Cách PHY thu được tín hiệu từ đầu xa
Chia sẻ
Hai chiều dùng chung một cặp dây.
Ước lượng
PHY dùng chính các ký hiệu mà nó phát làm tham chiếu.
Lấy hiệu
Trong mẫu minh họa này, phần còn lại là 0.22.
Danh sách kiểm tra tại bàn thử
So sánh một dây nhảy đã xác nhận hoạt động tốt với kênh cáp đã lắp đặt. Ghi lại các thay đổi về tốc độ, chế độ song công và bộ đếm.
Khi kết nối hai thiết bị gigabit trong một tủ điều khiển, bộ điều khiển có thể gửi yêu cầu thăm dò đồng thời nhận dữ liệu từ một giao dịch khác. Cáp Ethernet điển hình có tám lõi đồng xoắn thành bốn cặp. Trong 1000BASE-T ở chế độ song công toàn phần, mỗi cặp truyền tín hiệu theo cả hai chiều cùng lúc. Bộ thu có thể tách hai tín hiệu vì đã biết chuỗi ký hiệu do chính thiết bị phát. Bộ thu ước lượng cách chuỗi đó xuất hiện trở lại trên đường thu rồi trừ đi giá trị ước lượng.
Cả bốn cặp dây cùng hoạt động
Cần phân biệt hình dạng đầu nối với quy tắc truyền tín hiệu. Kết nối 100BASE-TX điển hình dùng hai cặp dây, một cặp để phát và một cặp để thu. 1000BASE-T ở chế độ song công toàn phần dùng đồng thời cả bốn cặp. Cả hai đầu đều phát tín hiệu trên mỗi cặp, nên không thể gán cố định các chân vào vai trò chỉ thu. Song công toàn phần nghĩa là hai chiều có thể hoạt động đồng thời. Điều đó không làm tăng gấp đôi tốc độ liên kết theo bất kỳ chiều nào.
Mạch logic của bộ chuyển mạch trong tủ xử lý các khung Ethernet. Bộ thu phát lớp vật lý, hay PHY, mã hóa thông tin số thành tín hiệu điện phù hợp với cặp dây xoắn và ghép tín hiệu vào cáp qua cụm linh kiện từ của cổng. Đầu xa cũng làm như vậy. Hình minh họa làm nổi bật một cặp dây để dễ theo dõi hai chiều truyền. Bộ thu phát gigabit xử lý và căn chỉnh các ký hiệu nhận được trên cả bốn cặp để khôi phục dữ liệu. Mất một cặp dây không đơn thuần làm mất một phần cố định dung lượng của liên kết gigabit.
Đối với ứng dụng, đây là một liên kết hai chiều; còn trên mạch điện, hai tín hiệu vi sai chồng lên nhau trên cùng một cặp dây. Bộ thu vi sai đáp ứng với chênh lệch điện áp giữa hai lõi dây. Cách này loại bỏ một phần nhiễu tác động tương tự lên cả hai dây. Tuy nhiên, bộ phát tại chỗ cũng tạo tín hiệu vi sai, nên chỉ lấy chênh lệch điện áp giữa hai dây không giúp PHY biết tín hiệu do đầu nào phát.
Tầng đầu vào tương tự trước tiên làm suy giảm tín hiệu tại chỗ
Xét một bo mạch cổng điển hình. Đầu nối và cụm linh kiện từ nằm ở phía cáp. Mạch phát và thu nằm bên trong PHY. Tín hiệu từ đầu xa đi vào qua cáp và cụm linh kiện từ, còn tín hiệu phát tại chỗ đi ra qua cùng đường ghép nối. Nếu dạng sóng tổng hợp được đưa thẳng vào bộ lấy mẫu, thành phần tín hiệu tại chỗ có biên độ lớn có thể che lấp những biến thiên nhỏ hơn nhiều của tín hiệu từ đầu xa sau khi đi qua một đoạn cáp dài.
Một thiết kế phổ biến dùng mạch lai tương tự. Mạch này cho phép đường phát và đường thu dùng chung kết nối phía đường dây, đồng thời triệt bớt thành phần tín hiệu phát tại chỗ trước khi lấy mẫu. Nhờ đó, bộ lấy mẫu có thể phân giải tín hiệu đến tốt hơn. Đầu nối, cụm linh kiện từ và PHY trong hình chỉ thể hiện các vị trí chức năng điển hình. Hình vẽ không xác định chip dùng trong bất kỳ sản phẩm Feichang nào, cũng không hàm ý rằng mạch lai là một linh kiện riêng có thể nhìn thấy trên bo mạch.
