DESENVOLVIMENTO DE UM ANALISADOR PARA CABOS DE REDE DO TIPO PAR TRANÇADO (UTP) GUILHERME ELIDIO FERRI

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1 DESENVOLVIMENTO DE UM ANALISADOR PARA CABOS DE REDE DO TIPO PAR TRANÇADO UTP GUILHERME ELIDIO FERRI CAMPO GRANDE MS 2010

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3 UNIVERSIDADE FEDERAL DO MATO GROSSO DO SUL PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA DESENVOLVIMENTO DE UM ANALISADOR PARA CABOS DE REDE DO TIPO PAR TRANÇADO UTP Disseração submeida à Universidade Federal de Mao Grosso do Sul como pare dos requisios para a obenção do grau de Mesre em Engenharia Elérica. GUILHERME ELIDIO FERRI Campo Grande, Março de 2010.

4 Dedico ese rabalho a Deus pela saúde e força, a minha família e esposa que sempre me apoiou e me incenivou e a meus amigos. Obrigado.

5 AGRADECIMENTOS São muios os agradecimeno que enho a presar. Primeiramene a Deus, pela oporunidade de esar aqui hoje na busca pelo conhecimeno e por er me cercado de amigos que nas horas felies e nas horas difíceis nunca deixaram de me acompanhar. Agradeço ambém meus pais, irmãos e esposa, pelo apoio e dedicação em prol da minha felicidade, os quais procurei honrar em minhas aiudes e são sem dúvida minhas fones de inspiração. Ao meu orienador, João Onofre, que acrediou em meu rabalho, dando supore para realiá-lo. A ese enho profundo respeio e apreço. Aos amigos do laboraório BATLAB, que me apoiaram nos momenos de dificuldade e propiciaram grandes momenos de alegria, que com cerea ficaram guardados em minha memória por oda minha vida. Ao Direor do Cenro de Tecnologia da Informação da Marinha, por disponibiliar um período do dia para que eu concluí-se ese rabalho. Aos meus novos colegas de rabalho na Marinha do Brasil, em especial o Capião-de-Corvea T Rogers, pela compreensão e apoio. Ao Direor do Cenro de Elerônica da Marinha, por disponibiliar seus laboraórios para eu concluir meu projeo. Em especial ao Capião-de-Corvea EN Auro e ao Primeiro- Tenene EN Mendes. Agradeço a Fundação de Apoio ao Desenvolvimeno do Ensino, Ciência e Tecnologia do Esado de Mao Grosso do Sul FUNDECT pelo apoio financeiro. Um grande abraço, meus amigos. E que Deus coninue iluminando a odos.

6 ii Resumo da Disseração apresenada à UFMS como pare dos requisios necessários para a obenção do grau de Mesre em Engenharia Elérica. DESENVOLVIMENTO DE UM ANALISADOR PARA CABOS DE REDE DO TIPO PAR TRANÇADO UTP GUILHERME ELIDIO FERRI Mar/2010 Orienador: Dr. João Onofre Pereira Pino. Área de Concenração: Ineligência Compuacional Teoria e aplicação em sisema de energia. Palavras-chave: Par rançado, analisador, UTP, redes. Número de Páginas: 88. Ese rabalho descreve o desenvolvimeno de um analisador para cabos de rede do ipo par rançado UTP - Unshielded Twised Pair de baixo cuso e que realie os de eses exigidos pela norma ANSIA/TIA/EIA-568B. O equipameno é composo por dois disposiivos, mesre e escravo. O mesre é responsável por gerenciar e execuar os eses e exibir os resulados ao usuário. O escravo em a finalidade de dar supore ao mesre e execuar rês dos de eses. O projeo físico do mesre é dividido em quaro blocos, sendo eses, conrole, ransmissor, amosragem e TDR Time Domain Reflecomery. O bloco de conrole é responsável pelo gerenciameno, execução e exibição dos eses, ese foi programado na linguagem C e se uiliou o sofware MPLAB da microchip e Proeus da Labcener Eleronics para sua validação. Os blocos de ransmissão e amosragem, desinados a geração e capura dos sinais usados nos eses foram simulados com o auxílio do sofware Proeus. O bloco TDR, usado para diagnosicar falhas no cabo foi simulado ambém com o sofware Proeus. Os resulados obidos nas simulações foram saisfaórios. Depois de simulados, foi consruído um proóipo que possibiliou a validação do equipameno.

7 iii Absrac of Disseraion presened o UFMS as a parial fulfillmen of he requiremens for he degree of Maser in Elecrical Engineering. DEVELOPMENT OF AN ANALYZER FOR NETWORK CABLES OF TYPE TWISTED PAIR UTP Advisor: Dr. João Onofre Pereira Pino. GUILHERME ELIDIO FERRI March /2010 Area of Concenraion: Compuing Inelligence. Theory and applicaion in energy sysem. Keywords: Twised Pair, analyer, UTP, nework. Number of Pages: 88. This work describes he developmen of a low cos analyer for nework cables of ype wised pair UTP - Unshielded Twised Pair and ha carry en ess ou required by ANSIA/TIA/EIA-568B rule. The equipmen is made up for wo devices, maser and slaver. The maser is responsible for he ess manage and show he resuls o he user. The slaver has he aim o give suppor o he maser and o carry hree of he en ess ou. The maser physical projec is divided in four blocks, which are, conrol, ransmission, sample and TDR Time Domain Reflecomery. The conrol block is responsible for he manager, carrying ou and show he ess, his was programmed in C language and i used he MPLAB sofware from microchip and Proeus from Labcener Elecronics for is validaion. The ransmission and sample blocks, used for creaed and capure of signs used in he ess were simulaed wih aid of Proeus sofware. The TDR block, used o diagnose fails in he cable was simulaed also wih he Proeus sofware. The simulaes resuls obained was saisfacory. Afer is simulae, was made a prooype ha can he validaion of equipmen.

8 iv SUMÁRIO LISTA DE FIGURAS... viii LISTA DE TABELAS... x LISTA DE SÍMBOLOS... xi 1 INTRODUÇÃO Objeivo Inrodução Organiação da Disseração MEIOS DE TRANSMISSÃO Inrodução Cabo de par rançado não blindado UTP Tecnologia 10Base-T Tecnologia 100Base-T Tecnologia 1000Base-T Considerações finais PADRÕES Inrodução Principais ópicos abordados na cerificação Mapa de fios Perda por inserção Diafonia próxima NEXT Diafonia próxima por soma de poências PSNEXT Diafonia disane de mesmo nível ELFEXT Diafonia disane por soma de poência de mesmo nível PSELFEXT Perda de reorno Araso de propagação Comprimeno do cabo Desvio de araso Considerações finais... 29

9 v 4 LINHAS DE TRANSMISSÃO Inrodução Parâmeros caracerísicos de uma linha de ransmissão Parâmeros Primários Parâmeros Secundários Aenuação e defasameno do sinal Equações Gerais de ensão e correne Considerações finais REFLECTOMETRIA NO DOMÍNIO DO TEMPO Inrodução Propagação de uma onda eleromagnéica OEM em um conduor Casameno de impedância Reflexão de sinais Considerações finais DEFINIÇÃO DO HARDWARE Inrodução Meodologia de Trabalho Definição do diagrama de blocos do ACR Mesre Bloco de Conrole Display e Teclado Conrole de Terra e Transceiver Microconrolador Bloco de Transmissão Bloco de Amosragem Comparador Bloco TDR Gerador de Pulso Conadores Definição do diagrama de blocos do ACR Escravo Conrole de Acoplameno Considerações finais... 54

10 vi 7 DEFINIÇÃO DO SOFTWARE Inrodução Fluxograma Resumido do Sofware Proocolo de Comunicação Pacoe de Conrole Pacoe de Dados Pacoe de Aviso Fluxograma Geral do sofware Processo Inicial Cálculo dos Resulados Cálculo da Perda por Inserção e ELFEXT Cálculo da Perda de Reorno e NEXT Cálculo da PSNEXT e PSELFEXT Ajuse dos Resulados Exibição dos Resulados Considerações finais RESULTADOS EXPERIMENTAIS Inrodução Proóipo do Mesre e Escravo Resulados Experimenais do Mesre Bloco de Transmissão e Recuperação dos Sinais Amosrados Bloco de Amosragem Tese de Diafonia próxima NEXT Bloco TDR Gerador de pulso Idenificador Resulados Experimenais do Escravo Bloco de Conrole Bloco de Amosragem Tese de Diafonia disane de mesmo nível ELFEXT Considerações Finais CONCLUSÕES... 80

11 vii BIBLIOGRAFIA ANEXO A LAYOUT DO ACR MESTRE ANEXO B LAYOUT DO ACR ESCRAVO... 85

12 viii LISTA DE FIGURAS Figura 2.1 Cabo UTP [1] Figura Disância máxima especificada para cabos UTPs [1] Figura 3.1 a Circuio abero, b Curo circuio Figura 3.2 a Direo, b Cruado crossover e c Rollover Figura 3.3 Efeio da NEXT em dois pares [3] Figura 3.4 Soma das poências da Diafonia Próxima PSNEXT [3] Figura 3.5 Processo de medição da FEXT. [3] Figura 3.6 Processo simbólico da medição da PSELFEXT [3] Figura 3.6 Processo de medição do empo de propagação em um cabo Figura 4.1 Circuio equivalene de uma faia de comprimeno de uma linha de ransmissão [7] Figura 4.2 Evolução da ampliude da onda incidene ao longo da linha [7] Figura 5.2 Igualdade de impedância enre fone e carga [5] Figura 5.3 Impedância em função da freqüência Figura 5.4 Reflexão do sinal emiido [5] Figura 5.5 Variação do coeficiene de reflexão em função da impedância da carga Figura 5.6 Relação da resisência da carga com o sinal refleido [16] Figura 6.1 Diagrama de blocos do ACR Mesre Figura 6.2 Definição do eclado Figura 6.3 Circuio envolvendo o conrole de erra e o ransceiver Figura 6.4 Dealhameno do bloco ransmissor Figura 6.5 Dealhameno do bloco de amosragem Figura 6.7 Dealhameno do circuio do gerador de pulso Figura 6.8 Dealhameno do circuio do idenificador Figura 6.9 Diagrama de empo dos conadores de 16 bis em paralelo Figura 6.10 Dealhameno dos conadores de 16 bis em paralelo Figura 6.11 Diagrama de blocos do escravo Figura 6.12 Acoplameno enre cabo UTP e carga Figura 6.13 Dealhameno do circuio de conrole de acoplameno Figura 7.1 Fluxograma resumido do sofware Figura 7.2 Fluxograma geral dos sofwares do mesre e escravo

13 ix Figura 7.3 Diagrama de empo da fase 1 no processo inicial do escravo Figura 7.4 Diagrama de empo da fase 2 no processo inicial do escravo Figura 7.5 Represenação da soma de poência sobre um par Figura 7.6 Diagrama do coneúdo de exibição do display durane processo de ese Figura 7.7 a Mapa de fios correo b Pinos em abero c Pinos em curo circuio Figura 8.1 Proóipo do Mesre Figura 8.2 Proóipo do Escravo Figura 8.3 Simulação dos blocos de ransmissão e amosragem Figura 8.4 Tese do processo de ransmissão Figura 8.5 Processo de recuperação do sinal amosrado Figura 8.6 A Sinal Amosrado, B Sinal após reificação Figura 8.7 A Sinal recuperado. B Tensão no Capacior Figura 8.8 Simulação do comparador Figura 8.9 Tese do comparador. A Referência, B Sinal Recuperado e C Resulado Figura 8.10 Efeio da NEXT sobre um par de fios Figura 8.11 Tese do Gerador de Pulso Figura 8.12 Saídas dos amplificadores operacionais Figura 8.13 Tensão dos sinais depois de reificados Figura 8.14 Simulação do Idenificador para um sinal refleido negaivo Figura 8.15 Tese real do Idenificador para um sinal refleido negaivo Figura 8.16 Simulação do Idenificador para um sinal refleido posiivo Figura 8.17 Tese real do Idenificador para um sinal refleido posiivo Figura 8.18 Tese dos sinais da Fase 1 no processo inicial Figura 8.19 Tese dos sinais da Fase 2 no processo inicial Pare Figura 8.20 Tese dos sinais da Fase 2 no processo inicial Pare Figura 8.21 A e B Sinais Transmiidos, C e D Sinais recebidos Figura 8.22 A e B Sinais diferenciais ransmiidos e C Tensão no capacior de amosragem Figura 8.23 Efeio da ELFEXT sobre um par de fios

14 x LISTA DE TABELAS Tabela 2.1 Caegoria dos cabos UTP Tabela 2.2 Codificação dos pares para 10Base-T e 100Base-T Tabela 3.1 Valores limies de Perda Por Inserção permiida pelos órgãos de padroniação ANSI/EIA/TIA Tabela 3.2 Valores limies para NEXT permiidos pelos órgãos de padroniação ANSI/EIA/TIA Tabela 3.3 Valores limies para PSNEXT permiidos pelos órgãos de padroniação ANSI/EIA/TIA Tabela 3.4 Valores limies para ELFEXT permiidos pelos órgãos de padroniação ANSI/EIA/TIA Tabela 3.5 Valores limies para PSELFEXT permiidos pelos órgãos de padroniação ANSI/EIA/TIA Tabela 3.6 Valores limies para Perda de Reorno Reurn Loss permiidos pelos órgãos de padroniação ANSI/EIA/TIA Tabela 7.1 Tipos de proocolo de comunicação Tabela 7.2 Pacoe de conrole Tabela 7.3 Códigos de operação CO e seus respecivos valores Tabela 7.4 Valores para cada par de fios do RJ Tabela 7.5 Exemplo de envio de pacoe de conrole Tabela 7.6 Pacoe de Dados Tabela 7.7 Tipo de Tese e seus valores Tabela 7.8 Freqüências usadas nos eses e seus códigos em binário Tabela 7.9 Pacoe de Aviso Tabela 7.10 Tipos de avisos e seus códigos binários Tabela 7.11 Armaenameno dos dados amosrados para perda por inserção e ELFEXT Tabela 7.12 Armaenameno dos dados amosrados para perda de reorno e NEXT... 62

