Mengapa kabel Ethernet tidak terhubung ke ground?

Tidak ada GND khusus di pinout Ethernet 8P8C ("RJ45") klasik. ^[1]

Mengapa spec Ethernet tidak termasuk ground, tidak seperti banyak tipe kabel lain yang digunakan untuk menghubungkan perangkat yang mungkin keduanya memiliki sumber daya independen juga, misalnya RS-232 atau USB ?

Jika Anda mengabaikan POE 48 Volts pada gambar di bawah ini, Anda dapat melihat Ethernet menggunakan transformer di kedua sisi .

Dengan cara ini tidak perlu ada kesamaan selama tegangan mode umum tetap di bawah 1500V secara umum. Spesifikasi isolasi transformator.

Dan sebagai bonus Anda sekarang juga tahu cara kerja POE. ( 802.3pada )

Namun, CAT6A sering memiliki konektor berpelindung. Pelindung kemudian dihubungkan ke sasis menggunakan sedikit penutup di dalam soket.

Gambar sumber

Mengapa Ethernet tidak terhubung ke ground? Ada dua alasan:
1. Ini akan membuat loop tanah antara perangkat
2. Perangkat juga akan lebih rentan terhadap ESD yang lazim pada kabel yang sedang dipindahkan atau ditangani (dari pengisian triboelektrik kabel)

Alasan Ethernet lebih rentan terhadap ground loop adalah karena:

1. Loop bisa jauh lebih besar dari spesifikasi kabel lainnya, dengan 100m antara perangkat. USB 5m, RS232 us 15m. Perangkat Ethernet lebih cenderung berada di ruangan yang berbeda, sedangkan perangkat USB biasanya dihubungkan ke komputer (atau hub) dan berada di tanah yang sama atau di ruangan yang sama di sirkuit listrik yang sama.
2. Tegangan ethernet lebih rendah ± 1V dengan arus ~ 10mA. RS232 jauh lebih tinggi pada 5V atau 15V. USB adalah 3.3V. Ini membuatnya lebih rentan terhadap kesalahan.

Perusahaan dan insinyur yang merancang spesifikasi ethernet memikirkan hal ini (ada banyak pemikiran yang masuk ke dalam spesifikasi)

Jika Anda memiliki ground di antara pemancar dan penerima, itu akan membuat loop tanah. Loop ground ini akan dibentuk oleh kabel dan jalur balik akan menjadi ground utama seperti yang ditunjukkan di bawah ini. Setiap medan magnet yang mengalir melalui loop akan menciptakan arus di sepanjang kabel (dan sisa loop). Bahkan jika Anda mengisolasi kabel sinyal, ini akan menjadi masalah karena induktansi timbal balik antara kabel (kabel berjalan berdampingan satu sama lain dapat pasangan arus dari satu ke yang lain). Ini akan menyuntikkan noise (dan menyebabkan kesalahan bit potensial dan kehilangan paket).

Jadi, jika Anda menambahkan transformator isolasi antar perangkat, Anda memutus loop dan masih dapat mengirimkan sinyal cepat antara pemancar dan penerima. Manfaat lain dari isolasi galvanik, juga meningkatkan impedansi kabel ke perangkat jika terjadi pelepasan muatan listrik statis yang besar.

Ini adalah contoh isolasi antara dua perangkat, ethernet memiliki dua transformator isolasi, tetapi hasilnya sama, itu merusak loop tanah (dan mengurangi noise mode umum dalam hubungannya dengan twisted pair dan mode umum tersedak ).

Gambar dari wikipedia di loop tanah

1. Pensinyalan diferensial berarti bahwa tidak perlu titik temu sebagai titik referensi. Juga, meniadakan kebutuhan untuk perisai, yang biasanya didasarkan.
2. Tidak ada transfer daya DC lagi yang menghilangkan kebutuhan akan landasan bersama dan memungkinkan poin # 3 menjadi mungkin.
3. Pemisahan galvanik membuat landasan tidak produktif. Spesifikasi membuat upaya yang cukup besar dalam membuat perangkat di berbagai potensi yang dapat bekerja bersama sehingga menambahkan kawat tanah akan sangat membatalkan upaya ini.

