Acoplamiento de Impedancias

Acoplamiento de
Impedancias
por The Siemon Company
Introducción
Todas las referencias de los estándares de telecomunicaciones sobre cableado balanceado
especifican el parámetro impedanciaa nominal. Recordemos que estos estándares forman la
base sobre cual los fabricantes de equipos diseñan sus productos. Desde la perspectiva del
desempeño de sistema de cableado, tiene más sentido optimizar el desempeño de sistema
total a 100 Ù (ohmios) que “afinar” entre sí cada componente a un valor nominal arbitrario. El
sistema de cableado se debe diseñar para soportar lo mejor posible el equipo LAN que
interconecta. Mientras que los sistemas de cableado se diseñan para soportar parámetros
específicos de transmisión (v. gr. diafonía, pérdida de inserción, pérdida de retorno), el
concepto “afinado” se asocia particularmente al desempeño de la impedancia. En especial
porque las impedancias medidas entre los distintos cables y los componentes de conexión que
integran el sistema de cableado a menudo difieren. Estas diferencias dan como resultado un
reflejo de señal en cada punto de conexión donde existe un desacoplamiento de impedancia.
Obviamente, los componentes con impedancias más cercanas entre sí provocan menos reflejo
de señal y mejores resultados de pérdida de retorno. Para un mejor desempeño, todos los
componentes deben estar diseñados para tener una impedancia nominal de 100 Ù para su
acoplamiento con los equipos de redes.
Existen varios métodos para medir que tan bien acoplado se encuentra un componente de un
sistema de cableado a una impedancia nominal específica. Por ejemplo, los mismos datos
medidos pueden reportarse en diferentes formas:
•
Impedancia Ajustada (dominio de frecuencia): se usa generalmente en líneas de
transmisión “uniformes”, tales como cables, proporciona la respuesta a la frecuencia de la
impedancia del cable sin tomar en cuenta las desviaciones causadas por sus
irregularidades estructurales. (Especificado originalmente por TIA/EIA-568-A).
•
Impedancia de Entrada (dominio de frecuencia): se usa generalmente en líneas de
transmisión “uniformes”, proporciona la respuesta a la frecuencia de la impedancia del
cable e incluye las desviaciones causadas por sus irregularidades estructurales.
(Especificado por ISO/IEC-11801).
•
Pérdida por Retorno (dominio de frecuencia): se usa generalmente en líneas de
transmisión “no uniformes” como enlaces, canales de cableado, e inclusive conectores,
proporciona la respuesta a la frecuencia de la señal reflejada causada por discontinuidades
de impedancia entre los componentes del sistema de cableado (cables, cordones y
conectores) así como las desviaciones con respecto a la impedancia nominal de uno o más
segmentos del cable.
Impedancia. Suma vectorial de la resistencia (componente real) y la reactancia (componente imaginario) en una frecuencia
dada.
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•
Coeficiente de Reflexión (dominio de tiempo): Se usa generalmente en enlaces y canales
de cableado para cuantificar las discontinuidades a lo largo de la línea de transmisión. Los
resultados se muestran como una función del tiempo o la longitud basada en la velocidad
nominal de propagación. Puede ser usada para localizar puntos de falla en las líneas de
transmisión o para identificar fuentes especificas de reflejo de señal.
Gracias a técnicas de medición vectorial (v. gr. magnitud y fase en dominio de frecuencia o
magnitud y distancia en dominio de tiempo), es posible hacer conversiones computacionales
entre dominio de tiempo y dominio de frecuencia por medio de la Transformada de Fourierb.
Requisitos de Estándares
Los estándares de telecomunicaciones de la TIA y la ISO especifican requisitos de impedancia
para los cables, y de pérdida de retorno para cables, hardware de conexión y sistemas de
cableado, con el fin de controlar el reflejo de señal (véase la tabla 1).
Tabla 1 – Límites de Impedancia para Cable
Categoría
TIA
ISO
Categoría 5e
100 Ù ± 15 %
100 Ù ± 15 %
(1 a 100 MHz)
(Curva
ajustada
al
menor
cuadrado de los logaritmos)
(No se permite ajustar la curva)
Categoría 6 Propuesta
Aún no especificado
100 Ù ± 15 %
(1 a 250 MHz)
(No se permite ajustar la curva)
Aunque ambos organismos coinciden en los límites de desempeño de la pérdida por retorno,
los requisitos nacionales e internacionales para la impedancia del cable no están armonizados,
tal como se muestra en la tabla 1. La diferencia principal es que, a diferencia de la TIA, la ISO
no permite promediar o “suavizar” la medición de la impedancia del cable. Esto significa que los
datos de la impedancia de entrada (tal como fueron medidos por el analizador de redes) deben
ser comparados directamente para su conformidad los límites especificados por la ISO. Por el
contrario, para su conformidad con los límites de la TIA, se debe trazar una curva “suavizada” a
partir de los datos medidos. Un ejemplo de la impedancia de entrada en comparación con la
impedancia ajustada tomadas de un cable categoría 5e se muestra en la figura 1.
