PHY รับสัญญาณจากปลายทางได้อย่างไร
แชร์
สัญญาณทั้งสองทิศทางใช้สายคู่เดียวกัน
ประมาณค่า
PHY ใช้สัญลักษณ์ที่ตนส่งเป็นข้อมูลอ้างอิง
ลบออก
ในตัวอย่างประกอบนี้ ค่าที่เหลือคือ 0.22
รายการตรวจสอบสำหรับการทดสอบบนโต๊ะ
เปรียบเทียบสายแพตช์ที่ทราบว่าใช้งานได้ดีกับช่องสัญญาณที่ติดตั้งจริง บันทึกการเปลี่ยนแปลงของอัตราลิงก์ โหมดดูเพล็กซ์ และค่าตัวนับ
เมื่อเชื่อมต่ออุปกรณ์กิกะบิตสองตัวในตู้ควบคุม ตัวควบคุมสามารถส่งคำขอแบบพอลลิงไปพร้อมกับรับข้อมูลจากอีกธุรกรรมหนึ่งได้ สาย Ethernet ทั่วไปมีตัวนำทองแดงแปดเส้นที่ตีเกลียวเป็นสี่คู่ ใน 1000BASE-T แบบฟูลดูเพล็กซ์ สายแต่ละคู่ส่งสัญญาณได้ทั้งสองทิศทางพร้อมกัน ภาครับแยกสัญญาณทั้งสองได้เพราะทราบลำดับสัญญาณที่ตนส่งอยู่แล้ว โดยประมาณว่าลำดับนั้นจะปรากฏในทางเดินสัญญาณรับอย่างไร แล้วลบค่าประมาณนั้นออก
สายทั้งสี่คู่ทำงานร่วมกัน
ควรแยกรูปแบบของขั้วต่อออกจากหลักการส่งสัญญาณ การเชื่อมต่อ 100BASE-TX ทั่วไปใช้สายสองคู่ คู่หนึ่งสำหรับส่งและอีกคู่สำหรับรับ ส่วน 1000BASE-T แบบฟูลดูเพล็กซ์ใช้สายทั้งสี่คู่ร่วมกัน อุปกรณ์ทั้งสองฝั่งขับสัญญาณบนสายแต่ละคู่ จึงไม่สามารถกำหนดให้ขาใดทำหน้าที่รับอย่างเดียวแบบถาวรได้ ฟูลดูเพล็กซ์หมายถึงการส่งสัญญาณพร้อมกันได้ทั้งสองทิศทาง ไม่ได้เพิ่มอัตราลิงก์ในทิศทางใดทิศทางหนึ่งเป็นสองเท่า
วงจรลอจิกของสวิตช์ในตู้ควบคุมประมวลผลเฟรม Ethernet ส่วนวงจรรับส่งสัญญาณชั้นกายภาพหรือ PHY เข้ารหัสข้อมูลดิจิทัลเป็นสัญญาณไฟฟ้าที่เหมาะกับสายคู่บิดเกลียว แล้วเชื่อมถ่ายสัญญาณเข้าสู่สายผ่านชุดวงจรแม่เหล็กของพอร์ต ฝั่งปลายทางทำเช่นเดียวกัน ภาพประกอบเน้นสายเพียงคู่เดียวเพื่อให้ติดตามทิศทางสัญญาณได้ง่ายขึ้น วงจรรับส่งกิกะบิตประมวลผลและจัดแนวเวลาของสัญลักษณ์ที่รับจากสายทั้งสี่คู่เพื่อประกอบข้อมูลกลับคืน การสูญเสียสายหนึ่งคู่ไม่ได้หมายความว่าความจุของลิงก์กิกะบิตจะลดลงเพียงตามสัดส่วนคงที่
แอปพลิเคชันมองเห็นลิงก์สองทิศทาง ส่วนวงจรเห็นสัญญาณดิฟเฟอเรนเชียลสองสัญญาณซ้อนกันบนสายคู่เดียว ภาครับแบบดิฟเฟอเรนเชียลตอบสนองต่อผลต่างแรงดันระหว่างตัวนำ จึงลดสัญญาณรบกวนบางส่วนที่เหนี่ยวนำเข้าสู่สายทั้งสองเส้นในลักษณะคล้ายกันได้ แต่ภาคส่งฝั่งเดียวกันก็สร้างสัญญาณดิฟเฟอเรนเชียลเช่นกัน ดังนั้นการหาผลต่างระหว่างสายทั้งสองเส้นจึงไม่บอก PHY ว่าสัญญาณนั้นมาจากฝั่งใด
วงจรส่วนหน้าแอนะล็อกลดสัญญาณจากฝั่งตนเองก่อน