/ edit: seperti yang ditunjukkan Tom Carpenter, POE yang diimplementasikan dengan benar, dengan konverter DC-DC yang terisolasi, masih mempertahankan isolasi galvanik dan properti "tanpa kabel di tanah potensial". (Ok, POE memecah bagian pemisahan galvanik dan menambahkan jenis landasan, tidak terlihat jelas, namun ada di sana. Tapi POE adalah retasan di atas Ethernet, bukan bagian asli dari spesifikasi. Perangkat Non-POE mempertahankan keunggulan asli .)

USB memiliki sinyal diferensial juga, tetapi juga membawa daya DC. Hanya adanya kemungkinan kekuatan membuat landasan bersama diperlukan.

RS-232 tidak membawa daya, tetapi sinyalnya bukan pasangan diferensial yang mandiri, ini adalah kawat tunggal yang dirujuk ke tanah - yang membuat landasan bersama itu diperlukan.

Landasan sering disalahpahami sebagai solusi akhir untuk menghubungkan berbagai hal bersama. Namun, dalam kebanyakan kasus, bahkan dalam jangka pendek, landasan menambahkan lebih banyak masalah daripada menyelesaikannya.

Masalah dengan berbagi tanah pada jarak berapa pun adalah Anda mengasumsikan kedua ujungnya memiliki potensi tanah yang sama. Di dunia yang sempurna itu mungkin benar, tetapi dalam kehidupan nyata hampir tidak pernah ada.

Apakah itu karena kabel yang buruk, kebocoran tanah, atau efek EMI tanah di sini pada monitor ini berbeda dari tanah di sana di TV Anda. Dengan demikian, saat Anda menjalankan kabel yang mencakup arde di antara keduanya, akan ada arus yang mengalir di arde tersebut.

Selain itu, landasan bersama menjadi jalur pengembalian saat ini untuk sinyal Anda. Itu berarti Anda benar-benar menambahkan suara ke garis tanah. Jika sistem komunikasi Anda menggunakan beberapa jalur, mereka secara efektif berbagi jalur pengembalian yang sama dan arus menjadi jauh lebih kompleks, dan kebisingannya jauh lebih buruk, di landasan bersama.

Semakin lama kabel semakin banyak perbedaan tegangan akan terlihat di sepanjang kabel ground itu. Jika ada perbedaan yang cukup, delta antara arde dan tegangan sinyal akan turun sangat rendah sehingga Anda tidak lagi dapat membedakan sinyalnya.

Gambar di bawah ini menunjukkan ini. Perhatikan bahwa Anda memiliki dua lampu di atas tanah di kejauhan. Anda dapat melihat bahwa dengan tanah padat yang bagus, Anda dapat dengan mudah membedakan di tengah mana cahaya menyala. Namun, dalam situasi tangan kanan di mana batas tanah sulit untuk diidentifikasi, tidak mungkin lagi untuk mengetahui apakah itu cahaya tinggi atau rendah.

Standar seperti ETHERNET dan sistem komunikasi diferensial lainnya menggunakan teknik berbeda yang menghilangkan kebutuhan akan landasan sama sekali.

Dengan mengirimkan sebagai sinyal plus dan minus pada dua kabel berdedikasi penerima dapat memilih sinyal dengan memeriksa perbedaan antara kabel-kabel itu daripada membandingkannya dengan tegangan referensi yang lewat. (yaitu "Tanah"). Gambar di bawah ini menunjukkan cara kerjanya. Perhatikan bahkan dengan sinyal berisik di sebelah kanan Anda masih dapat mengetahui sinyal mana yang sedang dikirim.

