TP kabel a vliv jeho kapacity

Průběh napětí na TP kabelu v závislosti na jeho kapacitě

Vyjdeme-li z velmi zjednodušeného modelu kabelu a jeho budičů dostaneme následující náhradní zapojení:
Odpory o hodnotě poloviny vlnové impedance reprezentuji seriové budicí/přizpůsobovací odpory mezi výtupem vlastního integrovaného budiče a hybridním filtrem/transformátorem. Vliv náradní impedance filtru a transformátoru je zahrnut do budicího signálu a proto není v tomto náhradním schematu uvažován. Náhradní impedance kabelu je pro další výklad silně zjednodušena a pro další výpočty je uvažována pouze kapacita kabelu. Na výstupu je kabel zakončen zatěžovacím odporem, rovným vlnové impedanci kabelu. Tento zatěžovací odpor je součástí vstupních obvodů přijímače

Jaké je jsou vlasnosti kabelů používaných pro TP kabeláž?
Vybereme-li z katalogu jednoho z předních světových výrobců, firmy Belden dva typické představitele, každého z opačných konců nejlepší/nejhorší dostáváme:

Typ	Odpor	Kapacita
1700A (DataTwist 350)	78,7 ohm/km	45,9 pF/m	rozšířená Cat.5 do 350 MHz
1247A (DataTwist Three)	88,6 ohm/km	72,2 pF/m	Cat.3

oba kabely mají nominální impedanci 100 ohm

Na následujících obrázcích jsou použity pro označení signálu barvy:
vstupní signál 10 MHz (data 1111 či 0000) / 5 MHz (data 0101), výstupní signál 10MHz / 5 MHz

Průběh na napětí kabelu při kapacitě 1 nF, což odpovídá 21 m kabelu Belden typ 1700 či 13 m kabelu Belden typ 1247

Z tohoto průběhu je patrné proč se používá k buzení kabelu v případě 5 MHz, daný tvar signálu, zabezpečující ve své první části stejný náběh signálu na výstupu kabelu jako u signálu 10 MHz a ve své druhé části omezující vliv RC článku budič-kabel a jeho vliv na amplitudu signálů s různým kmitočtem.

Další obrázky ukazují stejný signál při různých kapacitách kabelu

Průběh na napětí kabelu při kapacitě 7 nF, což odpovídá 150 m kabelu Belden typ 1700 či 90 m kabelu Belden typ 1247

Výstupní signál v detailu

Průběh na napětí kabelu při kapacitě 300 pF, což odpovídá 6 m kabelu Belden typ 1700 či 4 m kabelu Belden typ 1247

Z tohoto průběhu je patrné proč se používá k buzení kabelu v případě 5 MHz, daný tvar signálu, zabezpečující ve své první části stejný náběh signálu na výstupu kabelu jako u signálu 10 MHz a ve své druhé části omezující vliv RC článku budič-kabel a jeho vliv na amplitudu signálů s různým kmitočtem.

Další obrázky ukazují stejný signál při různých kapacitách kabelu

Průběh na napětí kabelu při kapacitě 7 nF, což odpovídá 150 m kabelu Belden typ 1700 či 90 m kabelu Belden typ 1247

Výstupní signál v detailu

Průběh na napětí kabelu při kapacitě 300 pF, což odpovídá 6 m kabelu Belden typ 1700 či 4 m kabelu Belden typ 1247

Pohledem na vypočtené výsledky, zjistíme, že něco není v pořádku. Kabel delších délek by byl, vzhledem k jeho ztrátám a chování nepoužitelný.
Náhradní model "standardního" reálného kabelu má útlum cca 10 dB při 10 MHz a cca 7 dB při 5 Mhz. Jeho zapojení, převzaté z normy IEEE 802.3 je následujícím obrázku

Jeho výpočetní model vyžaduje pro simulaci náročnější program než je Excel, a jeho zpracování nechme povolanějším. Je z něj vidět, že kapacita kabelu je částečně kompenzována indukčností kabelu (vzhledem ke frekvenci pro tuto kompenzaci nejsou potřeba "pupinační" tlumivky s stačí vlastní indukčnost kabelu) Nicméně, kmitočtová závislost útlumu kabelu na frekvenci zůstává, a odpovídá zhruba průběhům zobrazeným na obrázku "1nF" kabelu.

Použitá literatura

Tabulka v Excelu pro pokusy s kapacitou kabelu

(c)Copyright 2000, 2001, HW server & Radek Benedikt Web51@HW.cz, Web51.HW.cz Final applications of the Web51 : www.HWgroup.cz