15 xi LISTA DE SÍMBOLOS UTP -Unshielded Twised Pair Cabo de par rançado não-blindado LAN -Local Area Nework Rede de comunicação local EMI -Elecromagneic Inerference Inerferência Eleromagnéica RFI -Radio FrequencyIinerference Inerferência por Radio Freqüência bps -bis por segundo ISDN -Inegraed Services Digial Nework Serviços inegrados para rede de comunicação digial STP -Shielded Twied Pair Cabo de par rançado blindado EIA -Elecronic Indusries Alliance Aliança das Indúsrias Elerônicas TIA -Telecommunicaions Indusry Associaion Associação das Indúsrias de Telecomunicação AWG -American Wire Gauge Biola de Fio Americano PVC -Policloreo de vinila IEEE -Insiue of Elecrical and Elecronics Engineers Insiuo de Engenharia Elérica e Elerônica NRZI -Non-Reurn o Zero Invered Não-Reorno a ero inverido NEXT -Near-end Crossalk Linha Cruada Próxima FEXT -Far-end Crossalk Linha Cruada Disane PSNEXT -Power Sum Near-end Crossalk Soma de Poência para Linha Cruada próxima PSFEXT -Power Sum Equal Level FEXT Soma de Poência para Linha Cruada Disane ELFEXT -Equal Level FEXT FEXT de mesmo nível VNP -Velocidade nominal de propagação do cabo v - Índice de refração C -Velocidade da Lu no vácuo m/s p -Tempo de propagação TDR -Time Domain Reflecomeer Reflecomeria no Domínio do Tempo TT -Taxa de Torções de um cabo UTP real -Comprimeno real do cabo R -Resisência por unidade de comprimeno Ω/m L -Induância por unidade de comprimeno H/m G -Conduância por unidade de comprimeno S/m C -Capaciância por unidade de comprimeno F/m F/m -Farad por mero S/m -Siemens por mero H/m -Henry por mero Ω/m -Ohms por mero R o -Resisência em correne coninua por unidade de comprimeno d -Diâmero do conduor sem isolação mm D -Disância enre os dois conduores mm Ρ -Resisividade do cobre ρ= Ω.mm²/km α -Coeficiene médio de emperaura do conduor cobre = Variação da emperaura em relação a 20 ºC

16 xii R -Resisência à emperaura -Temperaura do cabo R 20ºC -Resisência do conduor a 20 ºC δ -Efeio Pelicular σ cond -Conduividade do conduor 58.1 m/mm² f -Freqüência em Her µ -Permeabilidade magnéica do dielérico r -Raio do conduor σ diel -Conduividade do dielérico ε -Permeabilidade do dielérico γ -Consane de propagação Z o -Impedância caracerísica da linha α -Consane de aenuação β -Consane de fase Np -Neper 1 Np = db db -Decibéis Rad -Radianos -Comprimeno do cabo -Pequena seção da linha de ransmissão V F -Tensão da fone Vi -Tensão incidene Vr -Tensão refleida Γ L -Coeficiene de reflexão r -Tempo de reorno P L -Poência na carga OEM -Onda Eleromagnéica R F -Resisência da Fone R L -Resisência da Carga X F -Pare reaiva da Fone X L -Pare reaiva da Carga pd -Time Popagaion Delay Araso de propagação V pp -Tensão de pico-a-pico ACR -Analisador para Cabos de Rede ns -Nanosegundo 10-9 s C1 -Conador 1 C2 -Conador 2 ADC -Conversor Analógico Digial

17 Capíulo 1 Inrodução 13 CAPÍTULO 1 1 INTRODUÇÃO 1.1 Objeivo O objeivo dese rabalho é desenvolver um equipameno que permia a análise de cabos do ipo par rançado usados na inerconexão de compuadores, visando minimiar o cuso de implemenação do mesmo sem a perda das funcionalidades exigidas pelas normas inernacionais. 1.2 Inrodução Aualmene os compuadores desempenham papel fundamenal na sociedade, aravés deles é possível er acesso a uma grande quanidade de informações e funcionalidades em empo real. A inerconexão enre os compuadores pode ser feia de duas formas, aravés de meios guiados cabos de meal ou ópicos ou não guiados via ondas eleromagnéicas. O cabo de par rançado não blindado UTP raa-se de um meio guiado de cobre que foi desenvolvido para subsiuir os radicionais cabos coaxiais, os fios que consiuem os cabos UTP são rançados por oda a exensão e envolvidos com uma capa proeora. As principais caracerísicas desse cabo é o supore a alas freqüências, resisência física, redução da inerferência eleromagnéica, fácil insalação e baixo cuso. O cabo UTP é muio usado na insalação de redes locais LAN Local Area Nework, normalmene a opologia usada é a esrela, onde odos os erminais esão conecados a um concenrador. Os equipamenos de ese para cabos de ransmissão de dados desempenham papel fundamenal na prevenção e diagnosico de falhas que normalmene esão relacionados com a camada física. O que se verifica é que nem sempre os insrumenos de ese são usados, o moivo principal é o elevado cuso deses equipamenos. Esse rabalho se propõe a desenvolver um equipameno que conenha odos os eses exigidos, para cerificação de cabos do ipo par rançado caegorias 4, 5, 5e e 6, buscando reduir o cuso de produção do equipameno. O padrão ANSIA/TIA/EIA-568B especifica de eses que o cabo de cobre deve passar anes que possa ser usado em redes locais Eherne de ala velocidade. Todos os links de cabos

18 Capíulo 1 Inrodução 14 deverão ser esados aé a capacidade máxima que é aplicada a caegoria do cabo em ese. Os de eses especificados esão descrios no capíulo Organiação da Disseração O capíulo 2 apresena os meios de comunicação, onde são aborados assunos perinenes aos ipos de cabos de par rançado, suas caracerísicas e as ecnologias que serão esadas pelo analisador proposo nese rabalho. O capíulo 3 define os de eses que são usados para a cerificação de cabos de rede do ipo par rançado, eses eses são definidos pelo padrão inernacional ANSIA/TIA/EIA-568B. Cada ese é dealhado e para os eses de aenuação e linha cruada as abelas com valores limies são mosrados. Os cabos de par rançado apresenam caracerísicas esruurais que podem ser modeladas de forma a definir as propriedades eléricas do cabo. O capíulo 4 exibe a eoria das linhas de ransmissão aplicada para cabos de par rançado de ala velocidade. Nese capíulo são esudadas as equações que definem os parâmeros primários e secundários do cabo. Em seguida são definidas duas equações, que represenam à ensão e correne em um pono qualquer do cabo. O capíulo 5 apresena o esudo sobre reflecomeria no domínio do empo TDR. Inicialmene são esudados os moivos pela quais exisem reflexões em uma linha. Poseriormene são mosradas as caracerísicas das reflexões e quais suas uilidades nese rabalho. Os capíulos 6 e 7 mosram as definições do hardware e sofware do mesre e escravo. No capíulo 6 os blocos que compõe os equipamenos são exibidos e dealhados. O capíulo 7 mosra as caracerísicas do sofware aravés de fluxogramas. O capíulo 8 apresena os resulados experimenais que são obidos aravés das simulações e eses com o proóipo. O capíulo 9 apresena a conclusão, dificuldades enconradas, soluções proposas e sugesões para rabalhos fuuros.

19 Capíulo 2 Meios de Transmissão 15 CAPÍTULO 2 2 MEIOS DE TRANSMISSÃO 2.1 Inrodução Os meios de ransmissão são classificados em duas formas gerais guiados e nãoguiados, sendo que, guiados são os conduores meálicos ou fibra óica, e os não-guiados são sinais que rafegam no formao de ondas eleromagnéicas ou microondas. Ambos os sinais esão sujeios a inerferências do meio, os cabos de cobre, por exemplo, não apenas esão exposos as inerferências exernas, mas ambém são limiados em exensão devido a condições do próprio cabo. Esa seção apresena o esudo sobre cabos de par rançado do ipo UTP, suas aplicações e caracerísicas. Ao final dese capiulo é abordado as ecnologias que o equipameno usará como base para seus eses. 2.2 Cabo de par rançado não blindado UTP O cabo de par rançado não blindado UTP, é consiuído por quaro pares de fios enrelaçados enre si, cada um dos oio fios individuais de cobre no cabo é cobero por um maerial isolane. Esse ipo de cabo usa apenas o efeio de cancelameno, produido pelos pares de fios rançados para limiar a disorção do sinal causada por EMI Inerferência eleromagnéica e RFI inerferência de radio freqüência e a diafonia, que consise na inerferência provocada pelos cabos adjacenes. Para reduir a diafonia enre os pares no cabo UTP, o número de ranças de cada caegoria de cabos varia. O cabo UTP deve seguir crieriosamene as especificações que se refere à quanidade de ranças que são permiidas por mero de cabo. A Tabela 2.1 mosra a relação dos cabos UTPs e suas respecivas caegorias.

20 Capíulo 2 Meios de Transmissão 16 Tabela 2.1 Caegoria dos cabos UTP. Caegoria Descrição de Uso Exemplos de Redes Cabos com axa de ransmissão de aé 56 Kbps. Cabos com axa de ransmissão de aé 1 Mbps Cabos e hardware com largura Sisema de alarmes, elefone e ouras aplicações não críicas. Sisemas com baixa ransferência de dados 10BaseT, Token-Ring de 4Mbps, de banda de aé 16 MH 100BaseT4, 100VG-AnyLan, ISDN. Cabos e hardware com largura Token-Ring de 16Mbps, 10BaseT de banda de aé 20 MH Cabos e hardware com largura 100BaseTX, Sone, OC-3 ATM de banda de aé 100 MH Cabos e hardware com largura 1000BaseT, 1000BaseTX banda de aé 250 MH Fone [10] Os cabos UTPs são consanemene uiliados em projeos de redes, por faores físicos e econômicos, pois ele é de fácil manuseio e insalação e principalmene o baixo cuso de aquisição considerando os parâmeros de cuso e desempenho. Exise no mercado o STP Shielded Twied Pair, que é ambém um cabo de par rançado, mas que apresena blindagem conra inerferência exerna, sua aplicação geralmene é em locais com fores inerferências geradas, por exemplo, por moores de uma indúsria. Figura 2.1 Cabo UTP [1]. Cabos UTP possuem oio fios quaro pares com cores disinas, como mosra a Figura 2.1, mas ano no padrão 10Base-T quano no 100Base-T 10 Mbps e 100 Mbps, respecivamene apenas quaro desses fios dois pares são realmene uiliados. Um par é usado para ransmissão dos dados e ouro para recepção. A Tabela 2.2 mosra os pares usados na ransmissão e recepção em um cabo UTP.

21 Capíulo 2 Meios de Transmissão 17 A sigla TD significa ransmissor diferencial, os sinais posiivo + e negaivo - indicam que um é o inverso do ouro, a sigla RD é o recepor diferencial que é conecado ao ransmissor manendo os sinais posiivo e negaivo, esses sinais são mosrados na Tabela 2.2. Tabela 2.2 Codificação dos pares para 10Base-T e 100Base-T. Pinos Cor Função 1 Branco/Verde +TD 2 Verde -TD 3 Branco/Laranja +RD 4 Aul Não usado 5 Branco/Aul Não usado 6 Laranja -RD 7 Branco/Marrom Não usado 8 Marrom Não usado Como qualquer conduor meálico, o cabo UTP em seu comprimeno limiado por suas condições físicas, segundo a EIA/TIA 568, após 100 meros não é garanida a enrega correa dos dados. A Figura 2.2 mosra a disância máxima especificadas para cabos UTP sem o uso de repeidores. Figura Disância máxima especificada para cabos UTPs [1]. Os cabos de caegoria 4 em uma impedância caracerísica de 100 ohms com 22 ou 24 AWG, e é esado para uma largura de banda de 20MH. O cabo de caegoria 4 funciona bem com insalações 10Base-T, com ransmissão de 10 Mbps sobre banda base. Os cabos de caegoria 5 e 5e são composos por 4 pares de fios rançados sem blindagem com 22 ou 24 AWG e uma impedância caracerísica de 100 ohms. Tesado para uma largura de banda de 100 MH, esse cabo é capa de ransporar uma sinaliação de 100 Mbps. Os cabos de caegoria 6 ambém são composos de 4 pares de fios de cobre de 24 AWG isolados em polieileno especial, envolos com uma capa de PVC. A principal diferença enre as caegorias 4, 5, 5e e 6 é o número de ranças por mero, que segundo [11] dois fios em paralelo formam uma anena simples. Quando os fios são rançados, as ondas de diferenes pares dos fios se cancelam, o que significa menor inerferência. Quano maior a caegoria maior a quanidade de espiras e menor a inerferência [4].

22 Capíulo 2 Meios de Transmissão Tecnologia 10Base-T A ecnologia 10Base-T foi inroduida em 1990, ela usa cabos de cobre rançados, não blindados UTP, que é mais barao e mais fácil de insalar que o cabo coaxial. O cabo é conecado a um disposiivo cenral. Esse disposiivo pode ser um hub, ele se localiava no cenro de um conjuno de cabos que são disribuídos aos compuadores, conhecido como opologia esrela. Originalmene, 10Base-T usava um proocolo half-duplex, onde as ransmissões ocorrem em uma direção de cada ve, poseriormene foi inroduida a ecnologia full-duplex. A ecnologia Eherne 10Base-T usa codificação Mancheser, seu comprimeno máximo é de 90 meros para cabos horionais segundo os padrões de infra-esruura da ANSI/EIA/TIA 568, seu conecor é o RJ-45 de oio pinos. 2.4 Tecnologia 100Base-T Segundo [11], o padrão 802.3u, foi oficialmene aprovado pelo IEEE em Esse padrão popularmene conhecido como fas Eherne não era um padrão novo, mas sim uma evolução do padrão Eherne. Sua principal melhoria foi a redução do empo de bi, que anes era de 100ns passou a ser 10ns, porano essa ecnologia ranspora dados a uma axa de 100 Mbps com uma freqüência de sinaliação de 100 MH. O projeo 100Base-T baseado no 10Base-T, usa cabos de par rançado de caegoria 5 ou superior, para ransmiir 100 Mbps em banda base. São usados somene dois pares rançados, um ransmissor e ouro recepor. Segundo [11] essa nova ecnologia não usa mais uma codificação binária comum de dois níveis significaivos, ela possui um esquema chamado 4B/5B que basicamene ransforma 4 bis em 5 bis, essa codificação foi criada para eviar que uma seqüência de rês bis eros consecuivos esejam presenes na linha de ransmissão. Segundo [10] a codificação 4B/5B foi criada para resolver os problemas causados por eros consecuivos da codificação Mancheser, no enano ainda resava o problema de uns consecuivos, foi enão adoado a codificação NRZI Non-Reurn o Zero Invered, que se preocupa com uns seguidos. Junas as codificações 4B/5B e NRZI obiveram uma eficiência de 80% na ransmissão [10].