Teknik ini tidak hanya memungkinkan sinyal untuk ditransmisikan pada jarak yang jauh lebih besar tetapi juga mengurangi kerentanan sistem terhadap noise mode umum. Karena setiap sinyal jalur saat ini juga dibatasi untuk dua kabel khusus, pembagian jalur pengembalian antar-sinyal dihilangkan.

Khusus untuk Ethernet, transformer digunakan untuk menghubungkan ke kabel yang menyediakan isolasi lengkap antara media transmisi dan pengirim / penerima.

Jawabannya sejauh ini telah melewatkan satu elemen kunci: melindungi kebisingan pasangan.

Standar Ethernet telah memasukkan UTP dan STP (twisted pair tanpa pelindung / terlindung) selama beberapa dekade.

IBM sangat memengaruhi pemasukan STP asli, karena kompatibilitasnya dengan Token Ring. Klaimnya adalah bahwa pelindung STP menyediakan lapisan tambahan perlindungan kebisingan untuk pasangan diferensial (harga murah hanya 5x lipat dari harga!) Namun pengalaman kehidupan nyata dengan cepat menunjukkan bahwa pelindung memberikan kinerja yang lebih buruk. Sumber titik kebisingan listrik digabungkan ke pelindung, di mana kebisingan kemudian memiliki seluruh panjang kabel untuk digabungkan ke pasangan bengkok.

Perisai juga dapat meningkatkan pembicaraan silang. Pasangan diputar dengan laju yang sedikit berbeda - jadwal tipikal adalah 11/12/13/14 tikungan per kaki. Dengan cara ini mereka tidak bersarang secara fisik untuk membentuk transformator parasit ketika kabel dipelintir dan ditarik selama instalasi. Ini sangat bagus. Jauh lebih baik dari yang Anda harapkan. Tetapi goyangan akan meregangkan perisai di antara pasangan, menyambungkan sinyal ke perisai dan ke pasangan lainnya.

Untuk campuran pertanyaan dan komentar USB dan Ethernet, seperti mengapa Ethernet terisolasi secara galvanis, dan USB tidak:

Baca tentang riwayat USB, dan mandatnya. Itu menjadi "port biaya rendah", "jarak pendek" (5 meter) yang cocok untuk komputer di rumah dan bisnis, dan biaya rendah di atas semua kebutuhan lainnya. USB juga memiliki mandat untuk meningkatkan kinerja kecepatan data melalui port paralel-printer dan RS232.

USB harus dipasang di semua PC yang diproduksi. Apakah pengguna membutuhkannya atau tidak. Itu artinya harus murah. Port printer paralel dan port RS232 dan konektor terkait besar, memiliki penalti biaya yang serius pada semua komputer populer. Dan itu membuat PC dan laptop, lebih mahal, lebih besar, lebih berat dan lebih banyak konsumtif daya. USB, dengan demikian menjadi sangat "murah", tidak memiliki transformer untuk menyelesaikan isolasi galvanik. Dan itu membuatnya mudah untuk memberikan daya DC ke perangkat. Pensinyalan data USB, karena tidak ada frasa yang lebih baik adalah "semi-diferensial". Itu adalah arus dalam + dan - garis kabel, kira-kira 95% berlawanan secara numerik (+ dan -, selalu sedikit salah, karena tidak menjadi nilai arus berlawanan sempurna), karena set transistor berbeda menggerakkan masing-masing bersih, + dan -.

Mandat Ethernet dulu dan sekarang adalah; komunikasi "andal", "jarak menengah", dan biaya rendah. Namun jarak yang dapat diandalkan dan sedang menjadi yang utama. Jarak sedang 100 meter membutuhkan isolasi galvanik sangat banyak. Jika dua perangkat (seperti sakelar dan PC) dihubungkan di dua bangunan dengan beberapa volt perbedaan potensial ground, itu adalah hal yang agak buruk, dan arus ground yang tidak diinginkan, tidak diinginkan, akan mengalir dalam kabel data tersebut. Dan itu aliran tanah yang tidak diinginkan, dapat memiliki segala macam efek buruk dari merusak kualitas data dan merusak peralatan, bahkan mungkin membahayakan orang.

