Como o PHY capta o sinal da outra extremidade
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Os dois sentidos compartilham um par.
Estimar
O PHY usa os próprios símbolos transmitidos como referência.
Subtrair
Nesta amostra ilustrativa, o valor restante é 0.22.
Lista de verificação para testes em bancada
Compare um cordão de manobra comprovadamente em bom estado com o canal instalado. Registre as alterações na taxa, no modo duplex e nos contadores.
Ao conectar dois dispositivos Gigabit em um painel de controle, o controlador pode enviar uma solicitação de consulta enquanto recebe dados de outra transação. Um cabo Ethernet típico contém oito condutores de cobre trançados em quatro pares. No 1000BASE-T em modo full duplex, cada par transporta sinais nos dois sentidos ao mesmo tempo. O receptor consegue separá-los porque já conhece a própria sequência de transmissão. Ele estima como essa sequência reaparece no caminho de recepção e subtrai a estimativa.
Os quatro pares trabalham em conjunto
Não confunda o formato do conector com as regras de transmissão. Uma conexão 100BASE-TX típica usa dois pares, um para transmitir e outro para receber. O 1000BASE-T em modo full duplex usa os quatro pares em conjunto. As duas extremidades transmitem em cada par, portanto não é possível atribuir aos pinos uma função permanente de apenas recepção. Full duplex significa que a transmissão pode ocorrer simultaneamente nos dois sentidos. Isso não dobra a taxa do enlace em nenhum dos sentidos.
A lógica do switch no painel processa os quadros Ethernet. O transceptor da camada física, ou PHY, codifica as informações digitais em sinais elétricos adequados ao par trançado e os acopla ao cabo por meio dos componentes magnéticos da porta. A outra extremidade faz o mesmo. A ilustração destaca um único par para facilitar a visualização dos dois sentidos. Um transceptor Gigabit processa e alinha os símbolos recebidos nos quatro pares para reconstruir os dados. A perda de um par não implica simplesmente a perda de uma fração fixa da capacidade do enlace Gigabit.
Para as aplicações, há um enlace bidirecional; para o circuito, há dois sinais diferenciais sobrepostos em um mesmo par. Um receptor diferencial responde à diferença de tensão entre os condutores. Isso rejeita parte da interferência captada de forma semelhante pelos dois fios. O transmissor local, porém, também produz um sinal diferencial. Assim, medir a diferença entre os fios não permite ao PHY identificar qual extremidade enviou o sinal.
O estágio analógico de entrada atenua primeiro o sinal local
Considere uma placa de porta genérica. O conector e os componentes magnéticos ficam do lado do cabo. Os circuitos de transmissão e recepção ficam dentro do PHY. O sinal da outra extremidade chega pelo cabo e pelos componentes magnéticos, e a transmissão local sai pelo mesmo caminho de acoplamento. Se a forma de onda combinada fosse enviada diretamente ao amostrador, uma componente local forte poderia encobrir variações muito menores do sinal da outra extremidade após a passagem por um trecho longo de cabo.
Um projeto comum usa um circuito híbrido analógico. Ele permite que a transmissão e a recepção compartilhem a conexão do lado da linha e suprime parte da componente de transmissão local antes da amostragem. Assim, o amostrador consegue distinguir melhor o sinal recebido. O conector, os componentes magnéticos e o PHY representam posições funcionais genéricas na ilustração. O desenho não identifica o chip usado em nenhum produto da Feichang nem implica que o circuito híbrido seja um componente separado visível na placa.
Conectores, painéis de conexão e trechos de cabo não conseguem manter a impedância ideal em todos os pontos. Uma variação de impedância pode refletir parte do sinal local. Essa reflexão leva algum tempo para voltar. Subtrair apenas o sinal local transmitido no instante atual ainda deixaria componentes atrasadas, e diferentes descontinuidades podem gerar ecos com amplitudes e atrasos distintos. Por isso, o receptor precisa de um segundo estágio de cancelamento.
Estimar o eco a partir da sequência de transmissão conhecida e subtraí-lo
O PHY já tem uma cópia dos símbolos que transmitiu. O processamento digital da recepção pode usar os símbolos locais atuais e anteriores como referência, ponderando as contribuições correspondentes a diferentes atrasos para estimar o eco no ponto de amostragem. Subtrair essa estimativa da amostra combinada facilita a detecção dos símbolos da outra extremidade. Uma alteração no cabeamento pode mudar o caminho do eco, portanto a estimativa precisa acompanhar esse caminho em vez de aplicar um valor fixo a todos os cabos.