23 Capíulo 2 Meios de Transmissão Tecnologia 1000Base-T Segundo [11], o padrão conhecido como gigabi Eherne foi raificada pelo IEEE em O objeivo dessa nova ecnologia era o mesmo do padrão 802.3u, que consise em aumenar sua velocidade em de vees, passando o empo de bi de 10ns para 1ns e maner os padrões de quadros da Eherne. As redes Eherne de gigabi que uilia a ecnologia 1000Base-T usam um esquema de codificação diferene, pois a ransmissão de dados em fios de cobre com empo de bi de 1ns é muio difícil. Essa solução uilia os quaro pares rançados de caegoria 5e para permiir a ransmissão de quaro símbolos em paralelo. Esse esquema permie que um único símbolo codifique 00, 01, 10, 11 ou um valor especial para fins de conrole [11]. Desse modo, um par de fios ransmie dois bis simulâneos, endo o cabo quaro pares, a quanidade de bis por ciclo é de oio bis. Com um sinal a 125 MH, sendo 8 bis ransmiidos por ciclo, em-se 8 bis vees 125 MH o que resula em 1 Gbps [11]. 2.6 Considerações finais Os cabos UTPs são o cenro do desenvolvimeno dese rabalho, no enano o cabo é um conduor de informações e exisem várias ecnologias operando juno a ele. As ecnologias 10Base-T, 100Base-T e 1000Base-T foram escolhidas em virude da sua grande aceiação mundial na confecção de redes de compuadores. O equipameno final de análise deverá ser capa de realiar os eses com base nessas ecnologias.

24 Capíulo 3 Padrões 20 CAPÍTULO 3 3 PADRÕES 3.1 Inrodução Ese capíulo em por objeivo apresenar os ópicos abordados na cerificação de cabos de par rançado desinados à comunicação de dados. São necessários de eses para cerificar que o cabo esá em condições de ransmiir sem percas consideráveis de dados. 3.2 Principais ópicos abordados na cerificação Segundo a norma ANSIA/TIA/EIA-568B, de eses devem ser realiados em um cabo do ipo par rançado anes que possa ser usado. O cabo é considerado cerificado se nenhum dos de eses resularem em valores discrepanes dos exigidos pela norma. Os de eses são os seguines: Mapa de fios Perda por inserção Diafonia próxima NEXT Near-end crossalk Diafonia próxima por soma de poências PSNEXT Power sum near-end crossalk Diafonia disane de mesmo nível ELFEXT Equal-level far-end crossalk Diafonia disane por soma de poência de mesmo nível PSELFEXT Power sum equal-level far-end crossalk Perda de reorno Araso de propagação Comprimeno do cabo Desvio de araso Mapa de fios O padrão Eherne especifica que cada um dos pinos em um conecor RJ-45 enha um deerminado propósio. Uma placa de rede ransmie sinais nos pinos 1 e 2, e recebe sinais nos

25 Capíulo 3 Padrões 21 pinos 3 e 6 para as ecnologias Eherne e fas Eherne. A gigabi Eherne usa odos os quaro pares de fios durane a ransmissão [1]. Os fios do cabo UTP precisam esar conecados aos pinos correos de cada exremidade de um cabo. O ese de mapa de fios garane que não exise nenhum circuio abero ou curo no cabo. Um circuio abero ocorre se o fio não for ligado correamene ao conecor. Um curo circuio ocorre se dois fios forem ligados um ao ouro. A Figura 3.1 mosra um mapa de fios sinaliando um circuio abero a e ouro um curo circuio b. Figura 3.1 a Circuio abero, b Curo circuio. O conecor pode er rês formas diferenes de configurações, direo, cruado e rollover. A Figura 3.2 mosra a ligação que é feia nos pinos do conecor para cada ipo de configuração. Mapa de Fios a Mapa de Fios b Mapa de Fios c Figura 3.2 a Direo, b Cruado crossover e c Rollover. O ipo Rollover é usado para conecar um compuador à enrada de console de roeadores e swichs. O mapa de fios deve ser capa de mosrar as conexões dos pares de fios e classificar sua configuração, se um pino esiver conecado de forma errada em uma das ponas ese ese é capa de idenificar a falha e mosrá-la.

26 Capíulo 3 Padrões Perda por inserção Sinais eleromagnéicos ao rafegar por um conduor meálico perdem inensidade, e em cabos de rede, procede da mesma forma. Quano maior a aenuação, menor a ampliude do sinal presene no recepor. A aenuação é proporcional ao comprimeno do cabo. Ela é geralmene medida em decibéis, e como se raa da redução do sinal em relação ao sinal original, seu valor é negaivo [1]. A aenuação do cabo ambém esá relacionada com o diâmero do conduor e com a emperaura ambiene. A diferença de impedância ou desconinuidade de impedância enre conecor e cabo provoca a reflexão de pare do sinal, reduindo mais ainda a ampliude e conribuindo para a aenuação. A combinação dos efeios da aenuação do sinal e as desconinuidades de impedância em uma linha de comunicações são chamadas de perda por inserção. A perda por inserção é medida inserindo um sinal no cabo e medindo o sinal presene na exremidade mais disane, geralmene o valor obido é expresso em decibéis. O padrão TIA/EIA exige que um cabo e seus conecores passem por um ese de perda por inserção anes que possam ser usados como link de comunicações em uma rede local [1]. A Tabela 3.1 mosra os valores limianes para perda por inserção para as caegorias 3, 4, 5, 5e e 6. Tabela 3.1 Valores limies de Perda Por Inserção permiida pelos órgãos de padroniação ANSI/EIA/TIA. Freqüência MH Ca. 3 db/100m Ca. 4 db/100m Ca. 5 db/100m Ca. 5e db/100m Ca. 6 db/100m , , Fone [4]

27 Capíulo 3 Padrões Diafonia próxima NEXT Quando uma correne flui aravés de um conduor, um campo eleromagnéico é criado em orno dese, e ese pode gerar inerferência nos conduores adjacenes, esse efeio é chamado de diafonia e é proporcional ao aumeno da freqüência. No caso do cabo UTP, cada par é rançado e os sinais ransmiidos são diferenciais com o objeivo de cancelameno de campo múuo, ornando o efeio de cancelameno proporcional ao número de espiras, porano quano maior for à quanidade de ranças do par, menor será o efeio da diafonia e consequenemene, maior será a axa de ransmissão que o cabo supora [2]. A diafonia NEXT do inglês Near-end crossalk, raa-se da inerferência provocada por um par de fios próximo ao ouro e a magniude da inerferência medido na mesma exremidade do ransmissor, a Figura 3.3 mosra esse efeio, verifica-se que o sinal sendo ransmiido com uma ensão V e gera uma oura ensão V r em seu adjacene, a medição de V r permie calcular o efeio da NEXT para aquele par. Com o sinal inserido em um par os ouros rês são medidos, após muda-se o gerador para ouro par, e novamene amosram-se os pares resanes, esse processo se repee aé que odos os pares enham sidos conecados ao gerador. Ao ermino de odas as amosras, calcula-se o resulado de odos os valores amosrados usando a Equação 3.1. Com os resulados obidos, seleciona-se o pior caso, ou seja, o par que apresene menor valor em decibéis. O valor da NEXT é negaivo e expresso em decibéis, no enano, normalmene não se mosra o valor como sendo negaivo, porano quano menor for V r maior o valor em decibéis e menor a inerferência, por exemplo, 80dB em ermos de NEXT é melhor que 50dB. Figura 3.3 Efeio da NEXT em dois pares [3]. O efeio da NEXT é calculado usando como referência a ensão do sinal emiido, a Equação 3.1 mosra como calcular a NEXT em decibéis. V NEXT = 20* Log r 3.1 V e

28 Capíulo 3 Padrões 24 Os resulados obidos nos eses devem ser comparados com os valores esipulados pelas normas de uiliação deses cabos, a Tabela 3.2 mosra os valores limies de NEXT que cada caegoria pode er, valores menores que os esipulados podem ocasionar redução da qualidade de ransmissão. Tabela 3.2 Valores limies para NEXT permiidos pelos órgãos de padroniação ANSI/EIA/TIA. Freqüência MH Ca. 3 db/pior par Ca. 4 db/ pior par Ca. 5 db/ pior par Ca. 5e db/ pior par Ca. 6 db/ pior par , , Fone [4] Diafonia próxima por soma de poências PSNEXT A NEXT por Soma de Poências PSNEXT Power sum near-end crossalk mede o efeio acumulado da NEXT de odos os pares de fios no cabo. A PSNEXT é compuada para cada par de fios baseada nos efeios da NEXT dos ouros rês pares. O efeio combinado da diafonia de múliplas fones simulâneas de ransmissão pode ser muio prejudicial ao sinal. A cerificação TIA/EIA-568-B exige o ese da PSNEXT [1]. Alguns padrões Eherne como 10BASE-T e 100BASE-TX recebem dados de apenas um par de fios em cada direção. No enano, para as novas ecnologias como é o caso do 1000BASE-T que recebe dados simulaneamene de vários pares na mesma direção, as medições de soma de poências é um ese muio imporane. A Figura 3.4 mosra o procedimeno usado para calcular a PSNEXT.

29 Capíulo 3 Padrões 25 Figura 3.4 Soma das poências da Diafonia Próxima PSNEXT [3]. A Tabela 3.3 mosra os valores mínimos que um par pode receber de inerferência dos seus adjacenes, assim como a NEXT a PSNEXT é expressa em decibéis e um valor maior represena menor inerferência. Tabela 3.3 Valores limies para PSNEXT permiidos pelos órgãos de padroniação ANSI/EIA/TIA. Freqüência MH Ca. 3 db Ca. 4 db Ca. 5 db Ca. 5e db Ca. 6 db , , Fone [4] Diafonia disane de mesmo nível ELFEXT A ELFEXT Equal Level Fex é um cálculo que normalia os efeios da FEXT Far End Cross Talk. A Figura 3.5 mosra o processo de medição da FEXT.

30 Capíulo 3 Padrões 26 Figura 3.5 Processo de medição da FEXT. [3] A FEXT é medida na exremidade disane do cabo e não leva em consideração a aenuação sofrida pelo sinal ao se propagar pelo par, a ELFEXT é a FEXT com a aenuação, esse valor qualifica melhor o efeio provocado pelo par adjacene. A ELFEXT é expressa em decibéis, seu valor é calculado usando a Equação 3.1. Os efeios provocados pela FEXT são mais prejudiciais em redes de ala velocidade principalmene 1000Base-T, a Tabela 3.4 mosra os valores exigidos pelas normas inernacionais para cada freqüência. Tabela 3.4 Valores limies para ELFEXT permiidos pelos órgãos de padroniação ANSI/EIA/TIA. Freqüência MH Ca. 3 db/pior par Ca. 4 db/ pior par Ca. 5 db/ pior par Ca. 5e db/ pior par Ca. 6 db/ pior par , , Fone [4] Diafonia disane por soma de poência de mesmo nível PSELFEXT PSELFEXT Power Sum Equal Level FEXT é um cálculo e não uma medida. Ele é derivado de uma soma algébrica dos efeios individuais do ELFEXT em cada par, pelos rês ouros pares. Segundo [4], é imporane conhecer o PSELFEXT e o PSNEXT para garanir que

31 Capíulo 3 Padrões 27 o cabeameno ransmia nos quaro pares ao mesmo empo Full-Duplex como ocorre na Gigabi Eherne. A Figura 3.6 mosra o processo simbólico para medição da PSELFEXT. Figura 3.6 Processo simbólico da medição da PSELFEXT [3]. A Tabela 3.5 exibe os valores limies para a inerferência disane por soma de poência, valores maiores que eses podem ocasionar na redução da capacidade de recepção ou ransmissão dos equipamenos envolvidos. Tabela 3.5 Valores limies para PSELFEXT permiidos pelos órgãos de padroniação ANSI/EIA/TIA. Freqüência MH Ca. 3 db/pior par Ca. 4 db/ pior par Ca. 5 db/ pior par Ca. 5e db/ pior par Ca. 6 db/ pior par , , Fone [4] Perda de reorno A perda de reorno é medida em decibéis, que mosra as reflexões que são causadas pelas desconinuidades de impedância em odos os locais ao longo do link. O principal problema da perda de reorno não é a redução da inensidade do sinal. O problema mais significaivo é que os ecos de sinais causados pelas reflexões das desconinuidades de impedância aingirão o recepor a diferenes inervalos causando o araso de sincronismo do

32 Capíulo 3 Padrões 28 sinal [1]. A Tabela 3.6 mosra os valores limies que um par de fios pode er de reflexões causadas por desconinuidades de impedância. Tabela 3.6 Valores limies para Perda de Reorno Reurn Loss permiidos pelos órgãos de padroniação ANSI/EIA/TIA. Freqüência MH Ca. 3 db/pior par Ca. 4 db/ pior par Ca. 5 db/ pior par Ca. 5e db/ pior par Ca. 6 db/ pior par , , Fone [4] Araso de propagação O araso de propagação é o empo gaso por um sinal para percorrer oda a exensão de um cabo. O araso em um par de fios depende do seu comprimeno, axa de orcimeno e propriedades eléricas. A medição de araso de propagação é à base de cálculo do comprimeno do cabo, como mosra a Equação 3.2. O padrão TIA/EIA-568-B.1 especifica que o comprimeno físico do link será calculado usando-se o par de fios com o menor araso elérico. = VNP c p 3.2 é o comprimeno do cabo. VNP é a velocidade nominal de propagação do cabo, que para cabos UTP é de 68%. c é a velocidade da lu no vácuo. p é o empo de propagação de um pulso ao longo do cabo. O processo de medição do empo de propagação de uma onda eleromagnéica em um cabo esá mosrado na Figura 3.6.