Ethernet, juga memiliki set transistor yang berbeda yang menggerakkan masing-masing + dan -, namun transformator sinyal menyingkat + dan - bersama-sama, dan dengan demikian arus akhir + dan - hampir sempurna, lawannya, turun hingga hampir satu elektron tunggal. Dengan demikian pensinyalan diferensial sejati tercapai. Pensinyalan diferensial sejati memungkinkan tingkat tegangan sinyal lebih jauh dikurangi, dan jarak kabel dilalui, ditingkatkan, dan untuk EMI yang tidak diinginkan dikurangi.

Kemudian muncul PoE untuk Ethernet. Mandat PoE adalah untuk membawa daya DC "murah" ke perangkat periferal, yaitu telepon VoIP, Kamera, & unit Akses Pintu. Daya PoE biasanya keluar dari sakelar Ethernet umum, ke beberapa perangkat, hingga 100 meter ke arah yang berlawanan. PoE (48 hingga 57) VDC itu adalah koneksi "bintang" ke semua perangkat. Itu berarti daya ganda menggunakan perangkat "PD", berbagi catu daya yang sama (ini BUKAN daya yang terisolasi, per konektor RJ45 di PSE). Oleh karena itu adalah GUILT-Bermata "akan" bahwa PD harus menjaga isolasi daya (sesuai standar IEEE 802.3), bahkan pada input daya PoE, dengan cara baik pasokan konverter terisolasi DC-ke-DC dalam PD, atau PD sepenuhnya dalam kasus non-konduktif, dan tidak pernah sirkuit bidang tanahnya terhubung ke tanah lokal bangunan atau peralatan terdekat lainnya (seperti periferal murah benar-benar rendah). Sayangnya, IEEE 802.3 pada standar PoE tidak menjelaskan ini dengan jelas.

Rangkuman: Ethernet memiliki transformer di kedua ujungnya. Jika kegagalan transformator terjadi, isolasi galvanik dari perangkat jarak jauh PD, ke PSE di switch Ethernet tidak hilang.

PoE, melepaskan isolasi daya DC, (demi biaya rendah) di sakelar Ethernet, dan membiarkan isolasi ini "wajib" hingga ke produsen perangkat PD. Tidak ada yang benar-benar memeriksa barang-barang yang diproduksi ini. Jika IEEE memberikan hadiah kepada pelanggar, itu akan memperbaiki situasi.

Standar PoE baru, IEEE sedang mempertimbangkan untuk tegangan dan arus yang lebih tinggi, untuk daya PoE yang lebih tinggi, harus bergerak menuju beberapa peningkatan kualitas dan keamanan. Ini harus hanya pada tingkat komersial / industri atau instalasi yang lebih baik: 1) isolasi daya penuh di PSE, untuk setiap konektor. 2) laporan pengujian yang diperlukan untuk isolasi daya PSE & PD, yang diajukan, dan dapat diunduh untuk umum. Untuk memasukkan diagram pengkabelan PI. 3) dengan biaya pabrik, kelola server, dengan daftar semua PD yang memenuhi standar baru. 4) mempertimbangkan untuk membuat standar tingkat industri, jika biaya perbaikan ini terlalu banyak untuk pasar konsumen kelas bawah, namun masih memberikan tingkat standar yang serius, keamanan dan keterlacakan kebutuhan industri.

Spesifikasi Ethernet meminta perangkat terisolasi satu sama lain secara galvanis - posting ini menjelaskan implikasi isolasi secara lebih rinci.

Karena Anda menyebutkan sumber daya dan pentanahan, artikel Wikipedia tentang Power over Ethernet (PoE) mungkin relevan bagi Anda.