ลองพิจารณาแผงวงจรพอร์ตทั่วไป ขั้วต่อและชุดวงจรแม่เหล็กอยู่ทางฝั่งสายเคเบิล ส่วนวงจรส่งและรับอยู่ภายใน PHY สัญญาณจากปลายทางเข้ามาผ่านสายเคเบิลและชุดวงจรแม่เหล็ก ส่วนสัญญาณที่ฝั่งตนเองส่งออกไปใช้ทางเชื่อมถ่ายสัญญาณเดียวกัน หากส่งรูปคลื่นผสมเข้าวงจรสุ่มตัวอย่างโดยตรง องค์ประกอบสัญญาณที่แรงจากฝั่งตนเองอาจบดบังการเปลี่ยนแปลงที่เล็กกว่ามากของสัญญาณจากปลายทางหลังผ่านสายเคเบิลระยะไกล
การออกแบบที่พบทั่วไปใช้วงจรไฮบริดแอนะล็อก ซึ่งช่วยให้ภาคส่งและภาครับใช้จุดเชื่อมต่อฝั่งสายร่วมกัน พร้อมลดองค์ประกอบของสัญญาณที่ฝั่งตนเองส่งลงบางส่วนก่อนสุ่มตัวอย่าง วงจรสุ่มตัวอย่างจึงแยกแยะสัญญาณขาเข้าได้ดีขึ้น ขั้วต่อ ชุดวงจรแม่เหล็ก และ PHY ในภาพเป็นเพียงตำแหน่งตามหน้าที่การทำงานทั่วไป ภาพไม่ได้ระบุชิปที่ใช้ในผลิตภัณฑ์ใดของ Feichang และไม่ได้สื่อว่าวงจรไฮบริดเป็นชิ้นส่วนแยกที่มองเห็นได้บนแผงวงจร
ขั้วต่อ แผงแพตช์ และสายเคเบิลแต่ละช่วงไม่สามารถรักษาอิมพีแดนซ์ให้อยู่ในอุดมคติได้ทุกจุด การเปลี่ยนแปลงของอิมพีแดนซ์อาจทำให้สัญญาณที่ฝั่งตนเองส่งสะท้อนกลับมาบางส่วน สัญญาณสะท้อนนั้นต้องใช้เวลาเดินทางกลับ การลบเฉพาะสัญญาณที่ฝั่งตนเองกำลังส่งจึงยังเหลือองค์ประกอบที่มาถึงล่าช้า และจุดที่อิมพีแดนซ์ไม่ต่อเนื่องแต่ละจุดอาจทำให้เกิดสัญญาณสะท้อนที่มีแอมพลิจูดและเวลาหน่วงต่างกัน ภาครับจึงต้องมีการหักล้างอีกขั้นหนึ่ง
ประมาณค่าสัญญาณสะท้อนจากลำดับสัญญาณส่งที่ทราบ แล้วลบออก
PHY มีสำเนาของสัญลักษณ์ที่ตนส่งไปแล้ว การประมวลผลสัญญาณรับแบบดิจิทัลสามารถใช้ทั้งสัญลักษณ์ปัจจุบันและสัญลักษณ์ก่อนหน้าที่ฝั่งตนเองส่งเป็นข้อมูลอ้างอิง โดยถ่วงน้ำหนักองค์ประกอบที่มีเวลาหน่วงต่างกันเพื่อประมาณค่าสัญญาณสะท้อน ณ จุดสุ่มตัวอย่าง การลบค่าประมาณนี้ออกจากค่าตัวอย่างผสมช่วยให้ตรวจจับสัญลักษณ์จากปลายทางได้ง่ายขึ้น การเปลี่ยนแปลงระบบสายอาจเปลี่ยนเส้นทางของสัญญาณสะท้อน จึงต้องปรับค่าประมาณให้ตามการเปลี่ยนแปลงของเส้นทางนั้น แทนที่จะใช้ค่าคงที่เดียวกับสายทุกเส้น
ลองพิจารณาค่าตัวอย่างสมมติหนึ่งค่า หลังผ่านวงจรส่วนหน้าแอนะล็อก ภาครับเห็นค่าผสม 0.8 หน่วยสมมติ สมมติว่า 0.6 เป็นสัญญาณสะท้อนจากฝั่งตนเอง และ 0.2 เป็นสัญญาณจากปลายทาง หากการประมวลผลดิจิทัลประมาณค่าสัญญาณสะท้อนได้ 0.58 เมื่อลบออกจะเหลือ 0.22 ซึ่งใกล้เคียงกับค่าจากปลายทางที่ 0.2 โดยมีค่าคลาดเคลื่อนตกค้าง 0.02 ตัวเลขเหล่านี้ช่วยให้ตรวจสอบการคำนวณได้ ไม่ใช่ค่าแรงดันมาตรฐานหรือค่าที่วัดจากอุปกรณ์ สัญญาณสะท้อน ณ จุดเวลาอื่นที่สุ่มตัวอย่างอาจมีค่าเป็นลบ ซึ่งเมื่อลบออกแล้วจะทำให้ผลลัพธ์เพิ่มขึ้น