33 Capíulo 3 Padrões 29 Figura 3.6 Processo de medição do empo de propagação em um cabo Comprimeno do cabo Os esadores medem o comprimeno do fio baseando-se no empo gaso por um pulso elérico em percorrer oda a exensão do cabo, um TDR Reflexão no Domínio do Tempo é geralmene usado para ese fim. Os fios inernos do cabo UTP são rançados e seu comprimeno é maior que o medido exernamene. Quando um esador de cabos fa uma medição TDR, ele envia um sinal de pulso ao longo do par de fios e mede o empo exigido para que o pulse vole ao mesmo par de fios, esse empo é relaivo ao comprimeno real dos pares, para se ober o comprimeno exerno do cabo é necessário conhecer a axa de orções TT do cabo, que exprime a porcenagem em que o cabo é maior em relação ao amanho real. A Equação 3.3 mosra como calcular o comprimeno real de um cabo. real = 1 TT Desvio de araso O araso de propagação pode ser diferene enre os pares em um único cabo devido às diferenças no número de ranças e propriedades eléricas de cada par de fios. A diferença de araso enre pares é conhecida como desvio de araso. O desvio de araso é um parâmero críico para redes de ala velocidade nas quais os dados são simulaneamene ransmiidos. Se o desvio de araso enre os pares for muio grande, os bis chegam em diferenes empos e os dados não podem ser reagrupados adequadamene. 3.3 Considerações finais Um cabo de rede é cerificado quando os de eses são aplicados e nenhum deles resule em valores maiores que os exigidos pelas normas. O fao de um cabo não passar em um deerminado ese não implica na sua impossibilidade de ransmissão, mas sim que sua capacidade máxima poderá não ser alcançada. Apenas o ese de mapa de fios quando negaivo implica na inoperância do cabo.

34 Capíulo 4 Linhas de Transmissão 30 CAPÍTULO 4 4 LINHAS DE TRANSMISSÃO 4.1 Inrodução Ese capíulo em por objeivo apresenar o esudo sobre linhas de ransmissão, a qual se desina a compreensão dos efeios naurais sofridos por sinais ao rafegar por conduores meálicos, esa eoria pode ser aplicada para compreender os efeios ocorridos na ransmissão em par rançado. A princípio é mosrado o cálculo dos parâmeros primários de uma linha de ransmissão, que em seguida são usados para calcular os parâmeros secundários. Por fim, é definida uma equação geral que deermina a ensão e a correne em um pono qualquer da linha. 4.2 Parâmeros caracerísicos de uma linha de ransmissão Segundo [7], uma seção horional de linha é formada pelo esquema represenado na Figura 4.1. Os elemenos desse esquema são chamados de parâmeros primários, classificados em parâmeros horionais e parâmeros vericais. Parâmeros horionais: R Ω/m: resisência por unidade de comprimeno incluindo o efeio pelicular. L H/m: induância por unidade de comprimeno. Parâmeros vericais: G S/m: conduância ransversal por unidade de comprimeno. C F/m: capaciância por unidade de comprimeno.

35 Capíulo 4 Linhas de Transmissão 31 Figura 4.1 Circuio equivalene de uma faia de comprimeno de uma linha de ransmissão [7]. Uma linha de ransmissão é dividida em parâmeros horionais induância e resisência e parâmeros vericais capaciância e conduância. Os parâmeros horionais são responsáveis pela redução da ampliude do sinal que rafega pela linha, no caso dos parâmeros vericais a conduância é responsável por fugas de correne pelo isolameno e a capaciância expressa a capacidade que o cabo em em armaenar energia enre os conduores. Todos esses faores esão disribuídos pelo cabo, para saber o seu valor em uma linha de amanho basa muliplicar pelo valor do parâmero R, L, G e C [7], os cálculos de resisência, induância, conduância e capaciância serão descrios nesa seção Parâmeros Primários Resisência ôhmica em correne coninua R o : Em alguns momenos durane a ransmissão o comprimeno de onda de um sinal pode ser maior que o amanho da linha de ransmissão, nesse período um sinal conínuo esá presene no cabo, conhecer a resisência ôhmica em correne conínua permie saber previamene o que ocorre com o sinal nesa siuação. A resisência em correne conínua é represenada pela lera R o, seu cálculo é baseado nas propriedades físicas do cabo, nese caso

36 Capíulo 4 Linhas de Transmissão 32 um cabo de cobre com resisividade ρ = Ω.mm 2 /Km e diâmero d, a Equação 4.1 mosra o cálculo da resisência em correne coninua. 8ρ 44 R o = Ω / Km 4.1 π 2 2 d d A resisência ôhmica de um conduor depende do maerial que ele foi consruído, do coeficiene médio de emperaura e da emperaura ambiene onde o cabo esá implanado. Cosuma-se usar 20 ºC como emperaura de referência para calcular a resisência à emperaura [9], como mosra a Equação 4.2. R = R 20 C 1+ α Ω 4.2 º α é o coeficiene médio de emperaura cobre = 0, é a variação da emperaura em relação a 20 ºC. Resisência ôhmica em correne alernada R: Anes de calcular a resisência em correne alernada é necessário compreender um efeio que ocorre na ransmissão de sinais eleromagnéicos, principalmene quando aplicado a alas freqüências, esse efeio se radu na concenração da correne nas proximidades da superfície reduindo a área de condução e consequenemene aumenando a resisência. No enano o efeio pelicular δ, assim como é conhecido, é mais agravane em alas freqüências. A Equação 4.3 mosra como calcular o efeio pelicular [7]. 1 δ = 4.3 π. f. µ. σ cond σ cond é a conduividade do conduor, nese caso o cobre 58,1 S.m/mm 2. f é a freqüência em Her. µ é a permeabilidade magnéica do dielérico. A Equação 4.4 permie calcular a resisência em correne alernada por unidade de comprimeno considerando o efeio pelicular. 1 R= π. r. δ. σ cond [ Ω / m] 4.4 r é o raio do conduor. Induância L: A induância esá relacionada ao campo magnéico criado pela correne que passa pelo conduor, a Equação 4.5 mosra o calculo para ese parâmero.

37 Capíulo 4 Linhas de Transmissão 33 µ D L= cosh 1 π 2r [ H / m] 4.5 D é a disância enre os dois conduores. Conduância G: A conduância represena as fugas aravés da isolação do cabo, sua unidade de medida é o Siemens, a equação 4.6 mosra o cálculo da conduância [8]. diel G= πσ [ S / Km] 4.6 D cosh 1 2r σ diel é a conduividade do dielérico. Capaciância C: Segundo [8], esse parâmero demonsra a capacidade dos dois conduores em armaenar energia sob a forma de campo elérico quando exisir uma diferença de poencial enre os conduores. A Equação 4.7 é uiliada para o cálculo da capaciância enre dois fios cilíndricos isolados. πε C = [ F / m] 4.7 D cosh 1 2r ε é permeabilidade do dielérico Parâmeros Secundários De posse dos quaro parâmeros primários é possível calcular os parâmeros secundários, que consise em uma nova caegoria de parâmeros que descrevem melhor o comporameno do cabo [8]. Basicamene os parâmeros secundários de uma linha de ransmissão é a impedância caracerísica Z o e a consane de propagação γ. Esses parâmeros são calculados direamene usando as equações 4.8 e 4.9. Z o = R G + + jωl j ω C Ω 4.8 γ = α + jβ = R+ jωl G+ jωc 4.9

38 Capíulo 4 Linhas de Transmissão 34 A impedância caracerísica Z o é complexa, iso é, composa por uma componene resisiva e uma reaiva. Em baixas freqüências, a induância e conduância podem ser despreadas [8], resulando na Equação Z o = R j ω C Ω 4.10 Para alas freqüências a resisência e a conduância podem ser despreadas, sendo assim, a impedância caracerísica da linha fica dependene da induância e capaciância, como mosra a Equação Z o = jωl j ω C = L C Ω Aenuação e defasameno do sinal A aenuação de um sinal ao se propagar por uma linha de ransmissão di respeio a perca de pare de sua energia, devido aos efeios da resisência e conduância, que corresponde á pare real da Equação 4.9. A pare imaginaria é responsável pelos efeios reaivos ou o defasameno do sinal que resula na variação do ângulo de roação que a fase do sinal ransmiido vai sofrendo ao se propagar pelo cabo [8]. A aenuação e o defasameno são calculados a parir da consane de aenuação α e da consane de fase β, respecivamene a pare real e imaginária da consane de propagação na linha γ. Para baixas freqüências, as perdas dieléricas são despreíveis, dessa forma a consane de aenuação e fase pode ser escria conforme as Equações 4.12 e 4.13 [8]. ωrc α = [ Np / m] Np = 8.686dB. ωrc β = j [ Rad / m] Para freqüência na ordem de MH às perdas dieléricas passam a ser consideradas como mosra a Equação RG ω LC+ R + ω L G + ω C α [ Np / m] A fase é calculada pela Equação β ω LC [ rad / m] 4.15

39 Capíulo 4 Linhas de Transmissão 35 As Equações 4.14 e 4.15 mosram que para as alas freqüências a consane de aenuação cresce em função da resisência R que varia em virude do efeio pelicular, que para alas freqüências não é despreível. Por sua ve, o coeficiene de fase aumena linearmene com o aumeno da freqüência [6]. 4.3 Equações Gerais de ensão e correne Aplicando a lei de kirchoff no circuio apresenado na Figura 4.1, obém-se a Equação 4.16:,,..,.., V I R I L V = 4.16 Arranjando os ermos da Equação 4.16 de forma a deixar odos os do lado esquerdo, obém-se a seguine relação:,,,, RI I L V V + = Observa-se que o ermo a esquerda da Equação 4.17 é a solução de uma equação diferencial usando limie quando ende a ero, como mosra a equação 4.18 [7].,,, 0 V V V Lim = Subsiuindo a Equação 4.18 em 4.17, obém-se a Equação 4.19.,,, RI I L V + = 4.19 A Equação 4.19 é a primeira equação diferencial reirada do circuio da Figura 4.1 e que relaciona a ensão com a correne em uma linha de comprimeno [7]. O objeivo é enconrar equações que expressem o comporameno da correne e da ensão separadamene, no enano, a equação 4.19 em dependência de ambas. Com base nos divisores de correnes da Figura 4.1, obém-se a seguine equação:,,..,.., I V C V G I = 4.20 Da mesma forma que a Equação 4.16, reorgania-se as variáveis de forma a er odos os do lado esquerdo da igualdade, como mosra a Equação 4.21.,,,, V C GV I I = Diminuindo-se o amanho da seção horional para ero 0, obém-se a seguine relação:

40 Capíulo 4 Linhas de Transmissão 36,,, 0 I I I Lim = Subsiuindo a Equação 4.22 em 4.21, resula na Equação 4.23, que relaciona a correne com a ensão, mas agora em função dos parâmeros vericais.,,, V C GV I + = 4.23 As Equações 4.19 e 4.23 são equações que caraceriam o comporameno elérico da linha. Segundo [7], as Equações 4.19 e 4.23 nada diem sobre a forma da correne e da ensão, mas apenas a relação enre ambas e a dependência desas com os parâmeros disribuídos. Para faciliar a análise do comporameno da ensão e correne adoa-se um regime senoidal, sendo o sinal do gerador indicado pela Equação V cos v g ω = 4.24 Com base na função do gerador, pode-se definir o seguine: cos jsen V Ve j ω ω ω + = 4.25 Verifica-se que a pare real da Equação 4.25 é igual ao gerador, porano defini-se as seguines equações: } {, j e V V ω R = 4.26 } {, j e I I ω R = 4.27 Noa-se que a derivada de V, e I, é igual à jω, como mosra a Equação ω ω ω ω j e V j e V j j = = 4.28 Com base nas Equações 4.26, 4.27 e 4.28, reescreve-se as Equações 4.19 e 4.23 obendo-se as Equações 4.29 e I L j R V ω + = 4.29 V C j G I ω + = 4.30 Para er equações apenas em função da ensão ou da correne deriva-se 4.29 e 4.30 em função de, como mosras as Equações 4.31 e I L j R V + = ω V C j G I + = ω 4.32

41 Capíulo 4 Linhas de Transmissão 37 Subsiuindo 4.29 em 4.32 e 4.30 em 4.31 resula-se nas seguines expressões diferenciais. 2 2 C V j G L j R V ω ω + + = I C j G L j R I ω ω + + = 4.34 As Equações 4.33 e 4.34 expressam o comporameno do circuio em ermos de ensão e correne de forma separada. A Equação 4.35 mosra a solução para a equação r i e V V e V.. γ γ + = 4.35 Onde γ é a consae de propagação e dada pela Equação Verifica-se que γ é complexa e, porano pode ser dividida em consane de aenuação α e fase β. β α γ j + = 4.36 Uiliando 4.36 em 4.35 obém-se a seguine expressão. j r j i e e V e V e V.... β α β α + = 4.37 Para faciliar a análise da equação da ensão recupera-se a dependência emporal em Para al aplica-se 4.37 em 4.26 para ober a Equação cos cos } { } {, V e V e e e V e e e V e e V V r i j r j i j β ω β ω α α ω β α ω β α ω + + = + R = =R 4.38 Analisando a equação 4.38, verifica-se a presença de duas ondas uma associada a exponencial negaiva com ampliude V i, que é a ensão incidene na linha e oura associada a exponencial posiiva, que se raa da ensão refleida por qualquer desconinuidade de impedância. Se a ensão refleida for nula, enão a resulane é a ensão que se propaga pelo cabo, como mosra a Equação cos,. V e V i β ω α = 4.39 A exponencial negaiva vai endo uma ampliude cada ve menor à medida que aumena. Esa parcela é responsável pela aenuação do sinal ao rafegar por uma linha de ransmissão. A exponencial imaginaria não inrodu qualquer variação na ampliude da ensão sendo apenas responsável pela variação da fase. A Figura 4.2 mosra a aenuação de um sinal senoidal ao se propagar por uma linha com diferenes consanes de aenuação, no enano, para ese exemplo a ensão refleida é nula.

42 Capíulo 4 Linhas de Transmissão 38 Figura 4.2 Evolução da ampliude da onda incidene ao longo da linha [7]. A Figura 4.3 exibe um sinal senoidal com consane de aenuação e fase iguais a um e para ese caso a ensão refleida é mosrada. Figura Evolução da ampliude de uma onda incidene e refleida ao longo da linha Para melhorar a visualiação do sinal refleido na Figura 4.3 os sinais incidenes e refleidos são calculados e mosrados separadamene. Foi adoado como endo uma resisência infinia na carga, isso resula na reflexão oal do sinal. Conhecendo a impedância caracerísica da linha e a ensão ao longo da linha, a correne pode ser deerminada pelo principio fundamenal da correne I = V/R, a Equação 4.40 mosra esa relação. I = V e i e + V e Z α. jβ. α. jβ. r o e 4.40

43 Capíulo 4 Linhas de Transmissão 39 A impedância é independene da posição da linha e é calculada apenas em função dos parâmeros disribuídos, ou seja, depende unicamene das condições físicas da linha de ransmissão e do ipo de maerial uiliado na fabricação do cabo. Por ese moivo esa impedância é denominada impedância caracerísica da linha [7]. 4.4 Considerações finais O esudo desa seção possibilia a obenção de um modelo maemáico para conhecer com anecipação o comporameno de um sinal ransmiido em um cabo. Também é necessário conhecer as caracerísicas eléricas para projear as condições de recepção e ransmissão do equipameno, com base no modelo elérico é monado um modelo de simulação para eses e configuração.