Baik RS-232 dan USB memiliki sinyal yang dirujuk ke ground, itu sebabnya Anda membutuhkannya. (Ya, sinyal D + dan D- di USB digunakan secara terpisah satu sama lain dengan GND sebagai referensi selama penemuan perangkat). Sinyal Ethernet murni diferensial, jadi tidak diperlukan referensi GND.

Salah satu alasan MENGAPA ethernet TP, terima kasih $ DEITY !, tidak menggunakan referensi bersama antara stasiun belum cukup jelas disebutkan:

Kabel ethernet dapat berjalan lebih dari seratus meter, bahkan mungkin menghubungkan dua bangunan.

Perbedaan potensial pada sistem pentanahan yang dijalankan dengan baik, jika diukur pada jarak dua titik puluhan atau ratusan meter, jauh dari dijamin bahkan mendekati 0V - mungkin ada DC atau frekuensi AC tegangan rendah karena aliran arus (karena untuk arus bocor, arus gangguan aktual, transien, atau kesalahan kabel / cacat ...) dalam sistem pentanahan, dan segala macam gangguan.

Perbedaan potensial AC akan segera menyebabkan interferensi, sementara aliran arus yang kuat melintasi perisai kabel yang terhubung ke tanah dapat benar-benar berubah menjadi bahaya kebakaran.

Dan semua ini mengasumsikan peralatan di-ground dengan benar sejak awal, hal-hal yang lebih buruk dapat terjadi jika itu tidak lagi terjadi.

Bukan yang terburuk, tetapi contoh kasus buruk apa yang bisa terjadi dengan perisai yang dibumikan (di kedua sisi): Satu PC secara tidak sengaja terhubung dengan kabel IEC dua kawat (seperti yang telah ditemukan di alam liar sebelumnya!) Pada RCD-less (TN lama) -C-to-the-socket ...) sistem pengkabelan. PC ini mengembangkan hantaran listrik langsung pendek internal ke case logam, yang menghubungkan semua koneksi ground di PC tersebut. Ujung lain dari koneksi itu adalah ke perangkat di mana pentanahan telah diterapkan dengan benar. Kabel ethernet yang digunakan adalah yang paling ringan, dengan bahan pelindung yang tipis. Dan itu adalah potongan sepanjang 30 meter di dalam gulungan karena Anda kehabisan kabel 5m. Pada panjang itu, pelindung ini bisa memiliki resistensi yang tepat (sekitar 15 ohm akan menjadi "sempurna" pada sistem 240V) untuk melewatkan arus yang cukup kecil untuk tidak meledakkan sekering atau automat, tetapi cukup besar untuk menghilang lebih dari 1000 watt pada pelindung kabel. Yang akan berarti banyak asap dan tidak mungkin bahaya pengapian terhadap hal-hal di sekitarnya.

Apa yang membuat Anda berpikir tidak memiliki koneksi ground?

• "Ground" menurut definisi adalah referensi 0V untuk beberapa rangkaian lokal.
• Tanah bumi adalah salah satu yang terhubung ke terraferma luar.

Seperti yang Anda ketahui, semua laptop / tablet memiliki ground mengambang kecuali terhubung ke beberapa port dengan ground ground eksternal seperti kabel VGA ke monitor LCD 3 cabang karena isolasi trafo galvanik dalam pengisi baterai.

Ethernet juga tidak memiliki sinyal dalam spektrum yang lebih rendah termasuk DC karena metode pengkodean Bi-Phase.

Yang lebih penting adalah bahwa untuk integritas sinyal dan pengurangan EMI untuk jalan masuk dan masuk, sinyal adalah saluran transmisi dengan terminasi 75 and dan diseimbangkan dengan transformator CM dan transformator tapped 1: 1 tengah. Ini meningkatkan impedansi CM di sisi pengguna untuk isolasi sambil mempertahankan impedansi diferensial di sisi kabel ke ground lokal di spektrum atas di mana ada sinyal.

Lihat "koneksi ground" di bawah

• melalui tutup kopling 1000pF dan 75 terminator Ohm