Figura 1 – Impedancia ajustada vs. impedancia de entrada
Transformada de Fourier. Algoritmo matemático que permite que los datos presentados en dominio de tiempo puedan ser
analizados en dominio de frecuencia.
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En este ejemplo, el cable bajo prueba falla los requisitos más exigentes de la ISO pero pasa los
requisitos de la TIA. Invariablemente, los sistemas de cableado construidos con cables que tan
sólo pasan los requisitos de la TIA tienen más probabilidades de sufrir mayores variaciones de
impedancia que aquellos construidos con cables que adicionalmente cumplen con los requisitos
de la ISO. Un método simple de asegurar desempeño más robusto en especificar sistemas de
cableado construidos con cables y cordones de parcheo que cumplan con las especificaciones
tanto de la TIA como de la ISO.
Comparaciones del Desempeño de la Impedancia
Para demostrar la transformación de datos desde el dominio de frecuencia al dominio de
tiempo, se utilizará un canal de 100 metros de 4 conectores tal como se muestra en la figura 2.
La pérdida por retorno del canal se muestra en la figura 3. Aquí se demuestra un margen del
peor del caso de +2.8 dB por encima de los requisitos propuestos por la TIA y la ISO para la
categoría 6/Clase E. Aunque no es un requisito de los estándares, el desempeño de la
impedancia del canal contra la frecuencia se muestra en la figura 4.
Figura 2 – Configuración de prueba de canal categoría 6
CP
TO
Figura 3 – Pérdida de retorno de canal
Figura 4 – Impedancia de canal vs. frecuencia
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El equivalente del dominio del tiempo del desempeño de la impedancia se muestra contra la
longitud en la figura 5.
Figura 5 – Impedancia de canal vs. distancia
Figura 6 – Acercamiento. Impedancia de canal vs. distancia
Note la apariencia lineal de los datos del dominio de tiempo. Los datos del dominio de la
frecuencia (figura 4) lucen mucho peor que los datos del dominio de tiempo (figura 5), aun
cuando estos datos se derivan exactamente de la misma información, al ser presentados
simplemente en dos formatos diferentes. Al evaluar sistemas que claman estar “afinados” o
“acoplados”, especialmente en el dominio de tiempo, es necesario poner particular atención en
qué es lo que se está probando. A menudo, los datos de la impedancia en dominio de tiempo
se presentan para cables únicamente. Esta información no proporciona una medición directa
del desempeño de la impedancia del sistema de cableado. Además, es difícil hacer una
evaluación del impacto de los componentes en el desempeño del canal, sin un examen
específico de sus resultados individuales en el dominio de tiempo. Es también importante notar
que los resultados del dominio de tiempo varían dependiendo de la forma de onda de salida del
instrumento de prueba. Debido a que la fuerza de la señal decrece a medida que la distancia
desde el transmisor del TDRc aumenta, a menudo sólo los datos de los primeros 16 metros (50
ft) de dominio de tiempo proporcionan una indicación exacta de la interacción del componente.
Una ampliación del canal bajo la prueba tal como se registró desde el área de trabajo se
muestra en la figura 6. Nótese que los puntos de conectorización son visibles; sin embargo, la
Time Domain Reflectometer (reflexómetro en dominio de tiempo). Instrumento de prueba que genera un pulso de señal de
salida y que mide las señales reflejadas a causa de los desacoplamientos de impedancia.
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variación de la impedancia atribuible a cada inserción de componente es relativamente
pequeña. A causa de las variaciones inherentes de la impedancia contra la frecuencia en
longitudes largas, es imposible diseñar un sistema de cableado que sea exactamente 100 Ù a
través de todo el rango de frecuencias.
Conclusión
The Siemon Company ha entendido desde hace mucho la importancia del margen adicional en
el diseño de sus sistemas de cableado y de la optimación de su impedancia a 100 Ù. De
hecho, desde 1994, todos los sistemas y componentes de cableado Siemon exceden los
requisitos especificados por la TIA y la ISO en todos los parámetros de transmisión, incluyendo
la impedancia. Al evaluar diferentes sistemas, hay que asegurarse de comparar formatos de
datos similares (tal como dominio de frecuencia), para evitar comparar “peras con manzanas”.
Para asegurar el mejor desempeño del sistema de cableado, especifique soluciones de
cableado que sean optimadas de acuerdo con los requisitos de los estándares de la industria y
con el equipo LAN que operará sobre él.
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