44 Capíulo 5 Reflecomeria no Domínio do Tempo 40 CAPÍTULO 5 5 REFLECTOMETRIA NO DOMÍNIO DO TEMPO 5.1 Inrodução Reflecomeria no Domínio do Tempo do inglês Time Domain Reflecomery TDR é uma imporane écnica baseada nas eorias de reflexão ópicas e usada para idenificar e diagnosicar sisemas de ransmissão, principalmene sisemas digiais de ala velocidade. Sua uiliação se esende dese eses em sisemas de ransmissão ópicos a sisemas de ransmissão baseados em conduores meálicos, esa seção descreverá as eorias aplicadas na fundamenação eórica do TDR. 5.2 Propagação de uma onda eleromagnéica OEM em um conduor A velocidade de propagação de uma OEM num cabo conduor é menor que à velocidade da lu no vácuo e é relacionada com a sua permeabilidade magnéica µ e com a consane dielérica ε do isolane que separa os dois conduores. Eses dois parâmeros definem o índice de refração n do meio de propagação, dado pela Equação 5.1: n = c εµ = ε µ r r ε é a permissividade dielérica no vácuo pf / m e µ 0 é a 7 permeabilidade magnéica no vácuo 4π 10 H / m. ε r é a permissividade dielérica relaiva e µ r é a permeabilidade magnéica relaiva do conduor. ε é a permissividade dielérica, sendo ε = ε 0ε r. µ é a permeabilidade magnéica do conduor, sendo µ = µ 0µ r. c é a velocidade da lu no vácuo m / s. A velocidade de propagação da OEM por sua ve é relacionada com o índice de refração do meio pela seguine expressão: v= 1 = εµ c ε µ r r = c n 5.2

45 Capíulo 5 Reflecomeria no Domínio do Tempo 41 v velocidade de propagação. Com a velocidade de propagação pode-se deerminar o comprimeno do cabo elérico aplicando-se em uma das exremidades um pulso de ensão e medindo-se o empo de propagação aé o pulso aingir a oura exremidade. Para se er precisão nessa medida o pulso aplicado deve er empo de duração inferior ao empo de propagação da OEM no cabo. O comprimeno do cabo é obido usando a Equação 5.3. = v p 5.3 p é o empo de propagação medido. O TDR baseia-se na reflexão do sinal emiido que reorna a fone, sendo o empo de propagação duas vees maior que p, porano r = 2p. Para ober o comprimeno do cabo subsiui-se p da Equação 5.3 por r /2. r = v Oura forma de analisar as caracerísicas de propagação da OEM é com base nos parâmeros disribuídos da linha que são relacionados pela Equação 4.9. Seu cálculo resula em uma consane de aenuação α e uma consane de fase β. A velocidade pela qual a ensão viaja pela linha pode ser definida em função de β, como mosra a Equação 5.5. ω v = u. c. / s 5.5 β Para alas freqüências o cálculo da consane de fase é mosrado pela Equação 4.15, subsiuindo a Equação 5.5 pela Equação 4.15, obém-se a seguine expressão. / ω 1 v = = u. c. / s 5.6 / ω LC LC A Equação 5.6 mosra o cálculo da velocidade de propagação em função apenas do produo da induância com a capaciância. 5.3 Casameno de impedância Uma fone ideal com impedância Z F, que possui uma pare real R F e uma pare imaginaria X F, quando acoplado a uma carga com impedância Z L, a máxima ransferência de poência ocorre quando Z L é o complexo conjugado de Z F, como mosra a Equação 5.8. R F + jx = R jx 5.8 F L L A Figura 5.1 mosra o casameno de impedância enre carga e fone.

46 Capíulo 5 Reflecomeria no Domínio do Tempo 42 Figura 5.2 Igualdade de impedância enre fone e carga [5]. Se as pares reaivas X F e X L forem ambas capaciivas ou induivas, elas se cancelam e a correne e ensão esão em fase com a fone [5]. Segundo [5], em alas freqüências a reaância relaiva às capaciâncias e induâncias orna-se equivalenes as resisências da fone e da carga, isso dificula o acoplameno enre fone e carga e é necessária a compensação de ambas para um correo acoplameno enre fone e carga. A Figura 5.3 mosra o gráfico da impedância caracerísica do cabo em função do aumeno da freqüência. Verifica-se uma esabilidade em 100 Ω quando a freqüência se aproxima de 1 MH. Figura 5.3 Impedância em função da freqüência. Para máxima ransferência de poência enre fone e carga as impedâncias Z F, Z o e Z L precisão esar devidamene casadas. 5.4 Reflexão de sinais Um sinal é refleido quando enconra qualquer diferença de impedância no seu caminho, caso a carga não eseja compleamene casada com a impedância do cabo, pare do sinal emiido é refleido de vola a fone. Se as impedâncias esiverem devidamene acopladas, enão oda a poência emiida é absorvida.

47 Capíulo 5 Reflecomeria no Domínio do Tempo 43 Supondo que Z o Z L, ao sair da fone, o sinal se propaga pelo cabo aé à carga onde sofre uma reflexão e pare dele reorna à fone. O empo enre a emissão do sinal e o reorno da reflexão r é o dobro do empo de propagação do sinal pelo cabo, como mosra a Figura 5.4. Figura 5.4 Reflexão do sinal emiido [5]. O sinal refleido em a mesma forma e fase do sinal original. Sendo que sua ampliude depende da diferença enre as impedâncias da carga e do cabo. Um coeficiene de reflexão Г L pode ser calculado para expressar a relação enre a ampliude do sinal refleido e o sinal emiido, como mosra a Equação 5.9. O coeficiene de reflexão é calculado a parir das impedâncias do cabo Z o e da carga Z L pela expressão 5.9. V Z Z ref L 0 Γ L = = 5.9 Vinc Z L + Z 0 O coeficiene de reflexão Γ L pode ser complexo ou não, depende de Z L, uma ve que a impedância caracerísica da linha é real. Com base na Equação 5.9, pode-se inferir que o coeficiene de reflexão varia de -1 Z L = 0, curo-circuio à +1 Z L =, circuio abero. Se a impedância da carga for menor que a do cabo, o sinal refleido em polaridade negaiva, do conrario o sinal refleido é posiivo, se as impedâncias da carga e do cabo esiverem casadas Z L = Z o o coeficiene de reflexão é igual à ero. A Figura 5.5 mosra a variação do coeficiene de reflexão em função do aumeno da impedância da carga, para uma impedância do cabo igual a 100 ohms. Figura 5.5 Variação do coeficiene de reflexão em função da impedância da carga.

48 Capíulo 5 Reflecomeria no Domínio do Tempo 44 Havendo descasameno de impedância, a poência do sinal refleido reorna a fone, podendo em alguns casos ser suficiene para danificar seu eságio de saída. A Figura 5.6 mosra a relação da resisência da carga com o sinal refleido. Figura 5.6 Relação da resisência da carga com o sinal refleido [16]. Segundo [5], alerações na geomeria do cabo ais como emendas, conexões mal feias, conecores inadequados, dobras acenuadas aleram localmene sua impedância e provocam reflexões. Dessa forma é imporane que sejam uiliados cabos sem emenda e conecores com impedância caracerísica igual à do próprio cabo. 5.5 Considerações finais A eoria de reflexão de sinais é amplamene usada no diagnósico de linhas de ransmissão, aravés da observação do coeficiene de reflexão várias conclusões podem ser obidas, como por exemplo, a exisência de um curo ou uma rupura no cabo e a possibilidade de localiar o pono onde esá o problema. Para realiar a análise do sinal refleido é necessário anes er um casameno de impedância enre a fone e a linha, do conrário reflexões ocorrem na enrada do cabo, disorcendo os resulados.

49 Capíulo 6 Definição do Hardware 45 CAPÍTULO 6 6 DEFINIÇÃO DO HARDWARE 6.1 Inrodução Ese capíulo apresena a definição dealhada do hardware usado na implemenação do analisador. A princípio é mosrada a meodologia de rabalho, que é usada como base para definição dos diagramas de blocos do mesre e escravo. Em seguida cada bloco é dealhado e definido as suas caracerísicas eléricas. 6.2 Meodologia de Trabalho A redução de cuso se fundamena na consrução de um equipameno com a base de processameno em baixa velocidade e as esruuras referenes aos eses de ala velocidade com componenes que a suporem, a filosofia se resume em dividir o processo em grupos com velocidades diferenes, possibiliando a definição individual de cada componene. O analisador proposo opera no modo mesre/escravo, sendo o mesre responsável pela configuração, gerenciameno e análise dos eses. O escravo realia rês eses e ransmie os resulados ao Mesre. 6.3 Definição do diagrama de blocos do ACR Mesre O analisador apresena um número grande de funções a ser realiadas, para reduir a complexidade no processo de projeo, o mesmo esá dividido em blocos, cada um responsável por realiar um conjuno de eses dos de pré-esabelecidos. Dessa forma cada bloco pode ser raado individualmene e poseriormene raa-se do relacionameno enre eles. A Figura 6.1 mosra o diagrama de blocos do ACR Mesre, para faciliar sua descrição o mesmo foi dividido em quaro blocos maiores, sendo esses: conrole, ransmissão, amosragem e TDR.

50 Capíulo 6 Definição do Hardware 46 Figura 6.1 Diagrama de blocos do ACR Mesre Bloco de Conrole O bloco de conrole é composo pelo microconrolador, display, eclado, ransceiver e conrole de erra. Sendo o microconrolador responsável por gerenciar odos os ouros blocos durane o processo de ese e processar os dados obidos. O display é usado para exibir os resulados ao usuário que pode ineragir aravés do eclado Display e Teclado O eclado é composo por cinco eclas, back, ener, nex, up e down. As eclas esão ligadas ao microconrolador e resisores de pull-down são usados para maner nível lógico ero, quando nenhuma ecla esiver pressionada, como mosra a Figura 6.2. Figura 6.2 Definição do eclado.

51 Capíulo 6 Definição do Hardware 47 O display LCD de 20x4 e o ransceiver usam as mesmas poras de enrada e saída do microconrolador. Como o display usa apenas a operação de escria, suas poras esão sempre configuradas como enrada, e não inerfere na comunicação com o ransceiver que pode enrar em esado de ala impedância, liberando as poras para o display Conrole de Terra e Transceiver Para que ambos os equipamenos, mesre e escravo, se comuniquem é necessário que eles esejam na mesma referencia de erra, no enano, odos os fios devem ser esados. Usar um fio como erra gera um pono de falha, se ese fio esiver rompido os equipamenos perdem a referência. Para eviar a uiliação de um fio como referência fixa, foi adicionado um conrole de erra, que raa-se de uma chave analógica de 8 bis que é conrolada pelo microconrolador, possibiliando a escolha dinâmica do erra. A Figura 6.3 mosra em dealhes o conrole de erra e suas ligações. Figura 6.3 Circuio envolvendo o conrole de erra e o ransceiver. O ransceiver mosrado na Figura 6.3, em a função de isolar o microconrolador do cabo em ese. O componene usado é o 74HC245, que consise em um ri-sae bidirecional Microconrolador O microconrolador é o cenro de processameno e gerenciameno dos eses, sua função se esende dese a configuração das poras de enrada e saída aos cálculos realiados com os dados adquiridos nos eses. O componene usado é o PIC18F6550 da microchip de 8 bis Bloco de Transmissão O bloco de ransmissão usa o sinal digial proveniene de um gerador de onda quadrada ajusável, para gerar dois sinais diferenciais com ampliude de +/- 1 Vols e frequência

52 Capíulo 6 Definição do Hardware 48 variando enre 1 e 250 MH, em seguida a DEMUXB seleciona o par a ser ransmiido conforme a necessidade do ese. A Figura 6.4 mosra o dealhameno do circuio do bloco de ransmissão. Figura 6.4 Dealhameno do bloco ransmissor. Juno ao bloco de ransmissão foi inserido um modelo de cabo baseado nas eorias esudadas no capíulo 4, esse modelo permie simular o circuio de ransmissão de forma a ober resulados mais próximos da realidade Bloco de Amosragem Com o sinal inserido no par, o bloco de amosragem aravés da MUXA seleciona um par de fios conforme o ipo de ese sendo realiado, e em seguida o sinal é muliplicado por uma consane e reificado. Se o sinal ransmiido aenuar, o mesmo ocorre com o sinal amosrado, manendo a mesma proporção. Um capacior é usado para idenificar a ensão de pico e maner uma ensão conínua na enrada do conversor analógico/digial de 16 bis. A Figura 6.5 mosra o processo de amosragem. Figura 6.5 Dealhameno do bloco de amosragem.

53 Capíulo 6 Definição do Hardware Comparador Analisando a Equação 4.37, observa-se que a mesma é composa por duas pares, uma represenando a ensão incidene, e a oura a ensão refleida. A Figura 6.6 mosra esses dois sinais, o incidene e o refleido, que esão ploados separadamene. O segundo gráfico represena a soma desses dois sinais. Figura 6.6 Comparação enre sinal incidene e refleido. Sendo o sinal presene na linha formado pela soma enre o sinal incidene e o refleido, para se ober o refleido, é necessário subrair o sinal presene na linha do incidene, como mosra o erceiro gráfico da Figura 6.6, onde o resulado da subração é o sinal refleido. O comparador baseia-se nessa eoria para calcular a perca de reorno. O sinal recebido é comparado com uma referência sinal incidene, a mesma usada para gerar os sinais diferenciais. Se uma reflexão ocorrer, o valor da subração enre o sinal recebido e a referencia deve ser diferene de ero. Um capacior é usado para idenificar a ensão de pico e um conversor analógico/digial de 16 bis é usado para amosrar o resulado da comparação, como mosra a Figura Bloco TDR O bloco TDR em a função de gerar um pulso de cura duração que é inserido no cabo em ese, esse mesmo pulso enra no idenificador que aiva os conadores. Com base na eoria esudada no capíulo 5, quando um pulso enconra uma desconinuidade de impedância ele é refleido. O pulso refleido vola ao bloco TDR que é capurado pelo idenificador e analisado.

