不需要共接地。变压器的隔离规范。

另外，您现在还知道POE的工作原理。（802.3at）

但是，CAT6A 通常具有屏蔽连接器。然后使用插座内的小挡板将屏蔽层接地到机箱。

源图像

为什么以太网不接地？原因有两个：
1.会在设备之间形成接地环路；
2.该设备也更容易受到ESD的影响，ESD在正在移动或处理的电缆中很普遍（电缆的摩擦带电）

以太网更容易受到接地环路的原因是：

1. 环路可能比其他电缆规格大得多，设备之间的距离为100m。USB是5m，RS232是15m。以太网设备更可能位于不同的房间中，而USB设备通常接地到计算机（或集线器），并且位于同一地面上或同一电源电路中的同一房间中。
2. 以太网电压在±10mA的电流下可降低±1V。RS232在5V或15V时要高得多。USB为3.3V。这使得它更容易出错。

设计以太网规范的公司和工程师考虑到了这一点（规范中有很多想法）

如果发射器和接收器之间有接地，则会形成接地回路。接地回路由电缆形成，返回路径为干线接地，如下所示。流过环路的任何磁场都会沿电缆（以及环路的其余部分）产生电流。即使您隔离了信号线，这也将是一个问题，因为电线之间存在互感（电线彼此并排运行可以将电流从一个流向另一个）。这将注入噪声（并可能导致误码和丢包）。

因此，如果在设备之间添加隔离变压器，则会中断环路，并且仍然能够在发送器和接收器之间传输快速信号。电流隔离的另一个好处是，在产生大量静电的情况下，还会增加电缆到设备的阻抗。

这是两个设备之间的隔离示例，以太网具有两个隔离变压器，但结果是相同的，它断开了接地环路（并降低了双绞线和共模扼流圈的共模噪声）。

维基百科地面回路上的图像

1. 差分信号意味着不需要公共接地作为参考点。而且，不需要通常接地的屏蔽。
2. 再也不需要直流电源传输，因此无需公共接地，从而使第3点成为可能。
3. 电隔离使接地起反作用。规范为使具有不同电位的设备能够协同工作付出了相当大的努力，因此添加地线将使这项工作几乎无效。

/ edit：正如汤姆·卡彭特（Tom Carpenter）所指出的那样，采用隔离的DC-DC转换器正确实施的POE仍保持电流隔离和“地电位无电线”的特性。（好吧，POE打破了电隔离部分，并增加了某种接地，虽然看不见，但确实存在。但是POE是基于以太网的技术，不是规范的原始部分。非POE设备保留了原始优势）

USB也具有差分信号，但它也可以传输直流电。动力存在的可能性使得共同点成为必要。

RS-232不供电，但信号不是独立的差分对，它是相对于地面参考的单根线-这使得必须使用公共接地。

接地常常被误认为是将事物连接在一起的最终解决方案。但是，在大多数情况下，即使是短期运行，接地也增加了无法解决的问题。

在任何距离上共享接地的问题是，您假设两端都具有相同的接地电位。在一个完美的世界中，这可能是正确的，但在现实生活中，它几乎是不可能的。

无论是由于不良的接线，地漏或EMI干扰造成的，此显示器上的接地都与电视上的接地不同。这样，当您在电缆之间铺设包括地线的电缆时，将有电流流过该地线。

此外，公共接地成为信号的当前返回路径。这意味着您实际上是在向接地线添加噪声。如果您的通信系统使用多条线路，则它们有效地共享相同的返回路径，并且在共同点上，电流变得更加复杂，并且噪声变得更糟。

电缆越长，沿该接地电缆的电压差就越大。如果存在足够的差异，则接地和信号电压之间的差值将下降至如此之低，您将无法再区分信号。

下图展示了这一点。请注意，您的距离上方有两盏灯。您会看到，凭借良好的坚实基础，您可以轻松地在中间两个区域中分辨出哪个灯已打开。但是，在难以识别地面边界的右手情况下，不再可能分辨出是高光还是低光。

