Le guide poétique de la physique du câblage à paires torsadées

14 novembre 2019 / Généralités

Par le passé, j’ai suivi un cours où le professeur expliquait les concepts de deux manières distinctes.  Tout d’abord, il s’attaquait aux concepts mathématiques qui sous-tendaient l’idée, remplissant le tableau blanc d’équations et mettant en évidence les liens entre tous les éléments.  Il expliquait que cette méthode était faite « pour les ingénieurs ».  Ensuite, il expliquait à nouveau le concept, mais cette fois sans faire appel aux mathématiques.  Cette deuxième explication était selon lui « pour les poètes ». 

Une description de la physique des paires torsadées pour les poètes.

Pourquoi le câblage datacom est-il torsadé, alors que le câblage d’alimentation ne l’est pas ?  Tout est question de bande passante.  Les signaux d’alimentation sont transmis dans des fréquences tellement basses que la bande passante n’a pas d’influence sur eux, mais le câblage datacom est dans un autre cas.  Un signal haute fréquence transmis sur un câble génère un champ magnétique qui pourra conduire un signal sur un câble adjacent.  Ces signaux sont appelés « diaphonie » en référence aux anciennes lignes téléphoniques analogiques, lorsqu’il était possible d’entendre d’autres conversations en arrière-plan de son appel à cause de ces signaux.

Imaginez l’interface Ethernet de votre ordinateur en train de transmettre un signal.  Lorsqu’un signal est envoyé sur la ligne de transmission (Tx), un signal est induit sur la ligne de réception (Rx).  Et cela pose un problème, parce que les règles de l’Ethernet exigent de cesser de parler si quelqu’un parle en même temps.  Ainsi, si chaque fois que votre ordinateur essayait de parler, il s’entendrait lui-même et, conformément à la règle, s’arrêterait.  Et vous ne pourriez pas envoyer vos e-mails.

Dans la réalité, le signal induit est beaucoup plus faible que l’original, ce qui rend ce point moins problématique.  Cependant, les pièces électroniques de réception doivent être d’une grande sensibilité.  Cela est dû au fait que les signaux haute fréquence s’atténuent considérablement sur la longueur d’un câble.  Par exemple, la spécification IEEE 802,3 1000BASE-T autorise un maximum de 24 Db de perte, ce qui se traduit par un signal réduit (je m’occupe du calcul, chers poètes) de 6 % de sa puissance d’origine sur son trajet depuis le transmetteur distant vers le port Ethernet de votre ordinateur.  Le signal de diaphonie ne doit donc pas être trop lourd, afin que ce problème ne devienne pas trop important.  Au fur et à mesure que vous vous éloignez de votre interface informatique, le signal reçu devient plus fort, et est moins sensible à la diaphonie.  Cela signifie que le problème est pire au plus proche du transmetteur, de sorte que la spécification clé est appelée Paradiaphonie ou NEXT, pour « Near End Crosstalk ».

Les ingénieurs ont un certain nombre d'atouts dans leur manche pour faire face à la paradiaphonie.  Tout d’abord, les signaux de données sont encodés sur un câble en mode « différentiel », ce qui signifie que chaque impulsion positive sur un conducteur est associée à une impulsion négative correspondant sur l’autre conducteur de la paire.  Cela signifie que les câbles génèrent des champs magnétiques égaux mais opposés qui s’annulent et ne doivent ainsi générer aucune diaphonie.  Cependant, si les câbles sont tirés parallèlement les uns aux autres, l’un d’entre eux sera plus proche de l’un des champs, de sorte que le champ magnétique sera légèrement plus grand pour un câble que pour l’autre et qu’il y aura un peu de diaphonie.

Le deuxième tour de passe-passe consiste donc à torsader le câble.  De cette façon, la distance entre les câbles varie le long de la ligne, parfois plus proche du fil positif, d’autres fois plus proche du négatif.  Cela a tendance à annuler l’effet et à réduire encore davantage la diaphonie.  En revanche, si les paires sont toutes torsadées au même rythme, il est possible qu’elles conservent le même espacement sur l’ensemble du cycle, ce qui entraînera une diaphonie accrue.  C’est là que le troisième tour de magie fait son entrée : les paires sont torsadées à différents rythmes afin qu’elles ne restent pas équitablement espacées du même conducteur sur la longueur de la ligne. 

Ces différents taux de torsion sont la raison pour laquelle vous verrez des longueurs différentes pour chaque paire lorsque vous vous amuserez à mesurer la longueur de chacune avec un appareil de test de câble.  Si vous deviez les détorsader et les étirer à plat, les câbles qui ont plus de torsades seraient un peu plus longs.  Cette longueur peut différer de 5 % ou plus – la limite TIA pour la longueur du câblage est définie en fonction de la paire la plus courte.

Même si les conducteurs sont placés en parallèle pour une courte distance dans le connecteur modulaire (RJ-45), ils sont généralement le plus grand contributeur à la paradiaphonie sur un lien installé.  Et si les câbles sont ne serait-ce qu’un tout petit peu trop détorsadés lors de l’installation des connecteurs, alors cet effet peut être accentué de façon colossale et entraîner des échecs de liaisons.

Les conceptions plus récentes permettent de meilleures performances de diaphonie en utilisant des entretoises dans le câblage, en contrôlant plus soigneusement les vitesses de rotation et en liant les paires entre elles.  De plus, les nouvelles technologies, telles que le 10GBASE-T et le PoE exigent plus qu’une simple performance de diaphonie, fût-elle excellente.  Cependant, la diaphonie reste l’un des paramètres les plus importants en termes de câblage hautes performances.

Si un appareil de test de câble vous intéresse, consultez notre Guide de sélection de cuivres.

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