54 Capíulo 6 Definição do Hardware Gerador de Pulso A Figura 6.7 mosra o dealhameno do bloco gerador de pulso, para ano é usado um flip-flop do ipo D, que em a saída inverida ligada ao seu próprio rese, possibiliando a geração de um pulso de duração igual ao empo de propagação pd especificado pelo fabricane, porano a definição do amanho do pulso é baseada na ecnologia do componene. Figura 6.7 Dealhameno do circuio do gerador de pulso. Segundo o padrão TIA/EIA-568B, o comprimeno mínimo especificado para um cabo UTP é de um mero, e sendo 68% a velocidade nominal de propagação, pode-se calcular o empo que um sinal gasa para percorrer um mero de cabo, esse empo é de aproximadamene 4,9 ns, porano o gerador de pulso deve ser capa de fornecer um pulso com comprimeno de duas vees ese valor, pois se leva em consideração o empo de ida e reorno do pulso. Com o pulso gerado e inserido na linha, o mesre precisa receber o sinal refleido e analisá-lo. Para faer a capura dese pulso seria necessário a implemenação de um sisema de conversão analógico/digial de ala capacidade de amosragem, o que elevaria o cuso do equipameno. Para não necessiar de um conversor de ala capacidade o circuio mosrado na Figura 6.8 é usado para capurar o pulso refleido e classificá-lo. Figura 6.8 Dealhameno do circuio do idenificador.

55 Capíulo 6 Definição do Hardware 51 O objeivo do idenificador é receber o sinal proveniene do gerador de pulso, anes de ser inserido no cabo e iniciar os conadores aravés do sinal ENDCONT. O pulso refleido ambém enra no idenificador bloqueando os conadores, porano, o idenificador mede o inervalo de empo enre a emissão do pulso e sua recepção. O idenificador gera dois sinais, que represenam se o pulso refleido em polaridade posiiva, sinal de abero, ou polaridade negaiva, sinal de curo. Dois flip-flop do ipo D são usados para armaenar o pulso, possibiliando que o microconrolador recupere esses sinais em baixa velocidade Conadores Os conadores êm a função de medir o empo decorrido da emissão do pulso a sua recepção, o sinal do gerador ajusável é usado como referência, quano maior a freqüência maior é a precisão. Por exemplo, para uma freqüência de 800 MH com período T = 1.25 ns e 4,9 ns o empo de propagação p para um mero de cabo, em-se uma precisão de 25,5 cm na medida do comprimeno do cabo, como mosra a Equação 6.1. T x= 100 [ cm] 6.1 p Para melhorar a resolução sem aumenar o cuso de implemenação, dois conadores de 16 bis de ala freqüência são monados em paralelo. A Figura 6.9 mosra o diagrama de empo dos conadores em paralelo. Figura 6.9 Diagrama de empo dos conadores de 16 bis em paralelo. As variáveis C1 e C2 indicam respecivamene os conadores 1 e 2 de 16 bis, como mosra a Figura 6.8 o conador C1 é incremenado na ransição posiiva do relógio e o conador C2 na ransição negaiva. Observa-se que o inervalo enre um conador e ouro é igual à meade do período T/2. Cada conador é incremenado em um inervalo de período T, mas a soma de ambos os conadores resula em um valor que possui a meade do período. Porano para o mesmo sinal de 800 MH aplicado a esse conador er-se-ia uma precisão de 12,75 cm.

56 Capíulo 6 Definição do Hardware 52 A aplicação desa écnica resula em um ganho de 50% na precisão da medida do cabo sem a necessidade de aumenar a freqüência do relógio. A Figura 6.10 mosra o dealhameno dos conadores de 16 bis em paralelo. Figura 6.10 Dealhameno dos conadores de 16 bis em paralelo. 6.4 Definição do diagrama de blocos do ACR Escravo O diagrama de bloco do escravo esá dividido em duas pares, conrole e amosrador, como mosra a Figura O bloco de conrole é composo pelo microconrolador, Transceiver, conrole de erra e conrole de acoplameno, sendo o ulimo responsável pelo acoplameno da impedância do cabo com o recepor. O bloco de amosragem é semelhane ao do mesre, com uma diferença, ele não em o comparador. Figura 6.11 Diagrama de blocos do escravo.

57 Capíulo 6 Definição do Hardware Conrole de Acoplameno Segundo a eoria esudada no capíulo 5, as impedâncias do cabo e da carga devem esar devidamene acopladas para não haver reflexões. Para execuar os eses de perca por inserção, NEXT, ELFEXT e perca de reorno, as impedâncias devem esar acopladas. A Figura 6.12 mosra o acoplameno enre cabo e carga de forma a não gerar reflexões. Figura 6.12 Acoplameno enre cabo UTP e carga. Se as impedâncias esiverem casadas, não haverá reflexão e o TDR não será capa de realiar o ese de araso de propagação, que é a base para o cálculo do comprimeno do cabo e do desvio de araso. Por esse moivo, foi implemenado um conrole de acoplameno que raa de uma chave analógica em série com resisores. Desse modo o microconrolador pode conrolar o acoplameno da carga em relação ao cabo, dependendo do ipo de ese. A figura 6.13 mosra em dealhes o circuio usado para conrolar o acoplameno enre cabo e carga. Figura 6.13 Dealhameno do circuio de conrole de acoplameno.

58 Capíulo 6 Definição do Hardware 54 Quando o TDR é usado as chaves são aberas, faendo com que a carga fique em ala impedância, refleindo o pulso incidene. Sendo 7 Ω a resisência quando a chave esá fechada R on e a impedância caracerísica do cabo é 100 Ω, é necessário adicionar 93 Ω para que ambas as impedâncias esejam casadas. 6.5 Considerações finais Ao ermino da descrição de odos os blocos, fa-se necessário à definição de como os blocos vão se ineragir, muios deles não faem conado com ouros, apenas o bloco de conrole em comunicação com odos os ouros. Com os blocos inerligados o sofware do microconrolador poderá realiar suas arefas de gerenciameno.

59 Capíulo 7 Definição do Sofware 55 CAPÍTULO 7 7 DEFINIÇÃO DO SOFTWARE 7.1 Inrodução Ese capíulo apresena o desenvolvimeno do sofware responsável pelo conrole das funcionalidades dos equipamenos. A principio é apresenado o fluxograma resumido do sofware que objeiva a visualiação do processo compleo de ese, em seguida é definido o proocolo de comunicação que descreve as regras e pacoes usados na comunicação enre mesre e escravo. O subiem 7.4 exibe o fluxograma geral dos dois sisemas em paralelo, após é definido as direries do processo inicial e exibição dos resulados. 7.2 Fluxograma Resumido do Sofware O fluxograma geral do sofware mosrado na Figura 7.1, esboça o procedimeno compleo a ser execuado pelo analisador. Os blocos desacados pela linha racejada são os eses que o escravo realia e ransmie os resulados para o mesre, para ano é implemenado um proocolo desinado a comunicação enre os dois equipamenos. Figura 7.1 Fluxograma resumido do sofware.

60 Capíulo 7 Definição do Sofware 56 O fluxograma mosrado na Figura 7.1 pode ser dividido em rês pares, sendo a primeira responsável por garanir a inegridade do cabo, a segunda consise na realiação dos eses e a erceira em exibir os resulados obidos. 7.3 Proocolo de Comunicação Durane o processo de analise, os equipamenos necessiam se comunicar. A comunicação é feio sob o cabo em ese. O proocolo de comunicação descreve odos os criérios lógicos necessários para haver a comunicação e os pacoes usados, sendo eses, conrole, dados e aviso. A Tabela 7.1 mosra os ipos de proocolos de comunicação Pacoe de Conrole Tabela 7.1 Tipos de proocolo de comunicação. TP Valor Descrição Conrole 01 Pacoe do ipo Conrole Dados 10 Pacoe do ipo Dados Aviso 11 Pacoe de avisos A comunicação de conrole é feia pelo ACR escravo, que solicia funcionalidades ao mesre, a Tabela 7.2 mosra a composição do pacoe de conrole. Tabela 7.2 Pacoe de conrole. TP CO Par n 2bis 5bis 3bis O escravo usa o pacoe de conrole para soliciar ao mesre que o mesmo insira uma deerminada frequência em um par de fios, para avisar sobre um pedido de rese ou para soliciar o ipo de ese a ser execuado. A Tabela 7.3 mosra o valor de cada código de operação e sua descrição. Tabela 7.3 Códigos de operação CO e seus respecivos valores. Decimal Binário Descrição Aiva oscilador de 1 MH no pino n Aiva oscilador de 4 MH no pino n Aiva oscilador de 8 MH no pino n Aiva oscilador de 10 MH no pino n Aiva oscilador de 16 MH no pino n Aiva oscilador de 20 MH no pino n Aiva oscilador de 25 MH no pino n Aiva oscilador de MH no pino n Aiva oscilador de 62.5 MH no pino n Aiva oscilador de 100 MH no pino n Aiva oscilador de 125 MH no pino n Aiva oscilador de 155 MH no pino n Aiva oscilador de 200 MH no pino n

61 Capíulo 7 Definição do Sofware 57 Decimal Binário Descrição Aiva oscilador de 225 MH no pino n Aiva oscilador de 250 MH no pino n Reinicia ACR escravo Reransmie úlimo pacoe de dados Processo concluído Soliciação do Tipo de ese Tipo 1 10BaseT Tipo 2 100BaseT Tipo BaseT O escravo pode deerminar ambém em qual par de fios o sinal deve ser inserido, para ano, ele envia juno ao código de operação o valor do par de fios. A Tabela 7.4 mosra os valores para cada par de fios. Tabela 7.4 Valores para cada par de fios do RJ-45. Par n Valor Descrição Pinos 1,2 RJ Pinos 3,6 RJ Pinos 4,5 RJ Pinos 7,8 RJ-45 A Tabela 7.5 mosra um exemplo de uiliação do pacoe de conrole. Para ese exemplo o escravo solicia ao mesre que aive o oscilador a 155 MH no par Pacoe de Dados Tabela 7.5 Exemplo de envio de pacoe de conrole. TP CO Par n O pacoe de dados é usado pelo ACR escravo para enviar os resulados dos eses realiados por ele, a Tabela 7.6 mosra o pacoe de dados. Tabela 7.6 Pacoe de Dados. TP Tipo de Tese Freqüência Dados 2bis 2bis 4bis 16bis O ACR escravo realia rês eses, perda por inserção, ELFEXT e PSELFEXT. Para que o ACR mesre idenifique o ipo de ese que corresponde ao resulado enviado, foi inserido no pacoe de dados um código conendo o ipo de ese. A Tabela 7.7 exibe os valores de cada ipo de ese. Tabela 7.7 Tipo de Tese e seus valores. Tipo de Tese Valor Descrição Perda por inserção 01 Aenuação ELFEXT 10 Crossalk disane PSELFEXT 11 Crossalk disane por soma de poência

62 Capíulo 7 Definição do Sofware 58 Os eses são realiados para um conjuno de frequência pré definidos, esses valores foram codificados para serem ransmiidos juno com seus resulados. A Tabela 7.8 mosra as freqüências usadas nos eses e seus respecivos valores em binário Pacoe de Aviso Tabela 7.8 Freqüências usadas nos eses e seus códigos em binário. Freqüência MH Valor O pacoe de aviso é responsável por maner a consisência na ransmissão. Ao receber um pacoe de dados ou conrole o desino envia um pacoe de aviso informando o recebimeno correo ou com falha do ulimo pacoe recebido. A origem coninua a ransmissão se somene receber um aviso confirmando a enrega do pacoe, se a origem não receber a confirmação num inervalo de empo ela reransmie o pacoe e aguarda novamene um pacoe de aviso. Após rês enaivas a origem para a ransmissão e reinicia o processo, o desino após um deerminado empo ambém reinicia o sisema. A Tabela Tabela 7.9 Pacoe de Aviso. TP 2bis Tipo aviso 2bis Há rês ipos de avisos possíveis de ser relaado pela origem, a Tabela 7.10 mosra os ipo de avisos e suas descrições. Tabela 7.10 Tipos de avisos e seus códigos binários. Tipo de aviso Valor Descrição Pacoe desconhecido 01 Pacoe não idenificado Pacoe recebido 10 Pacoe recebido com sucesso Falha 11 Falha na enrega do pacoe

63 Capíulo 7 Definição do Sofware Fluxograma Geral do sofware Os equipamenos mesre e escravo dependem um do ouro para execuar os eses, por ese moivo, eles necessiam esar sincroniado. O fluxograma da Figura 7.2 exibe de maneira paralela o funcionameno do sofware de ambos. Inicio Aguarda Conexão Mesre Inegridade Solicia roca de Fase Inicio Escravo Sim Fase 1 Resposa? Fase 2 Inicio Sim Falha? Não Mapa de Fios Avisa Escravo Verifica Tipo de Tese Não Solicia Tipo de Tese Sim Resposa? Não Teses Escravo Recebe Pacoes Sim Conrole? Não Dados? Não Aviso? Sim Sim Execua Armaena Verifica Aviso Sim Recebendo? Não Solicia Frequência Freq f, Par n Tesa Aenuação Freq f, Par n Tesa ELFEXT Freq f, Par x Sim Sim n <= 4? n++ Não x <= 4? x++ Não Calcula PSELFEXT f++ Sim f <= qdf? Não Transmie Dados Ajusa Gerador Freq f f++ Sim F <= qdf? Não Acopla Resisência Posiciona Chave Par n Sim Não n <= 4? Aguarda Sim x <= 4? Não n++ Abre odas as chaves Teses Mesre Tesa NEXT Freq f, Par x Dispara TDR Par n Tempo de Propagação x++ Sim n++ n <= 4? Não Aguarda Ajusa Gerador Freq f Calcula Desvio de Araso Tesa Perca de Reorno Par n Sim f <= qdf? Não Sim n++ n <= 4? Não f++ Exibe Resulados Figura 7.2 Fluxograma geral dos sofwares do mesre e escravo. O processo inicial consise no escravo gerar uma sequência de pulsos que são recebidos pelo mesre e usados para garanir a inegridade do cabo. Esse processo esá dividido em duas

