Вита пара Ethernet — це чотири диференційні пари в одній оболонці, і від того, як вони скручені та обтиснуті, залежить, чи запрацює лінія на гігабіті. Розбираємо, навіщо пари скручують з різним кроком, як правильно розкласти кольори за T568B, що таке «розщеплена пара» і як загасання сигналу залежить від довжини кабелю. Наприкінці — правила трасування диференційних пар Ethernet на друкованій платі.
Чому пари скручені: диференційна передача
Кожна пара — це диференційна лінія з хвильовим опором 100 Ом. Передавач подає на один провідник сигнал «+», на другий — інвертований «−», а приймач дивиться лише на різницю між ними. Завада від мережі 230 В, двигуна чи сусіднього кабелю наводиться на обидва провідники однаково і при відніманні зникає. Це називається подавленням синфазної завади.
Скручування підсилює цей ефект. Провідники пари постійно міняються місцями, тож кожен відрізок, що «ловить» заваду, компенсується наступним, де полярність навпаки. Водночас пара менше випромінює сама: поля двох провідників взаємно гасяться.
Чому в кожної пари свій крок скручування. Якби всі чотири пари мали однаковий крок, їхні провідники йшли б поруч на всій довжині, і сигнал однієї пари наводився б на сусідню. Тому виробники роблять крок різним для кожної пари, зазвичай від одного до кількох сантиметрів. Через це в кожній парі розгорнута довжина провідників трохи різна, і сигнали в різних парах приходять з невеликою затримкою — стандарт обмежує цю різницю (delay skew) до 50 нс на 100 м.
Вита пара Ethernet: будова кабелю і категорії
| Cat5e | Cat6 | Cat6A | |
|---|---|---|---|
| Частота за стандартом | 100 МГц | 250 МГц | 500 МГц |
| Швидкість на 100 м | 1–2,5 Гбіт/с | до 5 Гбіт/с | 10 Гбіт/с |
| Жила | 24 AWG | 23–24 AWG | 23 AWG |
| Конструкція | 4 пари | 4 пари + хрестовий сепаратор | Сепаратор, часто екран F/UTP |
| Загасання 100 м | 22,0 дБ @ 100 МГц | 32,8 дБ @ 250 МГц | 45,3 дБ @ 500 МГц |
Позначення екрану: U/UTP — без екрану, F/UTP — загальна фольга, S/FTP — обплетення плюс фольга на кожній парі. Екранований кабель має сенс лише з екранованими конекторами і заземленням на обох кінцях, інакше екран працює як антена.
Розпіновка T568B і T568A
У конекторі RJ45 вісім контактів, а пар чотири. Головне, що треба запам’ятати: контакти 3 і 6 — це одна пара, а не 3 і 4. Пара на 4–5 стоїть посередині й «розриває» пару 3–6. Так склалося історично, щоб конектор був сумісний з телефонним RJ11.
| Контакт | T568B | T568A | 100BASE-TX (пари за T568B) |
|---|---|---|---|
| 1 | біло-оранжевий | біло-зелений | TX+ (пара 2) |
| 2 | оранжевий | зелений | TX− (пара 2) |
| 3 | біло-зелений | біло-оранжевий | RX+ (пара 3) |
| 4 | синій | синій | лише гігабіт (пара 1) |
| 5 | біло-синій | біло-синій | лише гігабіт (пара 1) |
| 6 | зелений | оранжевий | RX− (пара 3) |
| 7 | біло-коричневий | біло-коричневий | лише гігабіт (пара 4) |
| 8 | коричневий | коричневий | лише гігабіт (пара 4) |
T568B і T568A відрізняються лише тим, що оранжева і зелена пари помінялися місцями. В Україні найчастіше використовують T568B. Головне — однакова схема на обох кінцях. Кросовер-кабель (B з одного боку, A з іншого) сьогодні не потрібен: усі гігабітні порти мають Auto MDI-X і самі міняють прийом і передачу.
100BASE-TX використовує лише дві пари (контакти 1, 2, 3, 6). 1000BASE-T і швидші стандарти передають сигнал усіма чотирма парами в обидва боки одночасно, тож кожна з восьми жил має бути на місці.
Як правильно обтиснути виту пару Ethernet
- Зніміть оболонку на 2–3 см. Не надрізайте ізоляцію жил.
- Розплетіть пари і розкладіть жили за T568B, тримаючи їх щільно.
- Обріжте жили рівно, щоб довжина від краю оболонки була близько 12–13 мм.
- Вставте жили в конектор до упору: оболонка має заходити під фіксатор.
- Перевірте порядок кольорів крізь прозорий корпус і обтисніть кліщами.
- Перевірте лінію тестером: усі вісім жил мають «дзвонитися» один до одного.