诸如ETHERNET和其他差分通信系统之类的标准使用了另一种技术，从而完全不需要接地。

通过在两条专用线上发送正负信号，接收器可以通过检查那些线之间的差异而不是将其与传递的参考电压进行比较来挑选出信号。（即“地”）。下图显示了其工作原理。请注意，即使右侧有嘈杂的信号，您仍然可以知道正在发送哪个信号。

该技术不仅允许信号在更大的距离上传输，而且还降低了系统对共模噪声的敏感性。由于每个信号的电流路径也被限制在那两条专用导线上，因此消除了信号间的返回路径共享。

特别是对于以太网，变压器用于连接电线，从而在传输介质和发送者/接收者之间提供完全隔离。

到目前为止，答案缺少一个关键因素：屏蔽耦合噪声。

数十年来，以太网标准已同时包括UTP和STP（非屏蔽/屏蔽双绞线）。

IBM与STP的兼容性极大地影响了STP的最初包含。据称，STP屏蔽为差分对提供了额外的噪声保护层（价格仅为其价格的5倍！）。但是，现实生活中的经验很快证明了该屏蔽性能较差。电噪声的点源耦合到屏蔽层，然后在噪声中将电缆的整个长度耦合到双绞线。

屏蔽也会增加串扰。双绞线的缠绕速率略有不同-典型的时间表是每英尺绞弯11/12/13/14。这样，当电缆在安装过程中被扭曲和拉动时，它们就不会物理嵌套在一起以形成寄生变压器。这很好。比您预期的要好得多。但是摆动将使屏蔽线在两对线之间伸展，从而将信号耦合到屏蔽线和其他线对。

对于USB和以太网的各种问题和评论，例如为什么以太网电隔离，而USB不是：

阅读有关USB历史记录及其任务的信息。这是一个“低成本”，“短距离”（5米）的信号端口，适合家庭和企业中的计算机使用，并且价格低于所有其他需求。USB还具有提高并行打印机和RS232端口的数据速率性能的任务。

USB将被安装在所有PC上。用户是否需要它。这意味着它必须是低成本的。并行打印机端口和RS232端口以及大型关联的连接器在所有流行的计算机上都造成了严重的成本损失。这使得PC和笔记本电脑变得更昂贵，更大，更重且功耗更高。USB因此非常“低成本”，没有变压器来实现电流隔离。而且，它很容易为外围设备提供直流电源。由于缺少更好的短语，USB数据信令为“半差分”。也就是说，电缆的+和-线中的电流在数值上相反匹配大约为95％（+和-总是有一些错误，不是一个完美的相反电流值），因为每个晶体管都由不同的晶体管驱动净，+和-。

以太网的任务过去是，现在是；“可靠”，“中距离”通信，且成本低廉。但是可靠和中等距离是第一位的。100米的中距离非常需要电流隔离。如果将两个设备（例如交换机和PC）连接到两座建筑物之间，而这些建筑物之间的接地电位差只有几伏，那将是一件很糟糕的事情，并且意外的，不需要的接地电流会在数据电缆中流动。有害的地面流量可能会对数据质量和设备造成各种不良影响，甚至可能危害人类生命。

以太网也具有驱动每个+和-的不同晶体管组，但是信号变压器将+和-短路在一起，因此最终的+和-电流几乎是一个完美的，相反的匹配，下降到几乎一个电子。因此，实现了真正的差分信令。真正的差分信号传输可进一步降低信号电压水平，并增加行进的电缆距离，并减少不必要的EMI。

后来出现了用于以太网的PoE。PoE的任务是为外围设备（例如VoIP电话，摄像头和门禁设备）提供“低成本”的直流电源。PoE通常将电源从公用以太网交换机引出，并通向多个设备，且方向相反，最长可达100米。PoE（48至57）VDC是与所有设备的“星形”连接。这意味着使用设备“ PD”的多个电源共享一个公共电源（对于PSE上的每个RJ45连接器，这不是隔离电源）。因此，PD必须通过PD中的DC-DC隔离转换器电源，即使在PoE电源输入上也要保持电源隔离（按照IEEE 802.3标准），这是GUILT优先的“应”或PD完全处于非导电状态，并且其电路接地层永远不会连接到建筑物或其他附近设备（例如，低端廉价外围设备）的本地接地。不幸的是，IEEE 802.3 at PoE标准并没有很清楚地说明这一点。

