Utilisation d'Ethernet à paire unique (SPE) dans des environnements bruyants

Le réseautage est un sujet intéressant. J'aimerais en savoir plus. Beaucoup de gens ne pensent même pas aux réseaux qu'ils utilisent tant que l'équipement électronique avec lequel ils veulent jouer fonctionne comme prévu.

La première fois que je suis entré en contact avec un réseau dans la nature, c'était vers la fin de 1980 et le début de 1981. C'était mon premier emploi après avoir quitté l'université, en tant que membre d'une équipe de conception de processeurs pour ordinateurs centraux chez International Computers. Limited (ICL) à Manchester, Royaume-Uni.

Bien que les machines que nous concevions aient la taille de grandes pièces, nous avions accès à de petites machines de table. Je ne sais pas qui les a fabriqués, mais ils sont antérieurs au premier IBM PC. Je les ai utilisés pour écrire de petits programmes en Pascal, qui est comme C mais différent.

Comme nous le lisons sur Wikipedia : "Pascal est un langage de programmation impératif et procédural, conçu par Niklaus Wirth comme un petit langage efficace destiné à encourager les bonnes pratiques de programmation en utilisant la programmation structurée et la structuration des données. Il est nommé en l'honneur du mathématicien français, philosophe et physicien Blaise Pascal."

Vous devez vous rappeler que les ordinateurs de différents fabricants ne se parlaient pas vraiment beaucoup à cette époque. Par exemple, la plupart des ordinateurs utilisaient le code standard américain pour l'échange d'informations (ASCII) pour représenter le texte dans les ordinateurs, les équipements de télécommunications et d'autres appareils. En comparaison, les ordinateurs IBM utilisaient le code EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code), qui n'a vraiment pas aidé lors de la communication avec des machines non IBM.

Juste pour augmenter le plaisir et la frivolité, il y avait plusieurs saveurs d'EBCDIC (le nombre 57 vient de me venir à l'esprit, mais je ne sais pas si c'est le vrai nombre ou non). Chaque nouvel ordinateur IBM utilisait une version différente d'EBCDIC, ce qui signifiait que même les ordinateurs du même fabricant avaient du mal à se parler.

De nos jours, en tant qu'utilisateurs, nous ne pensons pas au fait que, quelles que soient leurs particularités individuelles, tous les ordinateurs de la planète partagent des données via Internet. Mais c'est un phénomène relativement nouveau dans l'ordre des choses. Revenant à 1980/81, je me souviens d'avoir été invité à assister à une grande manifestation un après-midi. On m'a dit que "des sandwichs seront servis". J'étais un jeune ingénieur mal payé. Ils m'ont eu à "sandwichs".

Cette démonstration impliquait un ordinateur central d'ICL et une petite machine de bureau fabriquée par… quelqu'un d'autre. Ces deux machines étaient reliées par un réseau propriétaire. Après beaucoup de blabla, que je n'ai pas vraiment entendus car j'étais occupé à manger des sandwichs, le démonstrateur a créé un fichier texte à l'aide de l'ordinateur central. Il a ensuite fermé ce fichier sur l'ordinateur central et… attendez-le… attendez-le… a ouvert le même fichier sur le petit ordinateur. Il a fait quelques modifications à l'aide du petit ordinateur, a fermé le fichier et… vous l'avez deviné, il l'a rouvert à l'aide de l'ordinateur central pour révéler que les modifications étaient toujours là.

"Et alors?" Je vous entends dire. Eh bien, tout ce que je peux dire, c'est que c'était une grande nouvelle à l'époque. Si grand, en fait, que tous les grands journaux nationaux de l'époque ont dépêché des journalistes de Londres (à environ 200 miles de là, ce qui équivaut à une journée aller-retour en Angleterre) pour assister à cet événement auguste.

En parlant d'Ethernet (nous ne l'étions pas, mais nous le sommes maintenant), c'est devenu l'une des normes de réseau omniprésentes, ou des protocoles, ou quoi que ce soit d'autre. Comme tant d'autres choses que nous tenons pour acquises, Ethernet a été développé au Xerox PARC entre 1973 et 1974. Encore une fois, de Wikipédia : "Ethernet est une famille de technologies de réseau informatique filaire couramment utilisées dans les réseaux locaux (LAN), les réseaux métropolitains (MAN) et les réseaux étendus (WAN). Il a été commercialisé en 1980 et normalisé pour la première fois en 1983 sous le nom d'IEEE 802.3. Ethernet a depuis été affiné pour prendre en charge des débits binaires plus élevés, un plus grand nombre de nœuds et des distances de liaison plus longues, mais conserve une grande compatibilité descendante."

