为什么以太网电缆不接地?

电器工程 地面 以太网 电缆 接地 引出线
2022-01-03 02:43:23

经典以太网 8P8C(“RJ45”)引脚分配中没有专用 GND。[1]

为什么以太网规范不包括接地,这与许多其他用于互连设备的电缆类型不同,这些电缆类型可能都有独立的电源,例如RS-232USB

4个回答

如果您忽略下图中的 POE 48 伏,您可以看到以太网在两侧都使用变压器。

这样,只要共模电压一般保持在 1500V 以下,就不需要共地。变压器的隔离规范。

伊姆古尔

作为奖励,您现在还知道 POE 是如何工作的。( 802.3at )

但是,CAT6A通常具有屏蔽连接器。然后使用插座内的小襟翼将屏蔽层接地到机箱。

源图像

为什么以太网不接地?有两个原因:

  1. 它会在设备之间创建一个接地回路
  2. 该设备也更容易受到 ESD 的影响,这在移动或处理的电缆中很常见(来自电缆的摩擦充电)

以太网更容易受到接地环路影响的原因是:

  1. 环路可能比其他电缆规格大得多,设备之间的距离为 100m。USB 是 5m,RS232 我们是 15m。以太网设备更可能位于不同的房间中,而 USB 设备通常接地到计算机(或集线器)并位于同一地面或同一电源电路的同一房间中。
  2. 以太网的电压低于±1V,电流约为10mA。RS232 在 5V 或 15V 时要高得多。USB为3.3V。这使得它更容易出错。

设计以太网规范的公司和工程师考虑到了这一点(规范中有很多想法)

如果您在发射器和接收器之间有一个接地,它将创建一个接地回路。该接地回路将由电缆形成,返回路径将是电源接地,如下所示。任何流过环路的磁场都会沿着电缆(以及环路的其余部分)产生电流。即使您隔离了信号线,这也会是一个问题,因为导线之间存在互感(导线彼此并排运行可以将电流从一个耦合到另一个)。这会注入噪声(并导致潜在的误码和丢包)。

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因此,如果您在设备之间添加一个隔离变压器,您将打破环路并且仍然能够在发射器和接收器之间传输高速信号。电流隔离的另一个好处是,在发生大的静电放电时,还会增加电缆对设备的阻抗。

这是两个设备之间隔离的示例,以太网有两个隔离变压器,但结果是一样的,它打破了接地回路(并与双绞线和共模扼流圈一起降低了共模噪声)。

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来自维基百科的地面环路图像

  1. 差分信号意味着不需要公共接地作为参考点。此外,不需要屏蔽,屏蔽通常是接地的。
  2. 没有直流电源传输再次消除了对公共接地的需要,并使第 3 点成为可能。
  3. 电流分离会使接地适得其反。规范投入了相当大的努力来使不同电位的设备能够一起工作,因此添加地线几乎会使这项工作无效。

/edit:正如 Tom Carpenter 指出的那样,正确实施的 POE,带有隔离的 DC-DC 转换器,仍然保留电流隔离和“接地电位无电线”特性。(好吧,POE 打破了电流分离部分并增加了一种接地,虽然不清晰可见,但它就在那里。但是 POE 是以太网之上的黑客,而不是规范的原始部分。非 POE 设备保留了原始优势.)

USB 也有差分信号,但它也带有直流电源。仅仅存在供电可能性就使得共同点成为必要。

RS-232 不带电,但信号不是独立的差分对,它是一条以地为参考的单线 - 这使得公共接地成为必要。

接地经常被误解为将事物连接在一起的最终解决方案。然而,在大多数情况下,即使在短期内,接地所增加的问题也比解决的问题多。

在任何距离上共享接地的问题是您假设两端处于相同的接地电位。在一个完美的世界里,这可能是真的,但在现实生活中,它几乎从来都不是。

无论是由于接线不良、接地泄漏还是 EMI 影响,此显示器上的接地与电视上的接地不同。因此,当您运行包含它们之间的接地的电缆时,将有电流通过该接地。

此外,公共接地成为您信号的电流返回路径。这意味着您实际上是在将噪声添加到地线中。如果您的通信系统使用多条线路,它们实际上共享相同的返回路径,并且在公共接地中电流变得更加复杂,并且噪声更加严重。

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电缆越长,沿接地电缆的电压差就越明显。如果有足够的差异,接地和信号电压之间的增量将下降到如此之低,您将不再能够区分信号。

下图展示了这一点。请注意,远处地面上方有两盏灯。你可以看到,如果有一个很好的坚实的地面,你可以很容易地分辨出中间的两个灯是打开的。然而,在地面边界难以识别的右手情况下,不再可能判断那是高光还是低光。

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ETHERNET 和其他差分通信系统等标准使用不同的技术,完全不需要接地。

通过通过两条专用线发送正负信号,接收器可以通过检查这些线之间的差异而不是将其与通过的参考电压进行比较来挑选信号。(即“地面”)。下图显示了这是如何工作的。请注意,即使右侧有嘈杂的信号,您仍然可以分辨出正在发送的信号。

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这种技术不仅允许信号在更远的距离上传输,而且还降低了系统对共模噪声的敏感性。由于每个信号电流路径也仅限于这两条专用线,因此消除了信号间返回路径共享。

特别是对于以太网,变压器用于连接到在传输介质和发送器/接收器之间提供完全隔离的电线。