Câblage blindé

Le câblage à paires torsadées blindées existe depuis longtemps. Norme mondiale dans les années 1980, les variétés de câbles blindés (F/UTP et U/FTP) et entièrement blindés (S/FTP) sont restées un pilier sur certains marchés, tandis que beaucoup d’autres ont migré vers des câbles non blindés (UTP).

Récemment, cependant, l’adoption croissante d’équipements de réseau 2,5/5GBASE-T et 10GBASE-T et la ratification du protocole 10BASE-T1L Single Pair Ethernet (SPE) ont rétabli la viabilité commerciale des systèmes blindés et écrantés et ont favorisé l’adoption de ces systèmes sur des marchés auparavant centrés sur les systèmes non écrantés.

Dans ce paysage concurrentiel, de nombreux messages confus et souvent contradictoires sont diffusés sur le marché, ce qui pose des problèmes aux experts en câblage et aux utilisateurs finaux. Ce livre blanc aborde les questions, les problèmes et les idées fausses les plus courants concernant le câblage blindé.

Introduction et histoire du blindage

Dans les années 1980, le câblage LAN est apparu pour prendre en charge les premiers réseaux informatiques qui commençaient à apparaître dans les bâtiments commerciaux. Ces premiers réseaux étaient généralement supportés par la transmission Token Ring d’IBM, qui a été normalisée par l’IEEE 802.5 en 1985. Le câblage du réseau Token Ring consistait en un câble de « type 1 IBM » relié à des connecteurs hermaphrodites uniques. Le câble IBM de type 1 se compose de deux paires de 150 ohms librement torsadées, blindées par une feuille et entourées d’une tresse. (c.-à-d. 2 paires S/FTP), comme le montre la figure 1 de
.

Figure 1 : IBM. Câble de type 1

Ce support constituait un choix optimal pour la prise en charge des topologies LAN de la première génération, et ce pour plusieurs raisons. Sa conception a tiré parti de la capacité du protocole de transmission à paires torsadées à maximiser la distance (Token Ring desservait des distances allant jusqu’à 100 mètres) et les débits de données à l’aide d’émetteurs-récepteurs bon marché. En outre, les feuilles et la tresse améliorent la diaphonie et la compatibilité électromagnétique (CEM) à des niveaux qui ne pouvaient pas encore être atteints par la conception et la capacité de fabrication de la première génération de paires torsadées.

En 1990, les experts de l’industrie des réseaux locaux commençaient à reconnaître les performances et la fiabilité de l’Ethernet commuté par rapport à l’anneau à jeton. Parallèlement, les capacités de conception et de fabrication des paires torsadées avaient progressé au point que les feuilles individuelles n’étaient plus nécessaires pour fournir une isolation interne contre la diaphonie et que les blindages globaux n’étaient plus nécessaires pour fournir une immunité contre les sources de bruit extérieures dans les bandes de fonctionnement 10BASE-T et 100BASE-T. La publication de l’application 10BASE-T en 1990 et de la première édition de la norme de câblage générique ANSI/ EIA/TIA-568 en 1991, ainsi que le coût inférieur associé au câblage à paires torsadées non blindées (UTP), ont fermement établi le câblage UTP comme le support de choix pour les nouvelles conceptions de réseaux LAN à l’époque.

Avec l’évolution de la technologie des applications Ethernet vers des taux de transmission de 10 Gb/s, 25 Gb/s et 40 Gb/s, la spécification des systèmes de câblage à paires torsadées blindées et entièrement blindées a connu un net regain d’intérêt. Ce livre blanc traite des avantages pratiques des écrans et des blindages et de la manière dont ils peuvent améliorer les performances des conceptions de câblage UTP traditionnelles destinées à supporter des transmissions à large bande. Il dissipe également les mythes et les idées fausses concernant le comportement des écrans et des blindages.

Transmission équilibrée

L’avantage de spécifier un câblage à paires torsadées équilibré pour la transmission de données est clairement démontré en examinant les types de signaux présents dans les environnements des bâtiments. Les signaux électriques peuvent se propager en mode commun ou en mode différentiel (c’est-à-dire « équilibré »). Le mode commun décrit un schéma de signal entre deux conducteurs où la tension se propage en phase et est référencée à la terre. Parmi les exemples de transmission en mode commun, on peut citer les circuits à courant continu, l’alimentation électrique des bâtiments, la télévision par câble, les circuits de chauffage, de ventilation et de climatisation, et les dispositifs de sécurité. Le bruit électromagnétique induit par les perturbateurs tels que les moteurs, les transformateurs, les lampes fluorescentes et les sources de radiofréquences se propage également en mode commun. Pratiquement tous les types de signaux et de perturbateurs présents dans l’environnement du bâtiment se propagent en mode commun, à une exception notable près : le câblage à paires torsadées est optimisé pour la transmission en mode équilibré ou différentiel. La transmission en mode différentiel fait référence à deux signaux de même amplitude, mais déphasés de 180°, qui se propagent sur les deux conducteurs d’une paire torsadée. Dans un circuit équilibré, deux signaux sont référencés l’un par rapport à l’autre plutôt qu’un signal par rapport à la masse. Il n’y a pas de connexion à la terre dans un circuit équilibré et, par conséquent, ces types de circuits sont intrinsèquement immunisés contre les interférences de la plupart des perturbateurs de bruit en mode commun.