Je ne connais pas grand-chose à Ethernet, à part le fait que j'utilise un câble Ethernet pour connecter mon ordinateur au routeur Internet de mon bureau. Cela dit, je démonte occasionnellement des câbles Ethernet dans le cadre de mes projets de loisirs, car chaque câble contient quatre fils à paire torsadée à code couleur, ce qui est excellent pour l'immunité au bruit (c'est pourquoi ils le font en premier lieu).

Jusqu'à récemment, si vous m'aviez demandé "Combien de fils y a-t-il dans un câble Ethernet", j'aurais répondu : "Je suis content que vous ayez demandé. Il y a en fait quatre paires torsadées." Donc, vous ne pouvez qu'imaginer ma surprise de découvrir qu'il existe une chose telle que l'Ethernet à paire unique (SPE). Il s'avère que cela remonte à 2011 lorsque Broadcom a publié sa norme BroadR-Reach. L'idée était de permettre aux constructeurs automobiles de standardiser un protocole réseau ouvert et évolutif basé sur Ethernet à 100 Mbps.

Il s'avère également que l'utilisation de SPE explose, s'étant étendue de l'automobile à l'aérospatiale, à l'Internet des objets (IoT) et à l'IoT industriel (IIoT) pour n'en citer que quelques-uns. Il va sans dire (mais je le dirai quand même) que tous ces environnements ont une chose en commun : ILS SONT BRUYANTS (pardonnez-moi d'avoir à crier).

La raison pour laquelle je sais maintenant tout cela, c'est que je discutais avec Andy Ackland, qui est le CTO d'UWBX. Andy m'a dit que, pour lutter contre le bruit reçu et pour respecter les normes d'émission, de nombreux développeurs implémentent leur isolation frontale SPE à l'aide d'un circuit composé de deux condensateurs et d'une self de mode commun (CMC), comme illustré à la figure 1 ci-dessous. . Cela offre une bonne suppression du bruit en mode commun à partir de 10 MHz et plus, mais il tombe assez nettement en dessous de 10 MHz.

Images du livre blanc UWBX/Halo (Source : UWBX/Halo)

En comparaison, le remplacement des condensateurs par un transformateur d'isolement (Figure 2) peut fournir une réjection du bruit en mode commun considérablement améliorée jusqu'au courant continu et, lorsqu'il est combiné avec un CMC, la réjection du bruit est acceptable sur toute la bande de fréquences (Figure 3).

Andy dit que beaucoup d'interférences peuvent se produire à l'extrémité inférieure de la gamme de fréquences, et que c'est là que leur technologie brille. Il dit également que ce qu'ils ont fait avec leur technologie qui est unique, c'est d'atteindre le haut de gamme de la gamme de fréquences et de les faire fonctionner comme des transformateurs sans trop de perte.

Je ne suis pas un expert sur ce sujet, mais Andy dit que les ingénieurs qui conçoivent dans ce domaine sauront que les transformateurs sont difficiles à fabriquer pour les très hautes fréquences, c'est pourquoi les gens se sont tournés vers d'autres technologies pour essayer de faire quelque chose qui travail, le couplage capacitif étant un exemple.

Andy m'a dit que, "Alors qu'il y avait des solutions de transformateur qui fonctionnaient à 100 Mbps, elles ne fonctionnaient pas à 2,5 Gbps jusqu'à ce que nous soyons arrivés il y a quelques années."

Andy m'a également demandé si je connaissais les décharges électrostatiques (ESD). J'ai répondu (en serrant les dents) qu'ESD et moi sommes de vieux amis. Andy m'a ensuite informé qu'un autre avantage d'un transformateur d'isolement est que, en plaçant une prise centrale du transformateur à la terre côté ligne, on peut réduire le nombre de composants nécessaires pour le mode commun et la dissipation ESD.

Plutôt que d'être cupide, la société d'Andy, UWBX, octroie des licences pour sa propriété intellectuelle (PI) et ses brevets. Par exemple, HALO Electronics est le deuxième plus grand fournisseur de transformateurs sur le marché Ethernet au monde, et ils octroient une licence pour cette IP UWBX.

Il s'avère également qu'Andy et Peter Lu, qui est directeur de l'ingénierie chez HALO Electronics, ont rédigé un livre blanc qui explique tout cela en détail : Immunité contre les interférences pour l'Ethernet à paire unique (SPE) dans les environnements bruyants.

Je crains que vous ne deviez m'excuser, car j'ai besoin de lire ce livre blanc et d'en savoir plus sur l'utilisation des transformateurs en ce qui concerne leur capacité à atténuer les problèmes de bruit et d'ESD avec les implémentations Ethernet à paire unique. Je ne sais pas pourquoi, mais je soupçonne que j'entendrai beaucoup plus parler de l'utilisation de SPE dans un avenir pas si lointain. Et toi? Avez-vous entendu parler ou avez-vous utilisé SPE vous-même ?