Đầu nối, bảng đấu nối và các đoạn cáp không thể duy trì trở kháng lý tưởng tại mọi điểm. Sự thay đổi trở kháng có thể làm một phần tín hiệu phát tại chỗ phản xạ trở lại. Tín hiệu phản xạ mất một khoảng thời gian mới quay về. Nếu chỉ trừ tín hiệu phát tại chỗ ở thời điểm hiện tại thì vẫn còn các thành phần bị trễ, và các điểm gián đoạn trở kháng khác nhau có thể tạo ra tiếng vọng với biên độ và độ trễ khác nhau. Vì vậy, bộ thu cần thêm một tầng khử tiếng vọng.
Ước lượng tiếng vọng từ chuỗi ký hiệu phát đã biết rồi trừ đi
PHY đã có bản sao của các ký hiệu mà nó phát. Khối xử lý thu số có thể dùng các ký hiệu phát tại chỗ ở thời điểm hiện tại và các thời điểm trước đó làm tham chiếu, gán trọng số cho các thành phần ứng với từng độ trễ để ước lượng tiếng vọng tại điểm lấy mẫu. Trừ giá trị ước lượng đó khỏi mẫu tín hiệu tổng hợp giúp phát hiện các ký hiệu từ đầu xa dễ hơn. Thay đổi hệ thống cáp có thể làm thay đổi đường truyền tiếng vọng, nên giá trị ước lượng phải bám theo đường truyền này thay vì áp dụng một giá trị cố định cho mọi cáp.
Xét một mẫu giả định. Sau tầng đầu vào tương tự, bộ thu nhận được giá trị tổng hợp là 0.8 đơn vị quy ước. Giả sử 0.6 là tiếng vọng tại chỗ và 0.2 là tín hiệu từ đầu xa. Nếu khối xử lý số ước lượng tiếng vọng là 0.58, phép trừ cho kết quả 0.22. Kết quả này gần với giá trị 0.2 từ đầu xa, với sai số dư là 0.02. Các con số này giúp kiểm tra phép tính. Chúng không phải là giá trị điện áp theo tiêu chuẩn hay số đo từ thiết bị. Tiếng vọng tại một thời điểm lấy mẫu khác có thể mang giá trị âm; khi đó, trừ giá trị này sẽ làm kết quả tăng lên.
Bộ thu thực tế còn gặp xuyên âm từ các cặp dây khác, suy hao kênh và nhiễu liên ký hiệu. Khử xuyên âm đầu gần và cân bằng kênh xử lý những hiệu ứng khác nhau. Các thao tác này diễn ra khi PHY khôi phục ký hiệu. Mạch logic của bộ chuyển mạch ở phía sau nhận được các khung đã khôi phục hoặc lỗi thu. Bản ghi bắt gói tin từ cổng phản chiếu của bộ chuyển mạch có thể cho thấy cách các khung được truyền ở lớp kế tiếp, nhưng không thể cho thấy phần dư tiếng vọng bên trong PHY.
Vì sao dây nhảy ngắn có thể hoạt động trong khi kênh cáp đã lắp đặt thì không
Hai thiết bị có thể thương lượng được một liên kết gigabit ổn định qua dây nhảy ngắn, nhưng đôi lúc phải thương lượng lại hoặc ghi nhận số lỗi thu tăng dần khi được kết nối lại qua bảng đấu nối trong tủ và hệ thống cáp cố định. Phép so sánh này giúp thu hẹp phạm vi tìm nguyên nhân. Lỗi ghép sai cặp, tiếp xúc kém, tháo xoắn quá mức, suy hao chèn, xuyên âm hoặc khác biệt về cấu hình đều có thể gây ra các triệu chứng tương tự. Đèn báo liên kết sáng cho biết liên kết đã được thiết lập tại thời điểm đó. Đèn không đo được biên dự phòng khi vận hành.