En théorie, le bruit de mode commun se couple à chaque conducteur d’une paire torsadée parfaitement équilibrée. Les émetteurs-récepteurs en mode différentiel détectent la différence de magnitude crête à crête entre les deux signaux d’une paire torsadée en effectuant une opération de soustraction. Dans un système de câblage parfaitement équilibré, le signal de mode commun induit apparaît comme deux tensions égales qui sont simplement soustraites par l’émetteur-récepteur, ce qui se traduit par une immunité parfaite au bruit.

Dans le monde réel, cependant, les câbles à paires torsadées ne sont pas parfaitement équilibrés et leurs limites doivent être comprises par les développeurs d’applications et les spécificateurs de systèmes. Les comités de la TIA et de l’ISO/CEI apportent un soin extrême à la spécification des paramètres d’équilibre tels que TCL (perte de conversion transversale), TCTL (perte de transfert de conversion transversale) et ELTCTL (perte de transfert de conversion transversale à niveau égal) dans leurs normes relatives au câblage structuré de qualité supérieure (c’est-à-dire de catégorie 6 et supérieure). En examinant les limites de performance de ces paramètres et en notant le moment où ils commencent à s’approcher de la tolérance d’isolation du bruit requise par diverses applications Ethernet, il apparaît clairement que la largeur de bande de fonctionnement pratique définie par des niveaux acceptables d’immunité au bruit de mode commun dû à l’équilibre est d’environ 30 MHz.

Bien que cette immunité au bruit soit plus que suffisante pour des applications telles que 100BASE-T et 1000BASE-T, la modélisation de la capacité Shannon démontre que ce niveau ne permet pas d’atteindre les exigences minimales d’immunité au bruit de 10GBASE-T. Heureusement, l’utilisation d’un blindage améliore considérablement l’immunité au bruit, double la capacité Shannon disponible et augmente considérablement les largeurs de bande de fonctionnement pratiques pour les applications futures.

Un effet de l’équilibre dégradé des signaux sur paires torsadées au-dessus de 30 MHz est la conversion modale, qui se produit lorsque les signaux en mode différentiel se transforment en signaux en mode commun et vice versa. Cette conversion peut avoir un impact négatif sur l’immunité aux bruits de l’environnement et contribuer à la diaphonie entre les paires et les câbles symétriques. Le blindage peut réduire le potentiel de conversion modale en limitant le bruit couplé à la paire torsadée à partir de l’environnement.

Principes de base de l’interférence du bruit

Toutes les applications nécessitent des marges signal-bruit (SNR) positives pour transmettre dans les niveaux de taux d’erreur binaire (BER) alloués. Cela signifie que le signal de données transmis doit être plus important que l’ensemble des perturbateurs de bruit couplés à la ligne de transmission (c’est-à-dire le câblage structuré). Comme le montre la figure 2, le bruit peut être couplé au câblage à paires torsadées de l’une ou l’autre ou de l’ensemble des trois manières suivantes :

1. Bruit différentiel (Vd) : Bruit induit par une paire torsadée adjacente ou un câble équilibré.

2. Bruit environnemental (Ve) : Bruit induit par un champ électromagnétique externe.

3. Bruit de boucle de terre (Vg) : Bruit induit par une différence de potentiel entre les extrémités des conducteurs.

Les différentes applications ont une sensibilité variable aux interférences provenant de ces sources de bruit, en fonction de leurs capacités. Par exemple, l’application 10GBASE-T est généralement reconnue comme étant extrêmement sensible à la diaphonie étrangère (couplage câble-câble en mode différentiel) parce que sa capacité de traitement des signaux numériques (DSP) annule électroniquement la diaphonie interne paire à paire dans chaque canal. Contrairement à la diaphonie paire à paire, la diaphonie étrangère ne peut pas être annulée par le DSP. Inversement, comme l’ampleur de la diaphonie étrangère est très faible par rapport à l’ampleur de la diaphonie paire à paire, la présence de la diaphonie étrangère a un impact minimal sur les performances d’autres applications, telles que 100BASE-T et 1000BASE-T, qui utilisent des algorithmes d’annulation de la diaphonie partiels ou inexistants.