摘要：以太网的两端都有变压器。即使发生变压器故障，也不会丢失从PD远程设备到以太网交换机中PSE的电流隔离。

PoE放弃了以太网交换机上的DC电源隔离（出于低成本的考虑），并将这种隔离“应”交给PD外围设备制造商。没人真正在检查这些制成品。如果IEEE对违规者给予奖励，那将改善情况。

IEEE正在考虑新的PoE标准，以寻求更高的电压和电流，以获取更多的PoE电源，应该朝着提高质量和安全性的方向发展。这些只能在商业/工业级或更佳的安装上进行：1）每个连接器在PSE上进行完全电源隔离。2）已归档并可供公众下载的PSE和PD电源隔离测试报告。包括PI的接线图。3）以制造商的费用维护服务器，并列出符合新标准的所有PD。4）如果这些改进的成本对低端消费者市场而言过于昂贵，但仍可以提供标准级别的标准，安全性和工业需求可追溯性，则考虑制定工业级标准。

以太网规范要求将设备彼此电隔离- 这篇文章更详细地说明了隔离的含义。

由于您提到了电源和接地，因此Wikipedia上有关以太网供电（PoE）的文章可能与您有关。

RS-232和USB都有接地参考信号，这就是为什么您需要一个。（是的，在设备发现期间，以GND作为参考，USB中的D +和D-信号彼此独立使用）。以太网信号是纯差分信号，因此不需要GND参考。

还没有足够清楚地提到为什么TP以太网没有在站点之间使用公共地面参考的一个原因：

以太网电缆的长度可能超过一百米，甚至可能会连接两座建筑物。

即使在执行良好的接地系统上的电位差，如果在相隔数十或数百米的两个点进行测量，也无法保证甚至接近于0V-由于电流的存​​在，可能会有直流或低频交流电压（由于接地系统中的泄漏电流，实际故障电流，瞬变或接线错误/缺陷...）以及各种干扰。

交流电电位差很容易引起干扰，而流过接地电缆屏蔽层的强电流实际上可能会引发火灾。

所有这些都假设设备首先正确接地，如果情况不再如此，甚至会发生更糟的事情。

这不是最坏的情况，但是很糟糕的例子是，接地的（两侧）屏蔽层会发生什么情况：一台PC意外地用两线IEC电缆（以前在野外发现！）连接到了无RCD（旧TN）上-C到插座...）接线系统。该PC可将内部带电主电源连接到金属外壳，该PC中的所有接地都连接到该金属外壳。该连接的另一端是已正确实现接地的设备。所用的以太网电缆是最轻的结构，并带有薄的屏蔽材料。由于您没有5m电缆，所以它是30米长的线圈绕制而成。在此长度下，该屏蔽层可能具有适当的电阻（大约15欧姆是“完美的”电阻）在240V系统上）传递的电流应足够小，以至于不会烧断任何保险丝或自动装置，但要足够大，以在电缆屏蔽层上耗散超过1000瓦的电流。这将意味着大量烟雾，并且不太可能引起周围物质着火的危险。

是什么让您认为它没有接地？

• 根据定义，“接地”是某些本地电路的0V参考。
• 接地是连接到外部terraferma的地面。

您可能知道，除非笔记本计算机/平板电脑的外部接地将其连接到某个端口，例如VGA电缆连接到3针LCD显示器，否则所有笔记本电脑/平板电脑都具有浮地，这是由于电池充电器中的电流互感器绝缘所致。

由于双相编码方法，以太网在较低频谱中也没有信号，包括DC。

更重要的是，为了提高信号完整性并降低进出的EMI，信号是具有75Ω端接并与CM变压器和1：1中心抽头变压器保持平衡的传输线。这样可以提高用户侧的CM阻抗，以便进行隔离，同时将电缆侧的差分阻抗保持在存在信号的较高频谱中的本地地。

请参阅下面的“接地连接”

• 通过1000pF耦合帽和75 Ohm终端器