山賊
2001-09-01, 12:36 AM
近幾週都在研究 10base-t & 100base-t 線路傳輸波形與設計相關轉換電路, 以便讓 10base-t 信號通過無線影音傳輸與 100base-t 透過雷射光傳輸, 當然直接以高頻寬類比電路的方式直接介接也是可以, 但若能知道其波形與封包型態, 就可以製作波形整型. 儲存. 編解碼. 串並列轉換等應用轉換電路, 目前對 100base-t 的連結交握信號格式還不太清楚, 故 100base-t 的部分僅就編碼波形作一介紹 ...
乙太線路的模組介面, 主體是 AUI 介面, 不管 10base-t 與 100base-t 都有 AUI 介面層, AUI 介面層有的已經內含在 1 chip 上, 不外接接腳出來, 如 realtek 的 8139c (螃蟹卡)便是, 而 AUI 其上的信號波形是雙值的 H 與 L , 編碼方式是曼測斯特碼(MII)...
ps:山賊事後修訂: AUI 型介面在 100BASE-T 裡頭不是每種都有的, 倒是有一個 MII (Medium Independent Interface ), 相當於 AUI, 但兩者不太相同, 在文中所述及 100base-t 的 AUI, 除幾種 IC 產品外, 您當視為 MII (Medium Independent Interface ), ....
所謂的曼測斯特碼(MII), 係以 L-H. H-L 波形的變化來代表資料的 0 與 1, 舉一組串列資料 1010111000 來說, 其表現出來的波形是 H-L-L-H-H-L-L-H-H-L-H-L-H-L-L-H-L-H-L-H-L-H , 曼測斯特碼的好處是沒有 DC 成分, 如資料中的連續的零與連續的一, 可以通過以電容或變壓器作交連的交流型放大器, 而且曼測斯特碼內含同步信號, 接收端可以直接以倍頻電路從曼測斯特碼本身獲取同步信號來對資料取樣, 您可以這麼看曼測斯特碼, 係對等同於傳輸率頻率的載波作同步絕對 PSK 調變...
ps:山賊事後附記: ethernet 所使用的曼測斯特碼是 Manchester II, 此文中所指的 MII 編碼都用來代表 Manchester II 編碼, 其意義不同 MII 介面....
但是曼測斯特碼(MII)本身有一個缺點, 就是信號本身所佔頻帶寬較寬, 在一般串列資料以 10Mbit/s 傳輸而言, 為 101010101010 時所含頻率組成最高, 將波峰代表為 1 , 波谷代表為 0 時最低主頻率為 5Mhz, 而曼測斯特碼在資料通通為 1 或通通為 0 時所含頻率組成最高, 此時最低的主頻率為 10Mhz, 換言之, 一個電路要處理 10Mbit/s 的串列資料串, 資料格式為一般二進位時, 頻率響應最少需為 5Mhz, 而資料格式為曼測斯特碼時, 頻率響應最少需為 10Mhz...
一個方波在數學上, 是由同頻率正弦波與其頻率倍數無限個階波所組成, 一般都會取到第十個階波, 換言之一個類比電路要漂亮地傳送 10Mhz 的方波, 則此類比電路頻率響應要達到 100Mhz, 而在實際電路處理上, 卻可以只傳送最低主頻率, 在接收端利用有門限功能與時基同步的電路, 將該主頻的正弦波整型為方波, 如此該類比傳送電路所需頻率響應, 可以低到接近最低主頻...
現階段乙太網卡已很少將 AUI 介面接續在外供 USER 使用了, 很多 ALL in one 的電路甚至內建在 IC chip 裡, 使用者能接觸到的介面層多為 10base-t & 100base-t, 所以有必要對該兩者收發器波形信號格式有所了解...