64 Capíulo 7 Definição do Sofware 60 fases, a primeira é usada para realiar o ese de inegridade do cabo e localiar possíveis ponos de rupura e curo circuio. A segunda é usada para geração do mapa de fios. Os eses do escravo são realiados após a confirmação da inegridade do cabo, nesse momeno o escravo necessia se comunicar com o mesre, para ano ele usa o proocolo de comunicação. O escravo realia os eses e ransmie os resulados ao mesre, em seguida o mesre realia os eses resanes e exibe os resulados. 7.5 Processo Inicial Quando o escravo inicia seu sisema ele gera uma sequência de pulsos com duração de 1 milissegundo nos pinos do conecor RJ-45, como mosra a Figura 7.3. Se o mesre receber odos os sinais, ele garane a coninuidade dos fios no cabo, caso dois sinais esejam presenes ao mesmo empo em dois pinos disinos, ele conclui a exisência de um curo circuio. Se após um ciclo de verificação um dos pinos não receber um pulso, esse pino é classificado como abero. Para ambos os casos o TDR é acionado para deerminar a disância aé o problema e cerificar o ipo de falha. 1ms 200us 1ms 200us 1ms 200us 1ms 200us 1ms 200us 1ms 200us 1ms 200us 1ms P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 Figura 7.3 Diagrama de empo da fase 1 no processo inicial do escravo. O inervalo de 200 microssegundos enre um pulso e ouro é usado para que o mesre se comunique com o escravo e solicie a roca de fase no processo inicial, indicando o ermino da averiguação da inegridade do cabo. Após o escravo receber a soliciação de roca de fase, ele inicia uma nova geração de pulsos, como mosra a Figura 7.4. Para cada pino é gerado uma quanidade diferene de pulsos em um inervalo de 1 milissegundo que simbolia o valor do pino no conecor RJ-45 do escravo. O mesre recebe esses pulsos no seu conecor RJ-45, a qual ele conhece os pinos e cona denro de um inervalo de 1 milissegundo a quanidade de pulsos recebidos. Essa

65 Capíulo 7 Definição do Sofware 61 quanidade de pulsos é referene ao pino onde esse sinal foi inserido. De posse desse valor o mesre é capa de deerminar as conexões nas duas exremidades do cabo e gerar o mapa de fios. Figura 7.4 Diagrama de empo da fase 2 no processo inicial do escravo. Da mesma maneira que na fase 1 o inervalo de 200 microssegundos é usado para que o mesre comunique ao escravo que o ese esá concluído e passe para os próximos eses. 7.6 Cálculo dos Resulados Os dados amosrados precisão ser converidos em ensão. A Equação 7.1 é usada para ransformar a enrada de 16 bis do conversor ADC em um valor em pono fluuane represenando a ensão amosrada. V m n m 0 s b = = = b m 2 n 2 1 m 1 V ref 7.1 Sendo b m o bi na posição m e n a capacidade binária máxima do conversor ADC, no caso 16 bis. A precisão V min da amosra é definida pela Equação 7.2, sendo a ensão de referência definida em 5 vols, a precisão é de aproximadamene 76.3 micro vols. = V V ref min n Cálculo da Perda por Inserção e ELFEXT Para o cálculo da ELFEXT um sinal é inserido em um dos quaro pares e são amosrados os ouros rês pares adjacenes na oura exremidade, esse processo se repee aé odos os pares serem poradores do sinal. Os resulados são armaenados em uma abela como mosra a Tabela As linhas da abela represenam os pares poradores do sinal, e as

66 Capíulo 7 Definição do Sofware 62 colunas represenam os valores amosrados dos ouros pares adjacenes. Cada par é amosrado de vees e seleciona-se o maior valor, garanindo a ensão de pico do sinal. Tabela 7.11 Armaenameno dos dados amosrados para perda por inserção e ELFEXT. Par Par Par Par 1j 2j 3j 4j Par A x x x i1 Par x A x x i2 Par x x A x i3 Par x x x A i4 A perda por inserção é medida na exremidade disane do par porador do sinal. A diagonal principal da Tabela 7.11 represena as perdas por inserção amosradas em odos os pares. O resulado final é obido enconrando o menor valor conido na diagonal principal. A NEXT ou a ELFEXT é deerminada enconrando-se o maior valor conido na abela, desconsiderando a diagonal principal, esse valor represena o pior caso. Para cada frequência de ese uma abela é gerada e um valor de perda por inserção, NEXT e ELFEXT calculado Cálculo da Perda de Reorno e NEXT O processo de analise da NEXT é semelhane ao da ELFEXT, no enano, os pares amosrados esão na mesma exremidade que o par porador do sinal. A diferença enre a Tabela 7.11 e a 7.12 esá na diagonal principal, que aneriormene coninha os valores da perda por inserção e agora é composa pela perda de reorno, simboliada pela lera R. A abela 7.12 mosra o modelo de armaenameno dos dados coleados para NEXT e perda de reorno. Tabela 7.12 Armaenameno dos dados amosrados para perda de reorno e NEXT. Par Par Par Par 1j 2j 3j 4j Par R x x x i1 Par x R x x i2 Par x x R x i3 Par x x x R i4 O resulado da perda de reorno é obido enconrando-se o maior valor conido na diagonal principal da Tabela O resulado da NEXT é o maior valor enconrado na abela, desconsiderando a diagonal principal.

67 Capíulo 7 Definição do Sofware Cálculo da PSNEXT e PSELFEXT A PSNEXT e PSELFEXT não são uma medida, mas sim uma soma de poência da NEXT ou ELFEXT sobre um mesmo par, para ano as Tabelas 7.11 e 7.12 são usadas, a diferença é que suas diagonais principais são eradas. Observando as Tabelas 7.11 e 7.12, verifica-se que a soma de uma coluna represena o efeio acumulado dos ouros pares no par que represena a coluna, como demonsra a Figura 7.5. Par Par Par Par 1j 2j 3j 4j Par i1 Par i2 Par i3 Par i4 0 x x x x 0 x x x x 0 x x x x 0 Figura 7.5 Represenação da soma de poência sobre um par. Para não haver a necessidade de se calcular a PSNEXT ou PSELFEXT para odos os pares e depois definir o pior caso, primeiro se aplica a Equação 7.3, que reorna o índice da coluna com pior caso. Poseriormene aplica-se a Equação 7.4 com o valor enconrado pela Equação 7.3. = U 4 4 j Max Par i j 7.3 j= 1 i= PSNEXT PSELFEXT = [ V Par ] Ajuse dos Resulados j i= 1 s i j Os resulados exibidos ao usuário é uma comparação enre a ampliude do sinal amosrado V s e a do inserido no cabo V i, seu valor é expresso em decibéis. Para ese cálculo, usa-se a Equação 7.5. V s res= 20 log db V 7.5 i O resulado da Equação 7.5 esá em pono fluuane e precisa ser ajusado para poder ser exibido no display. Para isso, divide-se o resulado em dois, uma com a pare ineira e oura com a fracionária. Em seguida aplica-se um algorimo de ajuse decimal, que consise em

68 Capíulo 7 Definição do Sofware 64 separar o valor ineiro em casas decimais individuas. No final o valor é ransformado em ASCII e exibido no display. Os resulados de araso de propagação e desvio de araso são exibidos em nanossegundos, e o resulado do comprimeno do cabo em meros. 7.8 Exibição dos Resulados Inicialmene o display apresena uma inrodução, em seguida se nenhum cabo esiver conecado ele mosra a mensagem Sem Conexão, como mosra a Figura 7.6. Com o cabo conecado em ambas as exremidades, o sisema perguna ao usuário o ipo de ese a ser execuado, e após sua execução mosra um menu geral com odos os eses. Figura 7.6 Diagrama do coneúdo de exibição do display durane processo de ese. O mapa de fios mosra as conexões em ambas às exremidades do cabo, sendo que do lado esquerdo esá os pinos referenes ao mesre e do direio ao escravo, como mosra a Figura 7.7a, o raço - enre os dois números represena que os pinos esão conecados correamene. A Figura 7.7b exibe um caso onde os pinos 2 e 6 esão rompidos, o símbolo uiliado é o, para ese caso o sisema já localiou a disância aé a rupura e exibe logo à frene do pino, sua unidade é meros. A Figura 7.7c exibe o caso de um curo circuio, represenado pelo símbolo x, enre os pinos 1, 2 e 3, ambém para ese caso a disância aé o curo circuio é mosrado em meros e a frene dos pinos. Mapa de Fios Mapa de Fios Mapa de Fios Mapa de Fios :23,4 m :42,3 m Mapa de Fios Mapa de Fios 1x2x3 :10,0 m a b c Figura 7.7 a Mapa de fios correo b Pinos em abero c Pinos em curo circuio.

69 Capíulo 7 Definição do Sofware 65 Os resulados da Aenuação, NEXT, PSNEXT, ELFEXT, PSELFEXT e perda de reorno são exibidos em decibéis e em duas colunas, a primeira com as frequências do ese, e a segunda com os valores dos resulados. 7.9 Considerações finais O sofware é responsável por coordenar odas as funcionalidades físicas dos equipamenos e calcular os resulados amosrados para serem exibidos ao usuário. Foi usado para sua validação o simulador Proeus da Labcener Eleronics e o Sofware MPLAB da microchip, os resulados obidos foram saisfaórios e comprovam sua funcionalidade.

70 Capíulo 8 Resulados Experimenais 66 CAPÍTULO 8 8 RESULTADOS EXPERIMENTAIS 8.1 Inrodução Ese capíulo apresena os resulados e as discussões obidos nas simulações e nos eses com o proóipo. Os resulados das simulações adquiridas com o auxilio do sofware Proeus da Labcener Eleronics, são exibidos junos aos resulados experimenais, obidos nos eses com o proóipo. Os blocos descrios no capíulo 6 foram simulados e esados e os resulados esão descrios a seguir. 8.2 Proóipo do Mesre e Escravo As Figuras 8.1 e 8.2 exibem respecivamene o proóipo do mesre e do escravo, usados nos eses de validação do projeo. Figura 8.1 Proóipo do Mesre.

71 Capíulo 8 Resulados Experimenais 67 Figura 8.2 Proóipo do Escravo. 8.3 Resulados Experimenais do Mesre Anes de realiar os eses, o bloco de amosragem do mesre e escravo devem ser calibrados. Para ano, o sofware do mesre permie que o processo de ransmissão ocorra juno ao de amosragem e no mesmo pino. Para calibrar o escravo um cabo curo com baixa resisência eléricas é usado Bloco de Transmissão e Recuperação dos Sinais Amosrados Os blocos de ransmissão e amosragem foram simulados junos, como mosra a Figura 8.3. Desa forma é possível observar como o processo de recuperação do sinal é feio. Figura 8.3 Simulação dos blocos de ransmissão e amosragem. O sinal da Figura 8.3A represena a referência, que é usada como base para a geração dos sinais diferenciais, Figura 8.3B e C. A Figura 8.4 mosra o resulado real do processo de ransmissão. Onde o sinal da Figura 8.4A é a referência e o os sinais da Figura 8.4B e C são os sinais diferencias ransmiidos

72 Capíulo 8 Resulados Experimenais 68 pelo cabo para realiação dos eses. Os sinais diferenciais enram em uma chave analógica, conrolada pelo microconrolador, a qual define o cabo que será esado. Figura 8.4 Tese do processo de ransmissão. O processo de amosragem consise inicialmene em capurar os sinais diferencias e ransformá-los em um sinal com caracerísicas semelhanes ao da referência. O processo consise em muliplicar o sinal de enrada por uma consane e depois reificá-lo. Se os sinais ransmiidos aenuarem, o mesmo ocorre com o sinal amosrado, Figura 8.3D e 8.6B, manendo a mesma proporção. A Figura 8.5 exibe a saída do sinal diferencial depois de amplificado, onde a enrada Figura 8.5A em ampliude de ±1 Vols e a saída Figura 8.5B em ampliude de ±5 Vols. Figura 8.5 Processo de recuperação do sinal amosrado.

73 Capíulo 8 Resulados Experimenais 69 O sinal da Figura 8.5B é reificado, como mosra a Figura 8.6B, e usado para se ober a aenuação do mesmo em relação ao ransmiido e para ser comparado com a referência, ese ópico será dealhado no iem Figura 8.6 A Sinal Amosrado, B Sinal após reificação Bloco de Amosragem O sinal recuperado é usado em dois processos disinos. O primeiro é a aferição da ampliude máxima, que será usada para o cálculo das perdas eléricas. Para iso um capacior, colocado em paralelo, condiciona o sinal alernado em um com ensão coninua, ao qual é amosrada pelo ADC. Quano maior a freqüência, menor será o efeio causado pelo empo de carregameno e descarregameno do capacior, manendo a ensão consane. A Figura 8.7 mosra a aferição feia no capacior durane o processo de amosragem. Figura 8.7 A Sinal recuperado. B Tensão no Capacior.

74 Capíulo 8 Resulados Experimenais 70 Para o caso da Figura 8.7, a ensão no capacior não apresena variações, devido o ADC esar em ala impedância e a única forma do capacior se descarregar ser pela resisência, que possui um valor elevado. O sinal recuperado é usado no comparador, a Figura 8.8 exibe o resulado da simulação do comparador, que é usado para medir a perca de reorno. Figura 8.8 Simulação do comparador. O comparador subrai o resulado adquirido com o sinal de referência, Figura 8.8A e B. O resulado, Figura 8.8C, para ese caso deve ser aproximadamene ero, sendo que o sinal recuperado não sofreu alerações em sua ampliude, somene em sua fase. A Figura 8.9 mosra o resulado real obido. Figura 8.9 Tese do comparador. A Referência, B Sinal Recuperado e C Resulado. Observa-se um efeio capaciivo no sinal recuperado Figura 8.9B, ese efeio é conseqüência do capacior usado para idenificar a ensão de pico esar ligado direamene à saída do amplificador, faendo com que o efeio capaciivo seja realimenado. No enano ese

75 Capíulo 8 Resulados Experimenais 71 problema é resolvido na calibração do equipameno, onde a ensão DC do resulado da comparação Figura 8.9C é usado como ero nos cálculos dos eses. A ensão de pico do resulado é armaenada em um capacior que esá ligado ao ADC, como mosra a Figura Tese de Diafonia próxima NEXT A inerferência provocada por um par ao seu adjacene, quando medida na mesma exremidade do ransmissor é conhecida como diafonia próxima. A Figura 8.10 mosra o sinal sendo ransmiido e a medição de um par adjacene. Eses sinais são de baixa ampliude e apresenam elevado ruído. Figura 8.10 Efeio da NEXT sobre um par de fios. Depois de recebido, o sinal é amplificado para ser amosrado pelo conversor aravés de um capacior, ao qual armaena a ensão de pico do sinal Bloco TDR Gerador de pulso O comprimeno de onda do pulso usado no TDR impaca direamene na precisão das medidas realiadas pelo TDR. Sendo que há a possibilidade da falha se enconrar próxima do ransmissor, o comprimeno de onda em que ser menor que o empo de reorno da reflexão. O gerador foi projeado com base no comprimeno mínimo de um cabo UTP, que é de um mero. Sendo o empo de reorno de aproximadamene 9,8 ns. A Figura 8.11 mosra o ese com o gerador de pulso, que proporciona um pulso com comprimeno de 8,4 ns.

