Comment le PHY capte le signal de l’extrémité distante
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Les deux sens de transmission partagent une même paire.
Estimer
Le PHY prend ses propres symboles émis comme référence.
Soustraire
Dans cet exemple, il reste 0.22 après soustraction.
Liste de vérifications sur banc d’essai
Comparez un cordon de brassage dont le bon fonctionnement est avéré au canal installé. Relevez le débit, le mode duplex et les variations des compteurs.
Lorsque deux équipements Gigabit sont reliés dans une armoire de commande, l’automate peut envoyer une requête d’interrogation tout en recevant les données d’une autre transaction. Un câble Ethernet courant contient huit conducteurs en cuivre torsadés en quatre paires. En 1000BASE-T en duplex intégral, chaque paire transporte simultanément des signaux dans les deux sens. Le récepteur peut les séparer parce qu’il connaît déjà sa propre séquence d’émission. Il estime la contribution de cette séquence au signal reçu et soustrait cette estimation.
Les quatre paires fonctionnent ensemble
Il faut distinguer la forme du connecteur des règles de transmission. Une liaison 100BASE-TX typique utilise deux paires, l’une pour l’émission et l’autre pour la réception. Le 1000BASE-T en duplex intégral utilise les quatre paires ensemble. Les deux extrémités émettent sur chaque paire : aucune broche ne peut donc être affectée en permanence à la seule réception. Le duplex intégral permet aux deux sens de transmission de fonctionner simultanément. Il ne double pas le débit de la liaison dans un sens donné.
La logique de commutation dans l’armoire traite les trames Ethernet. L’émetteur-récepteur de couche physique, ou PHY, code les informations numériques sous forme de signaux électriques adaptés aux paires torsadées et les couple au câble par les composants magnétiques du port. L’extrémité distante fait de même. L’illustration met une paire en évidence pour faciliter le suivi des deux sens de transmission. Un émetteur-récepteur Gigabit traite et aligne les symboles reçus sur les quatre paires pour reconstituer les données. La perte d’une paire ne se traduit pas simplement par la perte d’une fraction fixe de la capacité Gigabit.
Pour les applications, la liaison est bidirectionnelle ; pour le circuit, deux signaux différentiels se superposent sur une même paire. Un récepteur différentiel réagit à la différence de tension entre les conducteurs. Cela permet de rejeter une partie des perturbations captées de façon similaire par les deux fils. Toutefois, l’émetteur local produit lui aussi un signal différentiel. La différence de tension entre les fils ne permet donc pas au PHY de déterminer quelle extrémité a émis le signal.
L’étage analogique atténue d’abord le signal local
Prenons une carte d’interface générique. Le connecteur et les composants magnétiques se trouvent côté câble. Les circuits d’émission et de réception sont intégrés au PHY. Le signal distant arrive par le câble et les composants magnétiques, tandis que le signal émis localement emprunte le même chemin de couplage en sens inverse. Si le signal composite était transmis directement à l’échantillonneur, une forte composante locale pourrait masquer les variations bien plus faibles du signal distant après son parcours dans un câble de grande longueur.
Une architecture courante utilise un circuit hybride analogique. Il permet à l’émission et à la réception de partager la connexion côté ligne, tout en atténuant une partie du signal émis localement avant l’échantillonnage. L’échantillonneur peut ainsi mieux discerner le signal entrant. Le connecteur, les composants magnétiques et le PHY représentés dans l’illustration correspondent à des emplacements fonctionnels génériques. Le schéma n’identifie la puce d’aucun produit Feichang et ne laisse pas entendre que le circuit hybride est un composant distinct visible sur la carte.
Les connecteurs, les panneaux de brassage et les tronçons de câble ne peuvent pas maintenir une impédance idéale en tout point. Une variation d’impédance peut renvoyer une partie du signal local. Cette réflexion met du temps à revenir. Soustraire uniquement le signal local émis à l’instant considéré laisserait subsister des composantes retardées, et différentes discontinuités peuvent produire des échos d’amplitudes et de retards différents. Le récepteur a donc besoin d’un second étage d’annulation.
Estimer l’écho à partir de la séquence d’émission connue, puis le soustraire
Le PHY dispose déjà d’une copie des symboles qu’il a émis. Le traitement numérique en réception peut prendre comme référence le symbole local courant et les précédents, en pondérant leurs contributions à différents retards pour estimer l’écho au point d’échantillonnage. Soustraire cette estimation de l’échantillon composite facilite la détection des symboles provenant de l’extrémité distante. Un changement de câblage peut modifier le trajet de l’écho : l’estimation doit donc s’adapter à ce trajet plutôt que d’appliquer une même valeur fixe à tous les câbles.
Prenons un seul échantillon hypothétique. Après l’étage analogique, le récepteur voit une valeur composite de 0.8 unités arbitraires. Supposons que 0.6 corresponde à l’écho local et que 0.2 provienne de l’extrémité distante. Si le traitement numérique estime l’écho à 0.58, il reste 0.22 après soustraction. Ce résultat est proche de la valeur distante de 0.2, avec une erreur résiduelle de 0.02. Ces chiffres permettent de vérifier le calcul. Ils ne correspondent ni à des tensions normalisées ni à des mesures effectuées sur un équipement. À un autre instant d’échantillonnage, l’écho peut être négatif ; le soustraire augmente alors le résultat.