Trong khoảng thời gian bảo trì đã được phê duyệt, ghi lại tốc độ đã thương lượng và số lỗi thu ở cả hai đầu. Dùng dây nhảy ngắn đã xác nhận hoạt động tốt để so sánh, giữ nguyên thiết bị, cấu hình và lưu lượng. Kết nối lại kênh cáp đã lắp đặt rồi dùng máy kiểm định cáp phù hợp để kiểm tra sơ đồ đấu dây, suy hao chèn, suy hao phản xạ và xuyên âm đầu gần theo các giới hạn áp dụng cho hệ thống lắp đặt. Suy hao phản xạ cho biết mức phản xạ trong kênh. Lỗi thu phản ánh hiệu năng của liên kết trong quá trình vận hành. Hai loại kết quả có thể củng cố lẫn nhau, nhưng không loại nào tự nó cho biết trạng thái của bộ lọc bên trong PHY.
Nếu kênh cáp đã lắp đặt có vấn đề, hãy kiểm tra tách biệt dây nhảy trong tủ, đầu đấu nối tại bảng đấu nối, cáp cố định và đầu đấu nối tại hiện trường, mỗi lần chỉ thay đổi một hạng mục. Ghi lại lưu lượng theo cả hai chiều và mức tăng của các bộ đếm lỗi sau mỗi thay đổi. So sánh các khoảng thời gian quan sát có cùng độ dài. Nếu dự án yêu cầu kiểm tra độ ổn định trong thời gian dài hơn, hãy tính đến chế độ vận hành điển hình của thiết bị, độ rung và cách cố định cáp trong thực tế. Một lần kiểm tra đạt trên bàn thử không đủ để khẳng định độ tin cậy của tuyến cáp dùng trong sản xuất.
Cách đọc thông số sản phẩm và kết quả kiểm tra
Bộ chuyển mạch có quản lý, lắp trên thanh DIN của Feichang với bốn cổng quang 10G và tám cổng đồng gigabit liệt kê tám giao diện RJ45 10/100/1000BASE-T có khả năng tự thương lượng. Đây là một ví dụ về giao diện cáp đồng công nghiệp được đề cập ở đây. Kiến trúc tương tự, phương pháp ước lượng số, chức năng chẩn đoán và cách thức khôi phục cụ thể tùy thuộc vào thiết bị. Nếu bộ chuyển mạch có cả cổng quang, hãy kiểm tra riêng kênh cáp đồng và ngân sách công suất quang.
Khi nghiệm thu, hãy đặt ba câu hỏi có thể kiểm chứng. Các thiết bị đã thương lượng được tốc độ và chế độ song công dự kiến chưa? Kết quả đo phản xạ và xuyên âm có đáp ứng các giới hạn đã chọn cho hệ thống cáp không? Ứng dụng thực tế có thể trao đổi lưu lượng theo cả hai chiều trong suốt thời gian theo dõi không? Trạng thái thiết bị trả lời câu hỏi thứ nhất, máy kiểm định cáp trả lời câu hỏi thứ hai, còn bộ đếm và kết quả của ứng dụng trả lời câu hỏi thứ ba. Cách này liên hệ cơ chế giúp PHY thu tín hiệu từ đầu xa với những bằng chứng mà kỹ sư thực sự có thể thu thập.
Nguồn tham khảo và phạm vi
PHY Marvell 88E1111, mục §2.6.3 · Bộ chuyển mạch công nghiệp Feichang có bốn cổng quang -10G và tám cổng đồng gigabit (tiếng Trung)
Dịch từ bài viết kỹ thuật bằng tiếng Trung: Đọc bài viết gốc bằng tiếng Trung.
Câu hỏi thường gặp
Gigabit Ethernet song công toàn phần có dùng các cặp dây riêng cho chiều phát và chiều thu không?
Trong 1000BASE-T ở chế độ song công toàn phần, mỗi cặp trong số bốn cặp dây đều truyền tín hiệu theo cả hai chiều.
Thu vi sai có loại bỏ được tín hiệu phát tại chỗ không?
Thu vi sai loại bỏ một phần nhiễu chế độ chung. Bản thân tín hiệu phát tại chỗ cũng là tín hiệu vi sai, nên cần khử tiếng vọng.
Bản ghi bắt gói tin có cho thấy phần dư tiếng vọng không?
Bản ghi bắt gói tin thông thường chứa các khung đã khôi phục. Hãy đối chiếu kết quả kiểm định kênh cáp, bộ đếm của cổng và kết quả thử thay thế có kiểm soát.
Đọc thêm
Vì sao CAN cổ điển chèn bit đệm · Cổng quang gigabit gửi gì giữa các khung?