10Base-t 收發器上的波形格式, 也是曼測斯特碼(MII), 與 AUI 介面層不同的地方是它還多加了連結測試脈波 (這是 10base-2(5) 所沒有的, 所以不能將 10base-2(5) 從 50ohm 同軸電纜用平衡器 balun 直接介接到 10base-t), 在沒有傳收任何封包時, 每隔約 10~20ms 送出寬度約 100ns 的 H 信號, 波幅與資料(曼測斯特碼)相同 , 由此可知 10base-t 的波形是雙值型的方波...
100base-t 收發器上的波形格式, 是三值型的 AMI 碼, 稱為 MLT-3, 這種碼在資料為 1 時發生電壓變化, 如資料為 0110100111110, 則波形為 0.+1.0.0.-1.-1.-1.0.+1.0.-1.0.0, 由波形可知, 在資料都為 1 時頻率組成最高, 這種編碼不同於曼測斯特碼(MII), 故需先將曼測斯特碼解碼成一般資料碼後, 再編碼成 MLT-3...
一般資料要編碼成 MLT-3, 也要考慮資料連續為 0 的情況, 此時 MLT-3 會呈現直流位準, 不利於電路放大處裡與同步檢測, 故 100Base-t 收發器電路內會將資料作轉碼處理, 有點類似早期 APPLE ][ 電腦磁碟機編碼的做法(62與44編碼), 將每 4 個 bits 為單位, 轉成以 5 個 bits 來表示, 使得連續零不超過 3 個, 稱為 4B/5B 轉換, 除了表示 16 組資料外, 剩餘的還可以用來作啟始與錯誤表示之用, 故 100Base-t 線路上實際傳輸率, 是 100Mbit/s / 4 * 5 = 125Mbit/s, 主頻最高時則為 31.25Mhz...
有需要這個轉碼表的網友, 直接在搜索引擎找尋 4B5B 資料即可...
或許有網友會問, 100base-t 乙太介面卡電路為何不直接將一般資料碼編碼成 MLT-3 與 MII , 在輸出入端切換就好了, 而要 DATA --> MIIenc --> AUI --> MIIdec --> data --> MLT-3, 事實上也是有這麼做的, 但是對 ic 設計有一定程度了解的網友都知道, 現今 IC 設計多半採用功能模組化設計, 除非有必要(專利權), 直接拿已內含 AUI 介面的功能模組, 加上所需應用模組(如 10base-2, 10base-t, 100base-t 100base-f) 是較為省事的做法, 所以您去翻閱網卡 IC 手冊會發現, 很多網卡 IC 內部還會有 AUI 介面, 只是這個 AUI 未必如同正式的 AUI , 有 +D, -D 兩條線, 而是一個 D, 而且不外接, 有些功能較完備的 100base-t 的網卡或 HUB (或 switcher), 還有 AUI 介面外接, 只不過由以上所敘述, 這類 AUI 外接介面要用時, 有的會被鎖定在 10BASE 的狀態, 原因是信號頻率太高, 若用在 100Base, 高達 100Mhz 的方波, 容易有不必要的電磁輻射, 干擾 FM 收音機.電視機及無線電...
100base-t 如同 10base-t, 也有連結測試脈波(還含有模式選擇), 好像類似 10base-t 那樣, 有一個脈衝, 但是波幅.寬度及間隔時間則還不清楚, 知道的網友還請不吝留言告知...
10base 與 100base 的封包型態在 AUI 層是相同的, 有封包起始位元組, 結束位元組, 封包間隔時間, 不同之處在於傳輸率(位元時間)不同而已, 所謂封包間隔時間就是網卡本身每傳送完一組封包後, 要停頓一段時間, 以讓其他網路設備也有機會發送封包, 這個時間在 10base-t 是 9.6uS, 在 100base-t 是 0.96uS, 1000base-t 是 0.096uS, 所以若有網友想將半雙工(收發同頻帶)ISM 頻道的無線收發器運用在乙太介面上, 就需考量收發切換時間須遠短於封包間隔時間, 免得對方沒機會發送封包(電波在 9.6us 內來回約僅 1.44Km)...