ภาครับจริงยังต้องรับมือกับสัญญาณแทรกข้ามจากสายคู่อื่น การสูญเสียในช่องสัญญาณ และการรบกวนระหว่างสัญลักษณ์ การหักล้างสัญญาณแทรกข้ามที่ปลายใกล้และการปรับสมดุลสัญญาณแก้ผลกระทบคนละแบบ กระบวนการเหล่านี้เกิดขึ้นขณะที่ PHY กู้คืนสัญลักษณ์ วงจรลอจิกของสวิตช์ในขั้นถัดไปจะเห็นเฟรมที่กู้คืนแล้วหรือข้อผิดพลาดในการรับ การจับแพ็กเก็ตจากพอร์ตมิเรอร์ของสวิตช์แสดงให้เห็นว่าเฟรมเคลื่อนผ่านอย่างไรในชั้นถัดไป แต่ไม่สามารถแสดงสัญญาณสะท้อนตกค้างภายใน PHY ได้
เหตุใดสายแพตช์สั้นจึงอาจใช้งานได้ แต่ช่องสัญญาณที่ติดตั้งจริงกลับใช้งานได้ไม่ดี
อุปกรณ์สองตัวอาจเจรจาตั้งลิงก์กิกะบิตที่เสถียรผ่านสายแพตช์สั้นได้ แต่เมื่อเชื่อมต่อใหม่ผ่านแผงแพตช์ในตู้และระบบสายถาวร อาจต้องเจรจาตั้งลิงก์ใหม่เป็นครั้งคราวหรือมีข้อผิดพลาดในการรับสะสม การเปรียบเทียบนี้ช่วยจำกัดขอบเขตการค้นหาสาเหตุ การเข้าหัวผิดคู่ (split pair) หน้าสัมผัสไม่ดี การคลายเกลียวมากเกินไป การสูญเสียจากการแทรก สัญญาณแทรกข้าม หรือการตั้งค่าที่ต่างกัน ล้วนทำให้เกิดอาการคล้ายกันได้ ไฟแสดงสถานะลิงก์ที่ติดอยู่บอกเพียงว่าลิงก์เชื่อมต่อสำเร็จ ณ ขณะนั้น ไม่ได้วัดว่าลิงก์ยังมีระยะเผื่อในการทำงานเท่าใด
ในช่วงเวลาบำรุงรักษาที่ได้รับอนุมัติ ให้บันทึกอัตราที่เจรจาได้และจำนวนข้อผิดพลาดในการรับที่ทั้งสองฝั่ง เปรียบเทียบกับการใช้สายแพตช์สั้นที่ทราบว่าใช้งานได้ดี โดยใช้อุปกรณ์ การตั้งค่า และทราฟฟิกเดิม จากนั้นกลับมาใช้ช่องสัญญาณที่ติดตั้งจริง แล้วใช้เครื่องทดสอบรับรองสายเคเบิลที่เหมาะสมตรวจผังการต่อสาย การสูญเสียจากการแทรก การสูญเสียจากการสะท้อนกลับ และสัญญาณแทรกข้ามที่ปลายใกล้ เทียบกับเกณฑ์ของงานติดตั้งนั้น การสูญเสียจากการสะท้อนกลับให้ข้อมูลเกี่ยวกับการสะท้อนในช่องสัญญาณ ส่วนข้อผิดพลาดในการรับบอกว่าลิงก์ทำงานเป็นอย่างไรในการใช้งานจริง ผลทั้งสองส่วนอาจช่วยยืนยันกันได้ แต่ไม่มีผลส่วนใดที่บอกสถานะตัวกรองภายใน PHY ได้ด้วยตัวเอง
หากช่องสัญญาณที่ติดตั้งจริงมีปัญหา ให้แยกตรวจสายแพตช์ในตู้ จุดเข้าหัวที่แผงแพตช์ สายเคเบิลถาวร และจุดเข้าหัวภาคสนาม โดยเปลี่ยนทีละรายการ หลังเปลี่ยนแต่ละครั้ง ให้บันทึกทราฟฟิกทั้งสองทิศทางและค่าที่เพิ่มขึ้นของตัวนับข้อผิดพลาด ใช้ช่วงเวลาสังเกตที่ยาวเท่ากันในการเปรียบเทียบ หากโครงการกำหนดให้ตรวจสอบความเสถียรนานขึ้น ให้ครอบคลุมการเดินเครื่องในสภาวะที่เป็นตัวแทนของการใช้งานจริง การสั่นสะเทือน และสภาพการยึดสายตามที่ติดตั้งจริง การผ่านการทดสอบบนโต๊ะเพียงครั้งเดียวไม่ได้ยืนยันความน่าเชื่อถือของเส้นทางที่ใช้งานจริง
