Suuren nopeuden Ethernet-muuntajien tulee täyttää nykyaikaisille, tehokkaille verkkolaitteille asetetut vaatimukset. Niiden tehtävänä on turvata luotettava ja varma datansiirto, optimoida signaalin laatu ja tehostaa verkon yleistä suorituskykyä ja kapasiteetin hyödyntämistä.
|
Artikkelin kirjoittajat ovat Daniele Carnevale ja Jochen Neller. Carnevale työskentelee Rutronikilla induktorituotteiden myyntipäällikkönä. Neller on induktorien tekninen asiantuntija. |
Jokaisessa verkkoon liitettävässä laitteessa on prosessori ja tiedonsiirtokanava. Digitaali- ja analogiatasojen välisen yhteyden määrittelee PHY-piiri (physical layer transceiver). Se muodostaa fyysisen kerroksen liitännän näiden kahden tason välille. Yksinkertaistaen voidaan sanoa, että se on galvaanisesti erotettu datalähetin, joka lähettää ja vastaanottaa muista laitteista tulevia ja niihin lähteviä nopeita digitaalisignaaleja Ethernet-kaapelia pitkin.
LAN-verkkoihin piirejä suunnittelevat ajautuvat usein tilanteeseen, jossa osana analogialiitäntää tarvitaan suurtaajuisia HF-muuntajia (pulssimuuntajia). Näitä pulssimuuntajia käytetään impedanssisovitukseen, jännitesovitukseen ja/tai erottamiseen tai suojana ulkoisten kaapelointien ja sisäisten digitaalipiirien välillä. Pulsen LAN-muuntajilla saavutetaan välttämätön eristäminen, jota tarvitaan, jotta voidaan taata asianmukaiset verkkotoiminnot ja tiedonsiirto teollisuusstandardin IEEE 802.3 mukaisesti.
Pulsen kaikki erilliset LAN-tuotteet on suunniteltu toimimaan eri valmistajien toimittamien PHY-piirien kanssa halutuilla Ethernet-datanopeuksilla 10Base-T:stä (10 Mb/s) 10GBase-T:hen (10 Gb/s) saakka. Sopivan komponentin valinta on ratkaiseva asia, sillä moduulin tulee tukea Ethernet-datansiirtoa muuntajan läpi ilman, että ilmenee viiveitä, vääristymiä tai ylimääräisiä EMI/EMC-häiriöitä.
Data rates – LAN devices Data rates – automotive Installation options Multiport options Package configurations Temperature ranges |
Taulukko 1: Pulsen muuntajien ominaisuuksia.
Nimitystä moduuli käytetään usein silloin, kun suodatinkelat (esim. yhteismuotoiset kuristimet) ovat muuntajapiirin kanssa samassa kotelossa. Ne torjuvat haitallista häirintää ja kohinaa. Moduulit on myös usein varustettu virransyötöllä Ethernet-kaapelin kautta (PoE, Power over Ethernet). Se mahdollistaa tasavirran turvallisen siirron samassa 8-johtimisessa verkkokaapelissa, joka tukee Ethernet-datasignaalia, riippumatta siitä, onko kaapeli suojattu (STP, Shielded Twisted Pair) tai suojaamaton (UTP, Unshielded Twisted Pair) kierretty parijohto (ks. kuva 1).
Kuva 1: PoE-moodin mukainen piirin toiminta (lähde: Pulse).
Käyttö lähiverkoissa
LAN-verkossa kaikki Ethernet-pohjaiset liitäntälaitteet ovat noin sadan metrin säteellä päätietokoneen tai palvelimen sijainnista muodostuvan alueen sisäpuolella. Toisiinsa liitetyt laitteet muodostavat verkon, mutta kaikki ne eivät jaa samaa teholähdettä tai yhteismaata. Liitettävien laitteiden välillä on potentiaalieroja.
Digitaaliset datasignaalit siirtyvät liitäntälaitteiden välillä liitäntäkaapeleita pitkin. Erottamalla datalinjat toisistaan estetään signaalin heikkeneminen, mikä takaa, että ”0” ja ”1” luetaan oikein. Häiriöiden ja kohinan väheneminen edesauttaa myös datasignaalien eheyden ja puhtauden säilymistä.