Les récepteurs réels sont aussi confrontés à la diaphonie provenant des autres paires, à l’affaiblissement du canal et aux interférences entre symboles. L’annulation de la paradiaphonie et l’égalisation traitent des effets distincts. Ces opérations ont lieu pendant que le PHY récupère les symboles. En aval, la logique de commutation voit les trames reconstituées ou les erreurs de réception. Une capture effectuée sur un port miroir du commutateur peut montrer comment les trames circulent à la couche suivante, mais ne peut pas révéler l’écho résiduel interne.
Pourquoi un cordon de brassage court peut fonctionner alors que le canal installé ne fonctionne pas
Deux équipements peuvent négocier une liaison Gigabit stable sur un cordon de brassage court, puis renégocier la liaison de temps à autre ou accumuler des erreurs de réception lorsqu’ils sont reconnectés via le panneau de brassage de l’armoire et le câblage permanent. Cette comparaison aide à circonscrire la recherche. Une paire dépairée, un mauvais contact, un détorsadage excessif, des pertes d’insertion, de la diaphonie ou un écart de configuration peuvent tous produire des symptômes similaires. Un voyant de liaison allumé indique qu’une liaison était établie à cet instant. Il ne mesure pas sa marge de fonctionnement.
Pendant une fenêtre de maintenance approuvée, relevez le débit négocié et les compteurs d’erreurs de réception aux deux extrémités. Faites la comparaison avec un cordon de brassage court dont le bon fonctionnement est avéré, en conservant les mêmes équipements, réglages et conditions de trafic. Rétablissez le canal installé et utilisez un certificateur de câblage adapté pour contrôler le schéma de câblage, les pertes d’insertion, les pertes de retour et la paradiaphonie au regard des limites applicables à l’installation. Les pertes de retour renseignent sur les réflexions dans le canal. Les erreurs de réception décrivent le comportement de la liaison en service. Les résultats peuvent se corroborer, mais aucun ne révèle à lui seul l’état du filtre interne du PHY.
Si le canal installé présente un problème, isolez tour à tour le cordon de brassage de l’armoire, la terminaison au panneau de brassage, le câble permanent et la terminaison sur le terrain, en ne modifiant qu’un élément à la fois. Après chaque modification, relevez le trafic dans les deux sens et l’augmentation des compteurs d’erreurs. Comparez des périodes d’observation de même durée. Si le projet exige des vérifications de stabilité plus longues, tenez compte du fonctionnement représentatif des équipements, des vibrations et du maintien mécanique du câble tel qu’il est installé. Un seul essai réussi sur banc ne suffit pas à établir la fiabilité de la liaison en production.
Lire les spécifications du produit et les résultats d’essai
La fiche du commutateur administrable Feichang sur rail DIN, doté de quatre ports optiques 10G et de huit ports cuivre Gigabit, indique huit interfaces 10/100/1000BASE-T RJ45 à autonégociation. C’est un exemple de l’interface cuivre industrielle décrite ici. L’architecture analogique, l’estimation numérique, les diagnostics et le comportement lors du rétablissement de la liaison dépendent de l’équipement. Si le commutateur dispose également de ports fibre, vérifiez séparément le canal cuivre et le bilan de puissance optique.
Pour la réception de l’installation, posez trois questions vérifiables. Les équipements ont-ils négocié le débit et le mode duplex prévus ? Les mesures de réflexion et de diaphonie respectent-elles les limites retenues pour le câblage ? L’application réelle peut-elle échanger du trafic dans les deux sens dans la durée ? L’état des équipements répond à la première question, le certificateur de câblage à la deuxième, et les compteurs ainsi que les résultats de l’application à la troisième. On relie ainsi le mécanisme qui permet au PHY de capter le signal distant aux éléments qu’un ingénieur peut effectivement relever.
Sources et portée
PHY Marvell 88E1111, § 2.6.3 · Commutateur industriel Feichang à quatre ports optiques -10G et huit ports cuivre Gigabit (en chinois)
Traduit de l’article technique en chinois : Lire l’article original en chinois.
Questions fréquentes
En Gigabit Ethernet en duplex intégral, utilise-t-on des paires distinctes pour l’émission et la réception ?
En 1000BASE-T en duplex intégral, chacune des quatre paires transporte des signaux dans les deux sens.
La réception différentielle élimine-t-elle le signal émis localement ?
La réception différentielle rejette une partie des perturbations en mode commun. Le signal émis localement est lui aussi différentiel et nécessite une annulation d’écho.
Une capture de paquets peut-elle révéler l’écho résiduel ?
Une capture ordinaire contient les trames reconstituées. Comparez les résultats de certification du canal, les compteurs des ports et les essais de substitution contrôlés.
Pour en savoir plus
Pourquoi le CAN classique insère des bits de bourrage · Ce qu’un port fibre gigabit transmet entre les trames
