Данная статья содержит термины и инженерные комментарии по поводу электрических свойств стандартного решения гальванической развязки, применяемой внутри Fast Ethernet-устройств (10/100BASE-TX), адаптированных для подключения к локальной сети (LAN) через 8-контактый разъём RJ-45.

Рассматриваемое стандартное решение содержит два канала: в режиме full duplex один канал может работать на передачу с одновременным приёмом по второму каналу. Схема является прозрачной для распространения принимаемого  сигнала от разъёма RJ-45 до приёмной части трансивера физического уровня (Ethernet PHY) и в обратном направлении – в канале, используемом для передачи. Cовременные Ethernet PHY устройства, поддерживающие технологию Auto-MDIX, при установлении соединения на физическом уровне способны адаптивно менять местами канал передачи с каналом приёма, чтобы не зависеть от типа кабеля: перекрёстного (кроссовера) или прямого.

Каждая из  медных витых пар кабеля, использованная для передачи (подключенная к контактам 1-2 и 3-6 разъёма RJ-45), представляет собой симметричную однородную линию, являющуюся физической средой для распространения волны приёмного и передающего сигналов. Поскольку сетевая аппаратура по разные стороны LAN может иметь разные точки заземления и на кабель действует общая помеха относительно окружающей среды, то  происходящий в каждой медной паре волновой процесс распространения сигнала можно разложить на синфазную и противофазную составляющие: синфазная – это помеха, противофазная – это полезный сигнал. Прокомментируем далее роль элементов приведённой схемы, с точки зрения этих составляющих.

• Каждая из неиспользуемых пар кабеля. подключенная к контактам 4-5 и 7-8 разъёма RJ-45, для противофазного сигнала замкнута, а для синфазного – нагружена на резисторы R₃, R₄, поглощающие (преобразующие в тепло) энергию пришедшего синфазного электрического сигнала по этим медным парам.
• Резисторы  R₁, R₂, поглощают энергию пришедшего синфазного сигнала по медным парам, подключенным к контактам 1-2 и 3-6 разъёма RJ-45.
• Цепь общего провода поглощающих резисторов R₁, R₂, R₃, R₄ соединена через конденсатор С₁ с корпусом данного сетевого устройства (или с цепью, выполняющей роль корпуса, относительно которой будет поглощаться пришедшая из кабеля синфазная помеха – этот важный вопрос ниже рассмотрим подробнее).
• Синфазные фильтры F₁, F₂  прозрачны для противофазного информационного сигнала, но образуют совместно с R₁, R₂ фильтр (ФНЧ), подавляющий синфазную помеху.
• Трансформаторы T₁, T₂  обеспечивают гальваническую изоляцию трансивера относительно LAN. Стандартная электрическая прочность этой изоляции (гарантированная производителями Ethernet трансформаторов) составляет 1500 В при воздействии синфазного переменного напряжения 50 Гц в течении 1 минуты. Трансформаторы T₁, T₂ прозрачны для противофазного информационного сигнала, проходящего через гальваноразвязку. В тоже время, эти трансформаторы прозрачны для помехового синфазного сигнала, ответвляемого на среднюю точку полуобмоток этих трансформаторов для передачи этой помехи в нагрузочные резисторы R₁, R₂.
• Трансивер содержит согласующие резисторы (на схеме не показаны), на которых рассеивается энергия информационной противофазной составляющей сигнала

Рассмотрим вопрос заземления в данной схеме. Практически возможны 3 случая:

1) Если устройство имеет цепь защитного заземления (соединённую с корпусом), то ток синфазной помехи потечёт через землю и энергия помехи уйдёт в тепло на резисторах  R₁, R₂, R₃, R₄. Этот случай является штатным, например, с точки зрения индустриального применения Ethernet.

2) Если цепи заземления нет в устройстве, но имется объёмная токопроводящая конструкция, выполняющая роль местного заземления, корпуса или экрана, то к такая конструкция также может быть использована для отвода высокочастотной  синфазной помехи.

3) Если цепи заземления нет в устройстве и нет объёмной токопроводящей конструкции, выполняющей роль местного заземления, корпуса или экрана, то синфазная составляющая помехи не будет подавлена фильтрами на основе F1 и F2. Это не повлияет на функционирование Ethernet, но уменьшит синфазную помехозащиту на высокой частоте, которая в этом случае будет зависеть только от межобмоточной ёмкости трансформаторов T₁, T₂.

Заметим, что упрощённые варианты Ethernet оборудования, предназначенного  для работы только для коротких локальных соединений, могут не только не содержать синфазных фильтров F₁, F₂, но и не содержать трансформаторов T₁, T₂.

Надеемся, что информация данной статьи оказалась полезной системным интеграторам, инженерам встраиваемых систем, а также при выборе оборудования, когда возникает необходимость сравнить Ethernet с другим интерфейсом, например, с USB.

---

Использование термина

Термин активно используется при описании технических характеристик интерфейса Ethernet, например, следующих измерительных систем производства ООО "Л Кард":

АЦП: 16 бит; 16/32 каналов;
±0,2 В…10 В; 2 МГц
ЦАП: 16 бит; 2 канала; ±5 В; 1 МГц
Цифровые входы/выходы:
17/16, ТТЛ 5 В
Интерфейс: USB 2.0 (high-speed), Ethernet (100 Мбит)
Гальваническая развязка.

Модуль АЦП/ЦАП
16/32 каналов, 16 бит, 2 МГц, USB, Ethernet

E-502

Измерительная система LTR