Узгодження, екранування та гальванічна розв'язка ліній зв'язку

Як уже відзначалося, будь-які електричні лінії зв'язку вимагають уживання спеціальних заходів, без яких неможлива не тільки безпомилкова передача даних, але і будь-яке функціонування мережі. Оптоволоконні лінії зв'язку вирішують усі подібні проблеми автоматично.

Узгодження електричних ліній зв'язку застосовується для забезпечення нормального проходження сигналу по довгій лінії без відображень і перекручувань.

Хвильовий опір — параметр даного типу кабелю - залежить від його пристрою (перетину, кількості і форми провідників, матеріалу ізоляції і т.д.). Величина хвильового опору обов'язково вказується в документації на кабель і складає звичайно від 50-100 Ом для коаксіального кабелю до 100-150 Ом для крученої пари або плоского багатопровідного кабелю. Точне значення хвильового опору легко можна вимірити за допомогою генератора імпульсів і осцілографа по відсутності перекручування форми переданого по кабелі імпульсу. Звичайно потрібно, щоб відхилення величини резистора, що погоджує, не перевищувало 5~10% у ту або іншу сторону.

- 14 - - 15 -

Рис. 6. Передача сигналів по електричному кабелі

Якщо опір, що погоджує, R_H менше хвильового опору кабелю R_B, то фронт переданого прямокутного імпульсу на прийомному кінці буде затягнутий, якщо ж R_H більше R_B, то на фронті буде коливальний процес (рис. 6).

Треба сказати, що мережні адаптери, їхні приймачі і передавачі спеціально розраховуються на роботу з даним типом кабелю з відомим хвильовим опором. Тому навіть при ідеально погодженому на кінцях кабелі, хвильовий опір якого істотно відрізняється від стандартного, мережа, швидше за все, працювати не буде або буде працювати зі збоями.

 

Рис. 7. Загасання сигналів в електричному кабелі

Рис. 8. Трапецеподібний і дзвоноподібний імпульси

 

Тут же варто згадати про тім, що сигнали з положистими фронтами передаються по довгому електричному кабелю краще, ніж сигнали з крутими фронтами, тобто їхня форма менше спотворюється (рис. 7). Це зв'язано з різницею величин загасання для різних частот (високі частоти загасають сильніше). Найменше спотворюється форма синусоїдального сигналу - такий сигнал просто зменшується по амплітуді. Тому для поліпшення якості передачі нерідко використовуються трапецеподібні або дзвоноподібні імпульси (рис. 8), близькі за формою до напівхвилі синуса, для чого штучно затягуються або згладжуються фронти прямокутних сигналів.

Екранування електричних ліній зв'язку застосовується для зниження впливу на кабель зовнішніх електромагнітних полів. Екран являє собою мідну або алюмінієву оболонку (плетену або з фольги), в яку вкладають проводи кабелю. Для того щоб екранування працювало, екран обов'язково повинний бути заземлений - у цьому випадку наведені на нього струми стікають на землю. Екран помітно збільшує вартість кабелю, але в той же час підвищує його механічну міцність.

Рис. 9. Диференціальна передача сигналів по кручений парі

 

Знизити вплив наведених перешкод можна і без екрана, якщо використовувати диференціальну передачу сигналу (рис. 9). У цьому випадку передача йде по двох проводах, обоє вони є сигнальними. Передавач формує протифазні сигнали, а приймач реагує на різницю сигналів на обох проводах. Умовою узгодження є рівність опорів резисторів, що погоджують, половині хвильового опору кабелю. Якщо обоє проводів мають однакову довжину і прокладені поруч (в одному кабелі), то перешкоди діють на обоє проводи приблизно однаково, і різницевий сигнал між проводами практично не спотворюється. Саме така диференціальна передача застосовується звичайно в кабелях із кручених пар. Але екранування й у цьому випадку істотно поліпшує завадостійкість.

Необхідна гальванічна розв'язка комп'ютерів від мережі при використанні електричного кабелю. Справа в тім, що по електричних кабелях (як по сигнальних проводах, так і по екрані) можуть йти не тільки інформаційні сигнали, але і так називаний струм, що вирівнює, виникаючий унаслідок неідеальності заземлення комп'ютерів.

Коли комп'ютер не заземлений, на його корпусі утвориться наведений потенціал близько 110В перемінного струму (половина живильної напруги). Його можна відчути на собі, якщо одною рукою взятися за корпус комп'ютера, а іншої за батарею центрального опалення або за який-небудь заземлений прилад.