目前個人在拆除影音傳輸器聲音副載波濾波電路後, 在還未裝設波形整型電路下, 已測試通過 2Base-t (2Mbit/s 曼測斯特碼)的信號, 是將 10base-t 的網卡更換 x'tal 為 4Mhz 獲得的, 並以 1~20Mhz 方波測試影音傳輸器, 3db 頻率響應約在 6.3Mhz 左右, 可辨識頻率最高到 10Mhz, 計畫製作別種編碼電路(MLT-3. QPSK. QAM等)來提高傳輸率...
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ps:山賊事後修訂: AUI 型介面在 100BASE-T 裡頭不是每種都有的, 倒是有一個 MII (Medium Independent Interface ), 相當於 AUI, 但兩者不太相同, 在文中所述及 100base-t 的 AUI, 除幾種 IC 產品外, 您當視為 MII (Medium Independent Interface ), ....
所謂的曼測斯特碼(MII), 係以 L-H. H-L 波形的變化來代表資料的 0 與 1, 舉一組串列資料 1010111000 來說, 其表現出來的波形是 H-L-L-H-H-L-L-H-H-L-H-L-H-L-L-H-L-H-L-H-L-H , 曼測斯特碼的好處是沒有 DC 成分, 如資料中的連續的零與連續的一, 可以通過以電容或變壓器作交連的交流型放大器, 而且曼測斯特碼內含同步信號, 接收端可以直接以倍頻電路從曼測斯特碼本身獲取同步信號來對資料取樣, 您可以這麼看曼測斯特碼, 係對等同於傳輸率頻率的載波作同步絕對 PSK 調變...
ps:山賊事後附記: ethernet 所使用的曼測斯特碼是 Manchester II, 此文中所指的 MII 編碼都用來代表 Manchester II 編碼, 其意義不同 MII 介面....
但是曼測斯特碼(MII)本身有一個缺點, 就是信號本身所佔頻帶寬較寬, 在一般串列資料以 10Mbit/s 傳輸而言, 為 101010101010 時所含頻率組成最高, 將波峰代表為 1 , 波谷代表為 0 時最低主頻率為 5Mhz, 而曼測斯特碼在資料通通為 1 或通通為 0 時所含頻率組成最高, 此時最低的主頻率為 10Mhz, 換言之, 一個電路要處理 10Mbit/s 的串列資料串, 資料格式為一般二進位時, 頻率響應最少需為 5Mhz, 而資料格式為曼測斯特碼時, 頻率響應最少需為 10Mhz...
一個方波在數學上, 是由同頻率正弦波與其頻率倍數無限個階波所組成, 一般都會取到第十個階波, 換言之一個類比電路要漂亮地傳送 10Mhz 的方波, 則此類比電路頻率響應要達到 100Mhz, 而在實際電路處理上, 卻可以只傳送最低主頻率, 在接收端利用有門限功能與時基同步的電路, 將該主頻的正弦波整型為方波, 如此該類比傳送電路所需頻率響應, 可以低到接近最低主頻...
現階段乙太網卡已很少將 AUI 介面接續在外供 USER 使用了, 很多 ALL in one 的電路甚至內建在 IC chip 裡, 使用者能接觸到的介面層多為 10base-t & 100base-t, 所以有必要對該兩者收發器波形信號格式有所了解...
10Base-t 收發器上的波形格式, 也是曼測斯特碼(MII), 與 AUI 介面層不同的地方是它還多加了連結測試脈波 (這是 10base-2(5) 所沒有的, 所以不能將 10base-2(5) 從 50ohm 同軸電纜用平衡器 balun 直接介接到 10base-t), 在沒有傳收任何封包時, 每隔約 10~20ms 送出寬度約 100ns 的 H 信號, 波幅與資料(曼測斯特碼)相同 , 由此可知 10base-t 的波形是雙值型的方波...
