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).

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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).

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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. a

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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. b

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SIEMON DICE... Acoplamiento de Impedancias 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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SIEMON DICE... Acoplamiento de Impedancias 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. c

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SIEMON DICE... Acoplamiento de Impedancias 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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