有人告诉我，当传输通过长电缆发送时，以太网磁性变压器用于 base-t 以太网。

它们总是被使用，而不仅仅是在“通过长电缆发送”时

变压器的用途是什么？

主要目的是隔离。通常，它们也用作信号调节的一部分，在发送时将一对单端驱动器转换为差分信号，并在接收时为接收器建立正确的共模电压。出于这个原因，变压器的设备侧通常是中心抽头的。

对于在大范围内连接大量硬件的通信系统，隔离是一个非常好的主意。您不希望来自电源线路或设备故障的故障电流/电压通过您的通信线路传播。

隔离基本上有两种选择，光电和变压器。变压器隔离有几个主要优点。首先，信号功率通过变压器，这意味着您不需要为屏障的“隔离”侧供电。其次，变压器非常擅长产生和接收差分信号，同时提供高共模抑制，这使得它们与双绞线布线很好地结合。第三，设计高频（即高速）变压器比光耦合器更容易。

变压器耦合确实有一些缺点，变压器不能在直流下工作，而在高频下工作良好的小型变压器在低频下也不能很好地工作，但这可以通过避免低频的线路编码方案轻松解决。

PS 我不确定数据是如何通过以太网传输的。是否所有差分对（DA：引脚 1 和 2，DB：引脚 3 和 6，DC：引脚 4 和 5，DD：引脚 8 和 7）都是可以双向传输数据的总线（不像 UART，其中 RX必须连接到TX）？如果我只使用 2 对，我是否只连接 DA 和 DB？

这取决于以太网的版本。10BASE-T 和 100BASE-TX 在每个方向使用一对。在较旧的硬件上，您必须手动确保发射器已连接到接收器（如果需要，使用交叉电缆），但较新的硬件通常具有 AUTO-MDIX，它会自动计算出来。

1000BASE-T 在两个方向上同时使用所有四对线对，使用回声消除技术将接收到的数据与传输的数据分开。

我认为 10GBASE-T 也使用回声消除技术，但我对此并不积极。

将 4 线设备连接到使用 8 线的网络是否也存在问题？

大多数设备支持低速模式，但不是全部。特别是双绞线到光纤介质转换器通常只支持双绞线侧的单一速度。支持 10GBASE-T 的设备通常也支持 1000BASE-T，但只是有时支持 100BASE-TX，而且从不支持 10BASE-T。

以太网标准要求以太网磁性变压器。您会在Electric Engineering SE上找到这个问题“为什么以太网/RJ45 插座是磁耦合的？ ” 。

UTP 布线规范要求使用四对电缆。10BASE-T 和 100BASE-TX 使用两对，一对发送和一对接收，而 1000BASE-T 需要所有四对，同时发送和接收。如果您尝试仅在两对线对上运行 1000BASE-T，它将协商为 100BASE-TX。

变压器主要用于去耦直流共模信号，如其他答案中所述，它还提供实际数据网络所需的电气隔离（与在您的工作台上运行整个网络相反，所有网络都由相同的扩展供电）条，例如）。变压器制造商将说明其符合哪个 IEEE 802.3 子标准。通常，用于 1GBASE-T 的变压器可以一直工作到 10MBASE-T 的速度，而且 10GBASE-T 变压器似乎保持相似的性能，但不能完全保证 10GBASE-T 变压器可以与例如 100BASE 一起工作-T PHY 芯片，因为一些关键参数发生了变化。

但至少在理论上可以在 FPGA（或现代 GPU 或 ASIC）中设计 10M/100M/1G/10G BASE-T 数字信号处理链，并将其连接到 A/DD/A 前端- 以 800MS/S 的速度运行并使用 10GBASE-T 磁性元件，并且具有符合 10M 到 10G 速度（超过 3 个数量级）的解决方案。但实际上，没有人设计这样的“宽带”数字处理链，因为 10G 端口非常昂贵，将任何较慢的端口插入其中完全是浪费金钱，这将是浪费精力。通常 10G PHY 仅为千兆速度，通常甚至不是 1G，而是更高：2.5G、5G 和 10G。有些只有10G！

速度为 1GBit 及以上的双绞线以太网的工作方式类似于模拟电话系统：单对用于同时在两个方向传输数据。模拟电话系统有一个单一的差分“环路”连接：不是一根电线发送而另一根电线接收。这是一个单一的闭合回路，同时在两个方向上工作。它的工作原理是，发送方拥有从循环接收的信号中抑制其自身信号所需的所有信息。

连接的每一端既是发送器又是接收器。传输的信号叠加在电路上已经存在的信号上。然后接收器测量这个总和信号，并从中减去它自己的传输信号。剩下的是链路上的其他发射机一直在传输的信息。由于此类链路通常是点对点的，一旦您从接收到的信号中减去您自己的传输，剩下的就是来自线路远端的另一个传输信号。