การอ่านข้อมูลจำเพาะของผลิตภัณฑ์และผลการทดสอบ
ข้อมูลจำเพาะของสวิตช์แบบจัดการได้สำหรับติดตั้งบนราง DIN ของ Feichang ซึ่งมีพอร์ตออปติคัล 10G สี่พอร์ตและพอร์ตทองแดงกิกะบิตแปดพอร์ต ระบุว่ามีอินเทอร์เฟซ 10/100/1000BASE-T RJ45 ที่รองรับการเจรจาอัตโนมัติแปดช่อง สวิตช์นี้เป็นตัวอย่างของอินเทอร์เฟซสายทองแดงสำหรับงานอุตสาหกรรมที่กล่าวถึงในบทความนี้ สถาปัตยกรรมแอนะล็อก วิธีประมาณค่าแบบดิจิทัล การวินิจฉัย และพฤติกรรมการกู้คืนขึ้นอยู่กับอุปกรณ์ หากสวิตช์มีพอร์ตไฟเบอร์ด้วย ให้ทดสอบช่องสัญญาณทองแดงและงบประมาณกำลังแสงแยกกัน
ในการตรวจรับ ให้ถามสามคำถามที่ตรวจสอบได้ อุปกรณ์เจรจาได้อัตราและโหมดดูเพล็กซ์ตามที่ต้องการหรือไม่? ค่าที่วัดได้ของการสะท้อนและสัญญาณแทรกข้ามเป็นไปตามเกณฑ์ของระบบสายที่เลือกหรือไม่? แอปพลิเคชันจริงสามารถรับส่งทราฟฟิกทั้งสองทิศทางได้ต่อเนื่องหรือไม่? สถานะอุปกรณ์ตอบคำถามแรก เครื่องทดสอบรับรองสายเคเบิลตอบคำถามที่สอง ส่วนตัวนับและผลการทำงานของแอปพลิเคชันตอบคำถามที่สาม วิธีนี้เชื่อมโยงหลักการที่ทำให้ PHY รับสัญญาณจากปลายทางได้กับหลักฐานที่วิศวกรเก็บได้จริง
แหล่งข้อมูลและขอบเขต
PHY Marvell 88E1111 §2.6.3 · สวิตช์อุตสาหกรรม Feichang พร้อมพอร์ตออปติคัล -10G สี่พอร์ตและพอร์ตทองแดงกิกะบิตแปดพอร์ต (ภาษาจีน)
แปลจากบทความทางเทคนิคภาษาจีน: อ่านบทความต้นฉบับภาษาจีน.
คำถามที่พบบ่อย
Gigabit Ethernet แบบฟูลดูเพล็กซ์ใช้สายคนละคู่สำหรับส่งและรับหรือไม่?
ใน 1000BASE-T แบบฟูลดูเพล็กซ์ สายทั้งสี่คู่ส่งสัญญาณทั้งสองทิศทางได้พร้อมกันในแต่ละคู่
การรับสัญญาณแบบดิฟเฟอเรนเชียลกำจัดสัญญาณที่ฝั่งตนเองส่งได้หรือไม่?
การรับสัญญาณแบบดิฟเฟอเรนเชียลช่วยลดสัญญาณรบกวนโหมดร่วมบางส่วน สัญญาณที่ฝั่งตนเองส่งก็เป็นสัญญาณดิฟเฟอเรนเชียลเช่นกัน จึงต้องใช้การหักล้างสัญญาณสะท้อน
การจับแพ็กเก็ตแสดงสัญญาณสะท้อนที่ตกค้างได้หรือไม่?
การจับแพ็กเก็ตตามปกติจะเห็นเฟรมที่กู้คืนแล้ว ให้เปรียบเทียบผลการทดสอบรับรองช่องสัญญาณ ค่าตัวนับของพอร์ต และผลการทดสอบโดยสลับอุปกรณ์หรือสายภายใต้เงื่อนไขที่ควบคุม
อ่านเพิ่มเติม
เหตุใด Classical CAN จึงแทรกบิตเสริม (stuff bits) · พอร์ตใยแก้วนำแสงกิกะบิตส่งอะไรในช่วงระหว่างเฟรม