Розкрутка не більше 13 мм. Стандарт TIA-568 дозволяє розплести пару в місці з’єднання максимум на 13 мм (0,5 дюйма) для Cat5e і Cat6. Що довша розкручена ділянка, то більше наводки між парами (NEXT), і саме тут найчастіше «ламається» гігабіт.
Для Cat6 і Cat6A беріть конектори відповідної категорії: товща жила не лізе в конектор Cat5e, а прохідні (pass-through) конектори зручніше обтискати рівно.
Типові помилки монтажу
- Розщеплена пара (split pair). Жили розкладені «підряд» — біло-оранжевий, оранжевий, біло-зелений, зелений — а не за стандартом. Тестер-«прозвонка» покаже, що все з’єднано, але на контактах 3 і 6 опиняться жили різних пар. 100 Мбіт/с на короткій лінії ще може працювати, гігабіт — ні.
- Довга розкрутка біля конектора чи в розетці.
- CCA замість міді. Обміднений алюміній дешевший, але має більший опір, гірше загасання і ламається при перегині.
- Різкі перегини і перетягнуті стяжки. Мінімальний радіус вигину — близько чотирьох діаметрів кабелю, інакше пари деформуються і змінюється хвильовий опір.
- Укладання поруч із силовими кабелями на довгих паралельних ділянках.
Загасання: вита пара Ethernet і довжина лінії
Сигнал, який передає вита пара Ethernet, слабшає пропорційно довжині, а з частотою — приблизно як корінь із частоти. Для 100 м кабелю стандарт задає формулу IL = k₁·√f + k₂·f + k₃/√f дБ. Для гігабіта ключова частота — 62,5 МГц, для 10 Гбіт/с — 400 МГц, тож вимоги до кабелю ростуть разом зі швидкістю.
Багатожильні патч-корди мають загасання приблизно на 20% більше, ніж інсталяційний кабель, а нагрів кабелю понад 20 °C додає ще близько 0,4% на кожен градус. Тому межа каналу Ethernet — 100 м, з них 90 м стаціонарного кабелю і 10 м патч-кордів.
Порахуйте свою лінію
Інтерактивний калькулятор покаже загасання витої пари залежно від довжини, категорії й стандарту Ethernet, а також напругу PoE на камері чи точці доступу.
Відкрити калькуляторPoE і довжина кабелю
Вита пара Ethernet передає і живлення PoE — тими самими парами, тож опір жил безпосередньо впливає на напругу на пристрої. Опір мідної жили 24 AWG — близько 8,4 Ом на 100 м, у CCA — приблизно в 1,6 раза більший. На 100 м мідного кабелю PoE+ (802.3at) втрачає близько 2–3 Вт, на CCA — помітно більше, і камера може перезавантажуватися при вмиканні ІЧ-підсвітки.
Диференційні пари Ethernet на друкованій платі
Якщо ви розробляєте пристрій з Ethernet, ті самі правила діють на платі. Пара від PHY до трансформатора (магнітики) чи RJ45 з вбудованим трансформатором — це диференційна лінія з імпедансом 100 Ом.
- Імпеданс 100 Ом диференційний. Ширину доріжок і зазор між ними розраховують під стек плати. Контроль імпедансу у виробників зазвичай доступний для плат від 4 шарів — про можливості JLCPCB і PCBWay читайте у статті JLCPCB і PCBWay: design rules для друкованої плати.
- Провідники пари йдуть поруч з постійним зазором на всій довжині.
- Вирівнювання довжин у парі. Різниця довжин «+» і «−» має бути мінімальною; конкретний допуск вказано в рекомендаціях до PHY (зазвичай частки міліметра).
- Суцільний опорний шар під парою, без розрізів і переходів між полігонами.
- Мінімум переходів (via). Якщо перехід неминучий, ставте його на обидві доріжки пари симетрично.
- Відстань між різними парами — щонайменше три ширини доріжки, щоб зменшити наводки.
- Під трансформатором і RJ45 зі сторони кабелю прибирають полігони землі плати, щоб не порушити гальванічну розв’язку.
В Altium Designer диференційні пари задають через Differential Pairs Editor і трасують інтерактивно. Автотрасувальник для них не підходить — чому, читайте у статті Автотрасування в Altium Designer.
Висновок
Вита пара Ethernet працює завдяки диференційній передачі: скручування з різним кроком для кожної пари гасить завади і наводки між парами. Щоб лінія тягнула гігабіт, жили розкладають строго за T568B, пам’ятаючи, що контакти 3 і 6 — одна пара, а розкрутку біля конектора тримають у межах 13 мм. Загасання росте з довжиною і частотою, тому межа каналу — 100 м, а для 10 Гбіт/с потрібен Cat6A.
Джерела: Ethernet over twisted pair, TIA/EIA-568 (Wikipedia).
