Uso de cables Ethernet cable para el cableado del sensor

Estoy explorando las trampas de usar un cable Ethernet para extender el cableado del sensor.

El término cable Ethernet se usa de manera ambigua a propósito para denotar un "cable de 8 hilos fácilmente disponible cuya categoría está definida por las restricciones".

Estoy buscando extender los siguientes sensores (o similares):

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La señalización que pasa por los cables puede ser analógica o I2C, o algún otro tipo de señal digital. Idealmente, estoy buscando una solución común que pueda extender el sensor a 30 m de la puerta de enlace.

Lo que estoy haciendo actualmente es parchear el cable con cinta y emparejar dos sensores en un solo cable Ethernet:

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Todo parece estar funcionando para las distancias probadas hasta ahora (menos de 5 m), pero este parece ser un enfoque no determinista muy complicado y no sé en qué punto los errores potenciales pueden contribuir a los problemas reales de cableado.

¿Existe un estándar de la industria o una forma "más correcta" de hacer esto?

¿Cuál es el ancho de banda y la demanda actual del sensor? hasta que sepamos eso, no podemos responder. Sin embargo, si el ancho de banda es bajo y la demanda actual es baja, probablemente la distancia máxima ~ infinito. Es posible que desee referirse a la construcción física en lugar del uso final, por lo tanto, UTP (par trenzado sin blindaje) en lugar de Ethernet. El UTP puede ser significativo, porque si tiene (digamos) medidores de tensión, usar un par para la excitación y otro par para la salida de detección diferencial sería mucho mejor que otras conexiones.
¿No podrías al menos usar un enchufe? (evite los que tienen magnetismo integrado)

Respuestas (1)

Cuán práctico es esto depende de qué tan lejos desee ejecutar las señales, su frecuencia, el entorno, el voltaje y la corriente, y una serie de otros factores. Pero en general, debería funcionar bastante bien. Por solo 30 m, dudo que necesites hacer algo más complejo de lo que ya has hecho.


Algunas cosas a considerar para mejorar el rendimiento (si es necesario):

  1. Los cables Ethernet están hechos con pares trenzados. Para mejores resultados, cada señal debe usar un par. A menudo, con la señalización entre circuitos integrados, cada señal usa un rastro/cable y comparten un rastro/vertido/lo que sea a tierra. Si le da a cada señal su propio cable de tierra, la corriente que fluye en los dos hilos es la misma y eso reduce la diafonía. También reduce el ruido debido a las corrientes que fluyen en el cable de tierra.
  2. Yendo un paso más allá, obtiene lo mejor de los pares trenzados con señales balanceadas . Una señal desequilibrada son dos cables, uno a tierra y el otro a un potencial variable. Una señal balanceada son dos cables con potenciales simétricos respecto a tierra. Puede convertir señales de balanceadas a no balanceadas y viceversa con un transformador de balanceo, también conocido como balun. Esto es particularmente valioso con pequeñas señales analógicas de CA. Tenga en cuenta que los balunes solo funcionan con señales de CA dentro de su banda nominal: equilibrar CC es más incómodo y rara vez vale la pena.
  3. Si está utilizando frecuencias altas y necesita preocuparse por la compatibilidad electromagnética, el uso de señales balanceadas ayudará, al igual que el cable de par trenzado blindado (stp).

Si hace 1 y 2 arriba, y usa un cable cat6, no hay ninguna razón por la que no pueda empujar señales digitales de >100 MHz a 100 m del material. Después de todo, eso es exactamente para lo que está diseñado. Y para frecuencias más bajas, la distancia sería esencialmente ilimitada. Para analógico, realmente depende de las características de la señal.


Además, algunas sugerencias no relacionadas con la señal:

  1. Si está enviando energía a través del mismo cable, asegúrese de tener capacitores de desacoplamiento en el extremo del sensor.
  2. Su sistema de cinta y soldadura (¿presumiblemente?) Es funcional, pero un poco desordenado y dudo que sea confiable a largo plazo. Probablemente sea una buena idea terminar el cable de ethernet con un conector con protección contra tirones.
  3. Si usa voltajes que dañarían el hardware Ethernet estándar, use un conector diferente para que las personas no puedan conectarlo a una NIC por accidente.