100base-t 收發器上的波形格式, 是三值型的 AMI 碼, 稱為 MLT-3, 這種碼在資料為 1 時發生電壓變化, 如資料為 0110100111110, 則波形為 0.+1.0.0.-1.-1.-1.0.+1.0.-1.0.0, 由波形可知, 在資料都為 1 時頻率組成最高, 這種編碼不同於曼測斯特碼(MII), 故需先將曼測斯特碼解碼成一般資料碼後, 再編碼成 MLT-3...
一般資料要編碼成 MLT-3, 也要考慮資料連續為 0 的情況, 此時 MLT-3 會呈現直流位準, 不利於電路放大處裡與同步檢測, 故 100Base-t 收發器電路內會將資料作轉碼處理, 有點類似早期 APPLE ][ 電腦磁碟機編碼的做法(62與44編碼), 將每 4 個 bits 為單位, 轉成以 5 個 bits 來表示, 使得連續零不超過 3 個, 稱為 4B/5B 轉換, 除了表示 16 組資料外, 剩餘的還可以用來作啟始與錯誤表示之用, 故 100Base-t 線路上實際傳輸率, 是 100Mbit/s / 4 * 5 = 125Mbit/s, 主頻最高時則為 31.25Mhz...
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或許有網友會問, 100base-t 乙太介面卡電路為何不直接將一般資料碼編碼成 MLT-3 與 MII , 在輸出入端切換就好了, 而要 DATA --> MIIenc --> AUI --> MIIdec --> data --> MLT-3, 事實上也是有這麼做的, 但是對 ic 設計有一定程度了解的網友都知道, 現今 IC 設計多半採用功能模組化設計, 除非有必要(專利權), 直接拿已內含 AUI 介面的功能模組, 加上所需應用模組(如 10base-2, 10base-t, 100base-t 100base-f) 是較為省事的做法, 所以您去翻閱網卡 IC 手冊會發現, 很多網卡 IC 內部還會有 AUI 介面, 只是這個 AUI 未必如同正式的 AUI , 有 +D, -D 兩條線, 而是一個 D, 而且不外接, 有些功能較完備的 100base-t 的網卡或 HUB (或 switcher), 還有 AUI 介面外接, 只不過由以上所敘述, 這類 AUI 外接介面要用時, 有的會被鎖定在 10BASE 的狀態, 原因是信號頻率太高, 若用在 100Base, 高達 100Mhz 的方波, 容易有不必要的電磁輻射, 干擾 FM 收音機.電視機及無線電...
100base-t 如同 10base-t, 也有連結測試脈波(還含有模式選擇), 好像類似 10base-t 那樣, 有一個脈衝, 但是波幅.寬度及間隔時間則還不清楚, 知道的網友還請不吝留言告知...
10base 與 100base 的封包型態在 AUI 層是相同的, 有封包起始位元組, 結束位元組, 封包間隔時間, 不同之處在於傳輸率(位元時間)不同而已, 所謂封包間隔時間就是網卡本身每傳送完一組封包後, 要停頓一段時間, 以讓其他網路設備也有機會發送封包, 這個時間在 10base-t 是 9.6uS, 在 100base-t 是 0.96uS, 1000base-t 是 0.096uS, 所以若有網友想將半雙工(收發同頻帶)ISM 頻道的無線收發器運用在乙太介面上, 就需考量收發切換時間須遠短於封包間隔時間, 免得對方沒機會發送封包(電波在 9.6us 內來回約僅 1.44Km)...
目前個人在拆除影音傳輸器聲音副載波濾波電路後, 在還未裝設波形整型電路下, 已測試通過 2Base-t (2Mbit/s 曼測斯特碼)的信號, 是將 10base-t 的網卡更換 x'tal 為 4Mhz 獲得的, 並以 1~20Mhz 方波測試影音傳輸器, 3db 頻率響應約在 6.3Mhz 左右, 可辨識頻率最高到 10Mhz, 計畫製作別種編碼電路(MLT-3. QPSK. QAM等)來提高傳輸率...
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