Considere uma única amostra hipotética. Após o estágio analógico de entrada, o receptor observa um valor combinado de 0.8 unidades arbitrárias. Suponha que 0.6 corresponda ao eco local e que 0.2 venha da outra extremidade. Se o processamento digital estimar um eco de 0.58, a subtração deixa 0.22. Esse resultado fica próximo do valor de 0.2 da outra extremidade, com um erro residual de 0.02. Os números permitem conferir o cálculo. Eles não representam tensões padronizadas nem medições de equipamentos. Em outro instante de amostragem, o eco pode ser negativo; nesse caso, subtraí-lo aumenta o resultado.
Os receptores reais também lidam com diafonia de outros pares, perdas no canal e interferência entre símbolos. O cancelamento de diafonia na extremidade próxima e a equalização tratam efeitos diferentes. Essas operações ocorrem enquanto o PHY recupera os símbolos. A lógica do switch, em uma etapa posterior, recebe quadros recuperados ou erros de recepção. Uma captura em uma porta espelhada do switch pode mostrar como os quadros trafegam na camada seguinte, mas não pode revelar o eco residual interno.
Por que um cordão de manobra curto pode funcionar quando o canal instalado não funciona
Dois dispositivos podem negociar um enlace Gigabit estável por meio de um cordão de manobra curto e, ao serem reconectados pelo painel de conexão do gabinete e pelo cabeamento permanente, renegociar o enlace ocasionalmente ou acumular erros de recepção. A comparação ajuda a restringir a investigação. Um par dividido, mau contato, destrançamento excessivo, perda de inserção, diafonia ou uma diferença de configuração podem produzir sintomas semelhantes. Um indicador de enlace aceso mostra que o enlace foi estabelecido naquele momento. Ele não mede a margem de operação do enlace.
Em uma janela de manutenção aprovada, registre a taxa negociada e as contagens de erros de recepção nas duas extremidades. Faça a comparação com um cordão de manobra curto comprovadamente em bom estado, usando os mesmos dispositivos, configurações e tráfego. Reconecte o canal instalado e use um certificador de cabos adequado para verificar o mapa de fios, a perda de inserção, a perda de retorno e a diafonia na extremidade próxima em relação aos limites da instalação. A perda de retorno fornece informações sobre as reflexões no canal. Os erros de recepção indicam como o enlace se comporta em operação. Os resultados podem se corroborar, mas nenhum deles revela, por si só, o estado do filtro interno do PHY.
Se o canal instalado apresentar algum problema, isole o cordão de manobra do gabinete, a terminação no painel de conexão, o cabo permanente e a terminação em campo, alterando um item por vez. Registre o tráfego nos dois sentidos e o aumento dos contadores de erros após cada alteração. Compare períodos de observação de mesma duração. Se o projeto exigir verificações de estabilidade mais longas, inclua condições representativas de operação dos equipamentos, vibração e fixação do cabeamento instalado. Um único teste bem-sucedido em bancada não comprova a confiabilidade do enlace em produção.
Como interpretar especificações de produtos e resultados de testes
O switch gerenciável da Feichang para trilho DIN, com quatro portas ópticas de 10G e oito portas Gigabit de cobre, tem em suas especificações oito interfaces 10/100/1000BASE-T RJ45 com autonegociação. É um exemplo da interface industrial de cobre discutida aqui. A arquitetura analógica específica, a estimação digital, os diagnósticos e o comportamento de recuperação dependem do equipamento. Quando um switch também tiver portas de fibra, teste separadamente o canal de cobre e o orçamento de potência óptica.
Para a aceitação, faça três perguntas verificáveis. Os dispositivos negociaram a taxa e o modo duplex previstos? As medições de reflexão e diafonia atendem aos limites de cabeamento selecionados? A aplicação real consegue trocar tráfego nos dois sentidos ao longo do tempo? O estado dos dispositivos responde à primeira pergunta, o certificador de cabos responde à segunda, e os contadores e os resultados da aplicação respondem à terceira. Isso relaciona o motivo pelo qual o PHY consegue captar o sinal da outra extremidade às evidências que um engenheiro pode efetivamente coletar.
Fontes e escopo
PHY Marvell 88E1111 §2.6.3 · Switch industrial Feichang com quatro portas ópticas de -10G e oito portas Gigabit de cobre (em chinês)
Traduzido do artigo técnico em chinês: Leia o artigo original em chinês.
Perguntas frequentes
A Ethernet Gigabit em modo full duplex dedica pares distintos à transmissão e à recepção?
Cada um dos quatro pares transporta sinais nos dois sentidos no 1000BASE-T em modo full duplex.
A recepção diferencial elimina a transmissão local?
A recepção diferencial rejeita parte da interferência de modo comum. A transmissão local também é diferencial e requer cancelamento de eco.
Uma captura de pacotes pode revelar o eco residual?
Uma captura convencional contém quadros recuperados. Compare os resultados da certificação do canal, os contadores das portas e os testes de substituição controlada.
Leitura complementar
Por que o CAN clássico insere bits de preenchimento · O que uma porta Gigabit de fibra óptica transmite entre quadros