При автономній роботі комп'ютера (наприклад, удома) відсутність заземлення, як правило, не має серйозного впливу на його роботу. Правда, іноді може збільшитися кількість збоїв у роботі комп'ютера. Але при з'єднанні декількох територіально рознесених комп'ютерів електричним кабелем заземлення стає серйознішоє проблемою. Якщо один з комп'ютерів, що з'єднуються, заземлений, а іншої не заземлений, то можливий навіть повний вихід з ладу одного з них або обох.

- 16 - - 17 -

Тому комп'ютери вкрай бажано заземлювати. У випадку використання трихконтактних вилці і розетці, у яких є нульовий провід, це виходить автоматично. При двоконтактних вилці і розетці необхідно приймати спеціальні міри, організовувати заземлення окремим проводом великого перетину. Відзначимо, що у випадку трифазної мережі бажано забезпечити живлення всіх комп'ютерів від однієї фази.

Але проблема ускладнюється ще і тим, що «земля, до якої приєднуються комп'ютери, звичайно далека від ідеалу. В ідеалі заземлюючі проводи комп'ютерів повинні сходитися в одній точці, з'єднаною короткою масивною шиною з заритим у землю масивним провідником. Така ситуація можлива тільки тоді, коли комп'ютери не занадто рознесені, а заземлення дійсно зроблено грамотно. Звичайно ж заземлювальна шина має значну довжину, у результаті чого стікаючі по ній струми створюють значну різницю потенціалів між її окремими точками. Особливо велика ця різниця потенціалів у випадку підключення до шини потужних і високочастотних споживачів енергії.

Тому навіть приєднані до однієї і тієї ж шини, але в різних точках-комп'ютери мають на своїх корпусах різні потенціали (рис. 10). У результаті по електричному кабелі, що з'єднує комп'ютери, тече струм, що вирівнює, (перемінний з високочастотними складовими).

 

Рис. 10. Струм, що вирівнює, при відсутності гальванічної розв'язки

 

Ситуація погіршується, коли комп'ютери підключаються до різних шин заземлення. Струм, що вирівнює, може досягати в цьому випадку величини в декілька ампер. Зрозуміло, що подібні струми дуже небезпечні для вузлів комп'ютера. У будь-якому випадку струм, що вирівнює, істотно впливає на переданий сигнал, часом цілком забиваючи його. Навіть тоді, коли сигнали передаються без участі екрана (наприклад, по двох проводах, укладених в екран) вирівнюючий струм, внаслідок індуктивної дії, заважає передачі інформації. Саме тому екран завжди повинний бути заземлений тільки в одній точці.

Грамотне з'єднання комп'ютерів електричним кабелем обов'язково повинне включати (рис. 11):

· остаточне узгодження кабелю;

· гальванічну розв'язку комп'ютерів від мережі (звичайно трансформаторна гальванічна розв'язка входить до складу кожного мережного адаптера);

· заземлення кожного комп'ютера;

· заземлення екрана (якщо, звичайно, він є) в одній точці.

Не можна зневажати жодною з цих вимог. Наприклад, гальванічна розв'язка мережних адаптерів часто розраховується на допустиме напруження ізоляції усього лише 100 В, що при відсутності заземлення одного з комп'ютерів може легко вивести з ладу його адаптер.

 

Рис. 11. Правильне з'єднання комп'ютерів мережі (гальванічна розв'язка умовно показана у виді прямокутника)

 

Відзначимо, що для приєднання коаксіального кабелю звичайно застосовуються рознімання в металевому корпусі. Цей корпус не повинний з'єднуватися ні з корпусом комп'ютера, ні з «землею» (на платі адаптера він установлений із пластиковою ізоляцією від кріпильної планки). Заземлення екрана кабелю мережі краще робити не через корпус комп'ютера, а окремим спеціальним проводом, що забезпечує кращу надійність. Пластмасові корпуси рознімань RJ -45 для кабелів з неекранованими крученими парами знімають цю проблему.

При заземленні екрана в одній точці він стає штирьовою антеною з заземленою підставою і може підсилювати високочастотні перешкоди на декількох частотах, кратних його довжині. Для зменшення цього «антенного» ефекту використовують заземлення по високій частоті у багатьох точках, тобто в одній точці екран з'єднується з «землею» накоротко, а в інших точках - через високовольтні керамічні конденсатори. У найпростішому випадку на одному кінці кабелю екран з'єднується з землею безпосередньо, на іншому кінці - через ємність.