76 Capíulo 8 Resulados Experimenais 72 Figura 8.11 Tese do Gerador de Pulso. O Idenificador usa ese sinal para conrolar os conadores e indicar o ipo de falha. Por se raar de ecnologia TTL, o nível de ensão para lógica 1 é acima de 50% da ensão de enrada, por ano, o comprimeno do pulso esá enre 50% da ensão de subida e decida do sinal Idenificador Como já relaado no iem anerior, o idenificador conrola os conadores e indica o ipo de falha. Sua função é idenificar a polaridade dos sinais refleidos e medir o empo enre o pulso incidene e o refleido. Os eses dese bloco se iniciam medindo a saída dos amplificadores operacionais. A Figura 8.12 mosra o resulado dos amplificadores, onde o sinal mosrado na Figura 8.12A represena ano o pulso incidene quano o refleido, nese caso posiivo, verifica-se que os sinais da Figura 8.12B e C são inveridos, um com polaridade posiiva e ouro negaivo.

77 Capíulo 8 Resulados Experimenais 73 Figura 8.12 Saídas dos amplificadores operacionais. Depois de amplificados ambos passam por diodos reificadores, que bloqueiam os sinais com ampliude negaiva, ese processo é mosrado na Figura Figura 8.13 Tensão dos sinais depois de reificados. Em seguida o sinal passa por um Schmi-riggered que gera os pulsos que irão conrolar os conadores e fornecer sinal para os flip-flops, responsáveis por sinaliar o ipo de falha. A seguir é mosrado a simulação e os eses reais para o Idenificador, sendo primeiro mosrado a simulação e em seguida o ese real com o proóipo. A Figura 8.14 exibe o resulado da simulação do idenificador, nese caso, um pulso refleido negaivo. A variável ENDCONT é usada para medir o inervalo de empo enre a emissão do pulso e a recepção de sua reflexão. O idenificador inicia e bloqueia os conadores,

78 Capíulo 8 Resulados Experimenais 74 e gera dois sinais consanes que indicam se o pulso refleido é posiivo ou negaivo. Para a simulação exibida na Figura 8.14, a variável CURTO ficou aiva após a recepção do pulso, indicando a recepção de um pulso negaivo. Figura 8.14 Simulação do Idenificador para um sinal refleido negaivo. A Figura 8.15 exibe o resulado do ese no proóipo para a reflexão de um pulso negaivo, verifica-se que o sinal Figura 8.15B ocorre devido o pulso incidene ser sempre posiivo, e o sinal Figura 8.15C represena a idenificação do pulso negaivo. O inervalo de empo enre eses pulsos dividido por dois corresponde à disância aé o curo. Figura 8.15 Tese real do Idenificador para um sinal refleido negaivo. A Figura 8.16 exibe a recepção de um pulso posiivo, da mesma forma que na Figura 8.14 a variável ENDCONT indica o inervalo de empo enre os pulsos incidenes e refleidos. A diferença, é que para ese caso a variável ABERTO fica aiva indicando um sinal refleido posiivo.

79 Capíulo 8 Resulados Experimenais 75 Figura 8.16 Simulação do Idenificador para um sinal refleido posiivo. A Figura 8.17 mosra o pulso refleido posiivo, a diferença nese caso, é que apenas o sinal mosrado pela Figura 8.17B esá aivo, iso porque, a reflexão é posiiva, indicando uma rupura. Figura 8.17 Tese real do Idenificador para um sinal refleido posiivo. 8.4 Resulados Experimenais do Escravo O Escravo é responsável por realiar rês dos de eses, sendo eses a perca por inserção, diafonia disane de mesmo nível ELFEXT e diafonia disane por soma de poência de mesmo nível PSELFEXT. Oura função do Escravo é dar supore para o Mesre realiar os ouros eses, como a geração de sinais que são usados para deerminar a inegridade do cabo e a geração do mapa de fios, além de prover acoplameno de resisência enre os pares do cabo UTP.

80 Capíulo 8 Resulados Experimenais Bloco de Conrole Durane o processo de conexão o Escravo gera um pulso com inervalos de empo fixo em cada pino do conecor RJ-45, como mosra a Figura Ese processo é chamado de Fase 1. Eses sinais são uiliados pelo Mesre, para esabelecer conexão e realiar o ese de inegridade do cabo. Figura 8.18 Tese dos sinais da Fase 1 no processo inicial. O mesre precisa conhecer a configuração dos conecores em ambas as exremidades do cabo, para ano, ele avisa o Escravo para rocar da Fase 1 para Fase 2. Nesa fase o escravo gera uma quanidade de pulsos referene ao valor do pino a qual esá conecado, por exemplo, para o pino 4 ele gera 4 pulsos em um inervalo de 1 ms, eses pulsos são exemplificados nas Figuras 8.19 e Figura 8.19 Tese dos sinais da Fase 2 no processo inicial Pare 1.

81 Capíulo 8 Resulados Experimenais 77 Aravés deses pulsos, o Mesre é capa de definir o mapa de fios, e caso seja necessário inerromper o processo de analise do cabo, passando a uiliar o TDR para idenificar o pono da falha. Figura 8.20 Tese dos sinais da Fase 2 no processo inicial Pare Bloco de Amosragem O bloco de Amosragem do Escravo é semelhane ao do mesre, no enano, para ese caso o sinal não precisa ser muliplicado por um valor alo e sim apenas para compensar a queda provocada pelo diodo reificador. A Figura 8.21 mosra um ese realiado para verificar a aenuação de um sinal em cabo de aproximadamene 90 meros. Os sinais Figura 8.21A e B correspondem ao ransmiido e os represenados pela Figura 8.21C e D os recebidos. Figura 8.21 A e B Sinais Transmiidos, C e D Sinais recebidos.

82 Capíulo 8 Resulados Experimenais 78 A Figura 8.22C mosra o sinal amplificado e reificado, o seu valor de pico é o mesmo do sinal recebido. Seu valor é amosrado pelo ADC, e o valor de pico é usado para calcular a aenuação. Figura 8.22 A e B Sinais diferenciais ransmiidos e C Tensão no capacior de amosragem Tese de Diafonia disane de mesmo nível ELFEXT A ELFEXT é amosrada na exremidade disane do ransmissor, sendo o Escravo responsável por medi-la. A Figura 8.23 mosra o resulado desa medição, onde os sinais represenados pela Figura 8.23A e B são os ransmiidos e os da Figura 8.23C e D são os medidos no par adjacene. Figura 8.23 Efeio da ELFEXT sobre um par de fios.

83 Capíulo 8 Resulados Experimenais 79 A ampliude deses sinais é baixa e devem ser amplificadas para serem amosradas. O processo da amosragem deses sinais é semelhane ao do Mesre. 8.5 Considerações Finais O processo de depuração dos proóipos é complexo, pois há muias variáveis que podem influenciar nos resulados, uma delas são as alas freqüências usadas nos eses. A principio é adoada a menor freqüência, sendo de 1 MH, esa é usada para esar odos os blocos para confirmar seu funcionameno com o projeado. Com base nos eses e simulações realiadas, os blocos envolvidos no processo de ese do cabo esão funcionando correamene. Para as alas freqüências, deverá ser implemenado meios de compensação nos circuios envolvidos na ransmissão e recepção dos sinais, devido às perdas ocorridas com o aumeno da freqüência.

84 Capíulo 9 Conclusões 80 CAPÍTULO 9 9 CONCLUSÕES Nese rabalho foi desenvolvido um analisador para cabos de rede do ipo par rançado de baixo cuso que realia os de eses exigidos pela norma ANSIA/TIA/EIA-568B. O analisador é dividido em dois equipamenos, Mesre e Escravo. O Mesre é responsável pela realiação de see dos de eses, gerenciameno e inerface com usuário. O Escravo realia os rês eses resanes e ransmie os resulados para o Mesre. O Mesre foi dividido em quaro blocos: conrole, ransmissor, amosragem e TDR. O bloco de conrole é responsável pelo gerenciameno e processameno dos dados que são adquiridos pelo bloco de amosragem. Os sinais usados para esar os cabos são gerados pelo bloco ransmissor. O bloco TDR gera um pulso de cura duração que é inserido no cabo em ese, esse pulso ao enconrar qualquer diferença de impedância no cabo é refleido e sua polaridade é idenificada. Três sinais são gerados, dois indicando a exisência de rupura ou curo-circuio e o erceiro é usado para conrolar os conadores. Com base nos resulados obidos nas simulações e eses dos blocos, gerador e amosragem, conclui-se que a função de ransmissão e recepção do sinal esá sendo realiada de forma correa, sendo que um sinal conínuo enra no conversor AD e ese é usado para medir a redução ou a inerferência sofrida pelo sinal. A simulação e ese do bloco Idenificador mosram que o mesmo desempenha correamene sua função de sinaliação. Dificuldades Enconradas e Soluções Proposas Os sinais usados nos eses são ajusados por um amplificador operacional, que ransforma um sinal digial em dois sinais diferencias com ampliude de ±1V. O fao do ganho do amplificador decrescer com o aumeno da freqüência, gera um problema com a variação de freqüência do equipameno. Para solucionar esa dificuldade o ganho do amplificador precisa ser conrolado, cabendo ao processador ajusá-lo conforme a freqüência. Quano aos amplificadores responsáveis pelas amosras o ajuse pode ser feio no cálculo, onde o processador possuiria uma abela de valores de compensação para cada freqüência. Para a aual conjecura foi uiliado um ganho fixo nos amplificadores operacionais no bloco de amosragem, conudo, os mesmos êm a largura de banda limiada pelo ganho. Para

85 Capíulo 9 Conclusões 81 eviar disorções no sinal de saída, é esudado a configuração de um off-se que compense as percas dos diodos usados na reificação. Para aplicação desa solução o processo de comparação, usado para medir a perda de reorno, eria que ser alerado, onde haveria uma comparação enre os sinais ransmiidos com os recebidos, eviando a necessidade de ransformar o sinal diferencial em um sinal digial novamene. Durane o processo de ese os equipamenos alernam o erra, para iso, eles usam chaves analógicas que são conroladas pelos processadores do Mesre e do Escravo. Esas chaves apresenam uma resisência que modifica a base de erra dos equipamenos, para eviar ese problema é necessário implemenar circuios que conecem fisicamene os erras durane os eses e permiam ser conrolados, como por exemplo relés de baixa ensão. Implemenações Fuuras Foi esudada a implanação de uma memória exerna e uma pora serial para armaenar e ransmiir os resulados e a implemenação de um sofware que receberia os resulados dos eses e geraria relaórios. Exise a possibilidade de implanação de amplificadores operacionais ajusáveis, os quais seriam responsáveis pela auo calibração do equipameno. Durane o processo de amosragem, o analisador realia de amosras, para enão escolher o maior valor. Para não haver a possibilidade de ocorrer discrepância nas amosras realiadas, foi esudada a implemenação de um méodo esaísico que descare valores maiores que o coeficiene de variação das amosras.

86 Bibliografia 82 BIBLIOGRAFIA [1] CISCO Sysems. Programa CISCO Neworking Academy CCNA: Conceios básicos de redes v3.1. Disponível em Acesso em Janeiro de [2] BONORA, Auder N.; Gimene, Edson J. C.; Pina, Eduardo G.; Silva, Luis F. C. da; Tellaroli, Rogério L. Valores Normaliados dos parâmeros de cabeameno esruurado meálico na cerificação de redes. Revisa Cienifica Periódica Telecomunicações. Vol. 5, ISSN [3] Nework Cabling Help. Disponível em Acesso em Fevereiro de [4] FURUKAWA Indusrial SA. Disponível em Acesso em Fevereiro de [5] BONFIM, Marlio. Medidas Eléricas em Alas Freqüências. UFPR DELT. Disponível em <hp:// Acesso em Janeiro de [6] Capíulo 3 - Aspecos de ransmissão. Disponível em hps://dspace.is.ul.p/ bisream/2295/55192/1/cap3_06.pdf. Acesso em Fevereiro de [7] MENDES, Carlos Albero B.; HENRIQUE, José da S. Teoria das Linhas de Transmissão. Arigo, Disponível em hp:// Pr1/Arquivo/Sebena/Linhas/II_Teoria.pdf. Acesso em Fevereiro de [8] GRUPO CABELTE. Caalogo de Telecomunicações em cobre Dados Técnicos. Disponível em %20ecnicos.pdf. Acesso em Fevereiro de [9] NAVAS, Manoel G. M. Dini. Maeriais Eléricos. Rio de Janeiro. Fevereiro, [10] DANTAS, Mario. Tecnologias de redes de comunicação e compuadores. Rio de Janeiro: Axcel Books, p. ISBN [11] TANENBAUM, Andrew S. Redes de Compuadores. Rio de Janeiro: Ediora Campos, 2003, ed. 4. ISBN [12] MILLER, Gary M. Modern Elecronic Communicaion. New Jersey: Prenice Hall, 1988, ed. 3. [13] TOMAZIC, Saso; UMEK, Anon. A Simple Formula for Calculaion of Power Loss in Digial Transmission Lines. IEEE Transacions on Communicaions, Vol. 40, N.º 40, March [14] PAUL, Clayon R.; MCKNIGHT, Jack W. Predicion of Crossalk Involving Twised Pairs of Wires Par I: Transmission-Line Model for Twised-Wire

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88 Anexo A Layou do ACR Mesre 84 ANEXO A LAYOUT DO ACR MESTRE

89 Anexo B Layou do ACR Escravo 85 ANEXO B LAYOUT DO ACR ESCRAVO