Muuntajamoduulien tuoma eristys ehkäisee kelluvista maadoituksista aiheutuvia ei-toivottuja ilmiöitä, jolloin digitaalinen datasignaali pysyy puhtaana. Integroidut kuristimet poistavat kohinaa ja takaavat myös EMC-suojauksen.
Samanaikainen datan- ja tehonsiirto
Käytettäessä PoE-tekniikkaa, jossa sekä data että sähköteho siirtyvät Ethernet-kaapelia pitkin, ratkaisevassa asemassa ovat tehokkaat Ethernet-muuntajat.
PoE LAN -muuntajat eivät itse tuota DC-tehonsyöttöä. Ne ainoastaan tukevat erillistä datasignaalireittiä muuntajan lävitse ja estävät tasavirran läpikulun. Näin ollen tasavirta on syötettävä ulkoisen kaapelin puolelta, jolloin se on vastaanotettavissa ainoastaan muuntajan keskiväliotosta. Tämä tarkoittaa, että LAN-muuntaja kuljettaa PoE-kuormavirtaa käämityksiään pitkin, mikä on otettava huomioon muuntajamoduulin suunnittelussa.
Alun perin oli olemassa kaksi kahdella johdinparilla varustettua PoE-vaihtoehtoa. Tehonsyötön tyyppi on riippuvainen siitä, minkä tyyppinen yhteys on kysymyksessä. A-muodossa tehonsyöttö ja signaali on yhdistetty, ja B-muodossa tehonsyöttö ja signaali on erotettu toisistaan. Nykyään painopiste on ratkaisuissa, joissa käytössä on neljä tyypin 3 (suuritehoinen, 60 W) ja tyypin 4 (suuritehoinen, 90 W) johdinparia, mikä on lisännyt kaikkien yhteyksien kuormituskapasiteettia (kuva 2).
Kuva 2: Haluttu ja referenssitehotaso tyypin, luokituksen ja PoE-laitteen mukaan (lähde: Pulse).
Ethernet-muuntajia vaativiin sovelluksiin
Pulse on tuonut uusimpina markkinoille LAN-erilliskomponentit HbxxxxHLT ja HXBxxxxHLT. Kummassakin sarjassa on tarjolla komponentteja suurella eristysjännitteellä (tyypillisesti 1500 V:n nimellisjännitteeseen asti), pienillä häviöillä ja kompakteihin suunnitteluihin. Ne ovat mekaanisesti kestäviä ja soveltuvat vaativiin ympäristöolosuhteisiin.
Jokaisessa SMT-moduulissa on tarpeen mukaiset yhdistelmät erotusmuuntajia ja yhteismuotoisia kuristimia, jotka ovat IEEE 802.3 -standardin mukaisia datanopeuksille 10/100Base-TX, 1000Base-T, 2,5/5GBase-T ja 10GBase-T. Ne ovat näin ollen erityisen sopivia tehokkaisiin Ethernet-sovelluksiin (kuva 3).
Kuva 3: Pulsen LAN-erillismoduulien sovellusalueita (lähde: Pulse).
HbxxxxHLT-sarja kattaa massamarkkinoiden lämpötila-alueen 0–70 °C. HXBxxxxHLT-sarja on suunniteltu teollisuus- ja ulkoilmasovelluksiin, joissa lämpötila-alue vaihtelee välillä –40…+85 °C. Lisäksi HB/HXB-sarjat tukevat PoE-siirtotekniikkaa ja mahdollistavat enintään 90 W tasavirran 4-parisia Ethernet-kaapeleita pitkin.
Sarjojen komponenttien sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC) on erinomainen ja sähkömagneettisten häiriöiden (EMI) alttiutta on vähennetty, jolloin häiriötön datansiirto on mahdollista. Etuna on myös se, että LAN-erilliskomponentit on valmistettu pitkälle automatisoiduilla, kustannustehokkailla tuotantolinjoilla. Pitkälle viety automaatio takaa skaalattavuuden, toistettavuuden ja komponenttien hyvän laadun. Taulukossa 2 on esitetty uusien sarjojen tuotevalikoima.
Taulukko 2: Uusien HB/HXB-sarjan tuotteiden valikoima (lähde: Pulse).