无论我们谈论的是千兆以太网还是两线电话线，都必须从整体接收信号中减去传输信号。在电话线上，信号足够慢，以至于被称为混合的无源设备——本质上是一个带有终端的变压器——可以充分发挥作用。这种混合存在于模拟电话和其他简单电话设备中。当存在对地静止延迟等情况时，基于变压器的方法不能很好地工作，并且对于高速调制解调器来说是不够的，因此即使是在电话线上工作的调制解调器也必须在数字域中实现“混合”。他们仍然使用变压器进行隔离，并可能以混合方式将其连接，但该变压器本身的性能不足。

总的来说，一旦使用微克重的芯片处理数字信号变得更便宜，而不是制造和运输称为混合变压器的大块铁和铜（它们单独的重量比 PC 中所有半导体芯片的总和还要重），语音电话网络中的混合功能已通过数字信号处理实现。举个例子：一个低端的 ARM M0 微控制器有足够的计算能力在软件中实现自适应电话混合，性能优异，其制造使用的资源比电话混合变压器的制造少得多。现代技术轻量化的好处不仅仅是方便:) 更轻，

随着数据速率的增加，执行这种传输和接收数据的分离以及适应电缆设备的缺陷（例如，每个连接器/插孔或扭结都会引起回声！）所需的计算能力也在增加。因此，当您查看 10GBASE-T PHY 芯片时，它的晶体管数量与 Pentium III (Katmai) 差不多：约 1000 万。当然，这个晶体管预算中只有一部分用于近回声和远回声消除和均衡，但它仍然不是一个微不足道的部分。根据 Broadcom 等提供的框图进行估计，芯片的 1/10-1/3rd 就是这样处理的（我不是在处理这种芯片设计，也没有任何方便的经验法则来提供更窄的估计）。用于回声消除和路径均衡的数字滤波器的长度约为 100-1000T（抽头）。这意味着 PHY 必须在每个采样周期内进行几千次 10-12 位的乘法和加法，才能将传输的信号与接收的信号分开，并消除电缆系统的缺陷；运行 10GBASE-T 需要 800 MSamples/s。所以我们谈论的数量级为 1TMACs/s（即 1 Tera MACs/s，或每秒一百万次乘法和加法）。

您可以使用现代 GPU 来模拟这一点。从角度来看：2010 年的早期英特尔高清显卡平台的性能可能为 0.03TMAC/s。2013 年推出的 Intel Iris Graphics 可以在半精度下处理大约 1TMAC/s 的速度 - 并且几乎具有为单个10GBASE-T 收发器执行均衡和回声消除所需的容量。这只是为了获得“干净”的数字化信号，您仍然需要对这些信号进行解调、解扰、解码和纠错（并在传输时进行相反的操作）。我想这很容易相当于几百 GFLOPs/s，虽然其中相当多的不是浮点而是并行位操作和快速内存查找。

旁白：您可以沿线路分布两个以上的发射器，只要它们的信号可以以其他方式分开。卫星定位系统处理这个问题：所有 GPS 卫星都以相同的频率发送，但它们的信号每个都采用不同的编码，因此如果您使用一种代码对一颗卫星的数据进行解码，则所有其他卫星的信号都会变成可以分离的噪声从有用的数据。这称为码分复用。但这确实是一个旁白，因为 GPS 是单向的：发射器是卫星，而像电话这样的“GPS 设备”只是接收器。尝试以 GPS 频率进行传输将使您陷入合法的热水中，而且现在相当快（别介意这完全没有意义：卫星不听您的！）。

但是原则上您可以使用码分多路复用，例如在单个“以太”上放置几个 10GBit/s 等效 PHY - 例如使用巴伦将这些 PHY 耦合到一个好的旧细网 75 欧姆同轴电缆。然后，假设每个 PHY 将被限制为以 10MBit/s 传输。你可以有几十个，同时传输，使用不同的代码参数，每个人都可以立即听到所有其他人的声音，并从任何其他人那里产生 10MBit/s 接收流 - 事实上，使用自定义 10GBASE 的资源-T PHY，它可以同时解码许多传输。因此，借助现代技术，可以将“老式”75 欧姆同轴 10MBit 以太网从 TDMA 切换到 CodeDMA（不是 CDMA！) 并允许无冲突的网络段，其节点数量通常出现在这些段上（从几个到几十个）。仅仅从一个同轴电缆获得 10GBit/s 的完整带宽是不可能的，但我想 1-3GBit/s 是可能的......每个网卡使用一千台 Cray-1 机器的计算资源。现在你们都知道为什么他们在 80 年代没有码分复用以太网 - 这是非常基本的：Cray-1 有大约 100 个单元的生产运行。如果他们制作了大约 2000 个，您可以使用每 1000 个组合一个 CodeDMA 10BASE-T 节点来演示这一切。此外 - 当时必要的 ADC 和 DAC 大多是虚构的，因此需要使用具有中频转换的较慢转换器来实现，并且数字处理必须将子带重新转换为宽带基带时间序列格式，然后在发送端将其转出。但是，当然，限制因素是超级计算机的可用性较差，请注意:) 是的，可能可以利用光学 FFT 来实现其中一些 FIR 段。但早在 80 年代那是相当秘密的东西:)