Figure 2 : Sources de bruit du réseau local

La compatibilité électromagnétique (CEM) décrit à la fois la susceptibilité d’un système aux interférences provenant de sources extérieures (immunité) et son potentiel de perturbation (émissions), et constitue un indicateur important de la capacité d’un système à coexister avec d’autres dispositifs électroniques/électriques. Les performances en matière d’immunité au bruit et d’émissions sont réciproques, ce qui signifie que la capacité du système de câblage à maintenir l’immunité aux interférences est proportionnelle au potentiel de rayonnement du système. Il est intéressant de noter qu’alors que l’on met inutilement l’accent sur les considérations d’immunité, il est bien entendu que les systèmes de câblage structurés ne rayonnent pas et n’interfèrent pas avec d’autres équipements ou systèmes dans l’environnement des télécommunications !

Les perturbateurs de bruit différentiel : La diaphonie étrangère et la diaphonie interne paire à paire sont des exemples de perturbateurs de bruit en mode différentiel qui doivent être minimisés par une conception correcte du système de câblage. La sensibilité aux interférences des sources de mode différentiel dépend de l’équilibre du système et peut être améliorée en isolant ou en séparant les conducteurs qui interfèrent les uns avec les autres. Un câblage mieux équilibré (c’est-à-dire de catégorie 6 et supérieure) présente de meilleures performances en matière de diaphonie interne et de diaphonie externe. Comme aucun câble n’est parfaitement équilibré, des stratégies telles que l’utilisation d’un matériau diélectrique pour séparer les conducteurs ou l’utilisation d’une feuille métallique pour isoler les conducteurs sont utilisées pour améliorer encore les performances en matière de diaphonie. Par exemple, il est prouvé que le câblage F/UTP de la catégorie 6A présente des performances de diaphonie étrangère nettement supérieures à celles du câblage UTP de la catégorie 6A, car sa construction globale en feuille métallique réduit le couplage de diaphonie étrangère à pratiquement zéro. Il est prouvé que le câblage S/FTP de catégorie 7A présente des performances de diaphonie paire à paire et étrangère nettement supérieures à celles de toute conception de câblage de catégorie 6A, car sa construction individuelle à paires torsadées à feuille réduit le couplage paire à paire et la diaphonie étrangère à un niveau pratiquement nul. Ces niveaux supérieurs de diaphonie n’ont pas pu être atteints uniquement grâce à une performance d’équilibre conforme.

Les perturbateurs du bruit de l’environnement : Le bruit ambiant est un bruit électromagnétique composé de champs magnétiques (H) générés par couplage inductif (exprimés en A/m) et de champs électriques (E) générés par couplage capacitif (exprimés en V/m). Le couplage des champs magnétiques se produit à basse fréquence (c’est-à-dire 50 Hz ou 60 Hz) où l’équilibre du système de câblage est plus que suffisant pour assurer l’immunité, ce qui signifie que son impact peut être ignoré pour tous les types de câblage équilibré. Les champs électriques peuvent toutefois produire des tensions de mode commun sur les câbles équilibrés en fonction de leur fréquence. L’ampleur de la tension induite peut être modélisée en supposant que le système de câblage est sensible aux interférences de la même manière qu’une antenne en boucle[1]. Pour faciliter l’analyse, l’équation (1) représente un modèle simplifié d’antenne en boucle qui convient pour évaluer l’impact sur le champ électrique généré en raison de différentes largeurs de bande de sources de bruit parasites ainsi que de la relation de distance entre les paires torsadées et le plan de masse. Il convient de noter qu’un modèle plus détaillé, qui inclut notamment l’angle d’incidence des champs électriques, est nécessaire pour calculer avec précision la tension de bruit couplée réelle.

Où ?
λ = longueur d’onde de la source de bruit parasite

A = la surface de la boucle formée par la longueur perturbée du conducteur de câblage (l) suspendu à une hauteur moyenne (h) au-dessus du plan de sol

E = l’intensité du champ électrique de la source d’interférence

La longueur d’onde, λ, de la source d’interférence peut varier de 5 000 km pour un signal de 60 Hz à moins de 1 m pour les signaux RF dans la bande des 100 MHz et plus. La densité du champ électrique varie en fonction du perturbateur, dépend de la proximité de la source et est normalement réduite à des niveaux nuls à une distance de 0,3 m de la source. L’équation montre qu’un signal de 60 Hz produit une perturbation du champ électrique qui ne peut être mesurée qu’en millièmes de mV, alors que les sources fonctionnant dans la gamme des MHz peuvent générer une perturbation du champ électrique assez importante. À titre de référence, 3V/m est considéré comme une approximation raisonnable du champ électrique moyen présent dans un environnement industriel/commercial léger et 10V/m est considéré comme une approximation raisonnable du champ électrique moyen présent dans un environnement industriel.