Editado por sugerencia de Andrew Morton. Para la pregunta formulada, es poco probable que necesite STP, pero en aras de la exhaustividad:

Si está utilizando un cable de par trenzado blindado (STP), los blindajes ofrecen varias ventajas: diafonía reducida; menos ruido del entorno; capacitancias controladas; menos problemas de radiación y EMC. Para funcionar correctamente, los escudos deben estar conectados a algo, y ese algo casi siempre está conectado a tierra. Cualquier terreno ofrece grandes mejoras sobre UTP, pero para obtener los mejores resultados:

  1. Conecte solo un extremo del blindaje. Termoencoja o pegue con cinta adhesiva el otro extremo para que no toque nada. La conexión de ambos extremos provocará bucles de tierra.
  2. No use el blindaje para transportar corrientes de retorno, incluso si tiene un cable de drenaje.
  3. Si está utilizando baluns con una derivación central (como el balun de autotransformador barato y versátil, pero también balunes aislantes 1: 1 + 1), conecte el escudo a la derivación central y organice las cosas para que estén en tierra.
  4. donde sea que coloque el escudo, se aplican las preocupaciones habituales sobre el diseño de PCB y los terrenos ruidosos. No haga que el camino desde el escudo hasta el suelo pase cerca de, por ejemplo, un SMPS, o no permanecerá en tierra verdadera.

Recuerde que habrá una capacitancia relativamente grande entre los cables y el blindaje. Esto reemplaza la capacitancia incierta entre pares que tiene en UTP. Para circuitos particularmente sensibles o de alta frecuencia, deberá tener esto en cuenta. En raras ocasiones, como cuando se transmite una señal diferencial con un modo común grande, es posible que desee conectar el blindaje a algo que no sea tierra. Los puntos anteriores, especialmente el 3. todavía se aplican.

Solo una nota ... el balun es para señales de CA ... esos sensores son posiblemente dispositivos de salida de voltaje de CC, por lo que no funcionarán y las señales digitales probablemente tampoco. Sin embargo, los métodos de señalización balanceados o diferenciales en un solo par son mis métodos preferidos.
Buen punto, voy a hacer una edición.
El UTP CAT6 tendrá una clasificación nominal de capacitancia por distancia , digamos 15pF por pie. Entonces, 100 pies totalizarían 1500pf o 1.5nF. Esta capacitancia "carga" cualquier transición de señal que ocurra y puede sesgar los resultados de los datos. En su configuración existente, agregue estos 1,5 nF desde la salida de la señal a tierra (o 0,75 nF a cada cable balanceado a tierra) y pruébelo. Si funciona, entonces usar 100 pies de cable también debería funcionar. 100 pies de cable también introducirán alrededor de 2Ω de resistencia.
¿Hay alguna consideración para conectar a tierra el escudo de STP?
@AndrewMorton Poner a tierra el escudo es esencial para obtener los beneficios de STP, y cualquier tierra es mejor que nada. Para obtener los mejores resultados, conecte solo un extremo a tierra para evitar bucles de tierra. Nunca use el blindaje para devolver corrientes, incluso si hay un cable de drenaje. Si usa baluns con derivaciones centrales, use la derivación central como conexión a tierra. Se aplican las preocupaciones habituales sobre el diseño de PCB y los terrenos ruidosos: no tenga la ruta desde el escudo hasta el paso de tierra cerca, por ejemplo, de un SMPS. Recuerde que habrá capacitancia entre el cable y la pantalla, en casos excepcionales puede tener sentido conectar la pantalla a otra cosa.
@JackB Eso se lee como un excelente comentario para editar en su respuesta;)
Y hecho. No creo que sea particularmente relevante para el OP, según esas fotos, pero podría ser útil para otros.
@JackB Pensé que algún día podría terminar siendo una respuesta canónica a la pregunta, especialmente con la creciente popularidad de placas como la serie Raspberry Pi. Puede inspirar al OP y a otros a construir cableado de buena calidad :)