Figure 3 : Courants en mode commun

La seule variable qui influe sur l’ampleur de la tension couplée par le champ électrique est la surface de la boucle, A, qui est calculée en multipliant la longueur perturbée du câblage (l) par la hauteur moyenne (h) par rapport au plan de masse. La vue en coupe de la figure 3 illustre les courants de mode commun générés par un champ électrique. Ce sont ces courants qui induisent des signaux indésirables sur l’élément conducteur le plus à l’extérieur du câblage (c’est-à-dire les conducteurs eux-mêmes dans un environnement UTP ou l’ensemble du blindage dans un environnement blindé ou entièrement blindé). Il est évident que l’impédance du mode commun, déterminée par la distance (h) au plan de masse, n’est pas très bien contrôlée dans les environnements UTP. Cette impédance dépend de facteurs tels que la distance par rapport aux canalisations métalliques, les structures métalliques entourant les paires, l’utilisation de canalisations non métalliques et l’emplacement de la terminaison. Inversement, cette impédance de mode commun constitue une protection d’immunité contre les perturbations du champ électrique que le câblage UTP n’offre pas !

Il est important de se rappeler que la susceptibilité globale des câbles à paires torsadées aux perturbations du champ électrique dépend à la fois du plan de masse bien défini et du plan de masse contrôlé dans les environnements de câblage blindé ou entièrement blindé, puisque le blindage et/ou l’écran fait office de plan de masse. Les approximations moyennes pour (h) peuvent varier de 0,1 à 1 mètre pour le câblage UTP, mais sont beaucoup plus limitées (c’est-à-dire moins de 0,001 m) pour le câblage blindé et entièrement blindé. Cela signifie que le câblage blindé et entièrement blindé offre théoriquement une performance d’équilibre 100 à 1 000 fois supérieure à celle du câblage et de la présence d’un écran ou d’un blindage. Les câbles bien équilibrés (c’est-à-dire de catégorie 6A et supérieure) devraient être immunisés contre les interférences électromagnétiques jusqu’à 30 MHz. La présence d’un écran ou d’un blindage est nécessaire pour éviter les interférences électromagnétiques à des fréquences plus élevées, ce qui est particulièrement important pour les applications de la prochaine génération. Par exemple, il est raisonnable de modéliser qu’une application émergente utilisant des techniques DSP nécessitera un SNR minimum de 20 dB à 100 MHz. Étant donné que l’isolation minimale obtenue par l’équilibrage seul est également de 20 dB à 100 MHz, l’ajout d’un écran ou d’un blindage est nécessaire pour garantir que cette application dispose d’une marge d’immunité au bruit suffisante pour fonctionner.

Boucles de terre

Les boucles de terre se développent lorsqu’il y a plus d’une connexion à la terre et que la différence de potentiel de tension en mode commun au niveau de ces connexions à la terre introduit (génère) du bruit sur le câblage, comme le montre la figure 4. Il est faux de croire que le bruit de mode commun des boucles de terre ne peut apparaître que sur les écrans et les blindages ; ce bruit apparaît régulièrement sur les paires torsadées également. Un point essentiel concernant la tension générée par les boucles de terre est que sa forme d’onde est directement liée au profil de l’alimentation en courant alternatif du bâtiment. Aux États-Unis, la fréquence principale du bruit est de 60 Hz et ses harmoniques, qui sont souvent appelées « ronflement » du courant alternatif. Dans d’autres régions du monde, la fréquence de bruit primaire est de 50 Hz et ses harmoniques.

Étant donné que chaque paire torsadée est connectée à un transformateur d’équilibrage et à un circuit de rejet du bruit en mode commun aux extrémités de la carte d’interface réseau et de l’équipement de réseau, les différences dans les rapports de rotation et les impédances de masse en mode commun peuvent donner lieu à un bruit en mode commun. L’ampleur du bruit induit sur les paires torsadées peut être réduite, mais pas éliminée, grâce à l’utilisation de terminaisons, d’inductances et de filtres de mode commun dans l’équipement.

Les boucles de terre induites sur le blindage se produisent généralement en raison d’une différence de potentiel entre la connexion à la terre au niveau du busbar de mise à la terre des télécommunications (TGB) et la connexion à la terre du bâtiment fournie à travers le châssis de l’équipement de réseau à l’extrémité du câblage de la zone de travail. Il convient de noter que les fabricants d’équipements ne sont pas tenus de fournir un chemin de mise à la terre du bâtiment à faible impédance à partir de la prise RJ45 blindée à travers le châssis de l’équipement. Parfois, le châssis est isolé de la terre du bâtiment par un circuit RC de protection et, dans d’autres cas, la prise RJ45 blindée est complètement isolée de la terre du châssis.

Figure 4 : Introduction des boucles de terre

Les normes TIA et ISO définissent le seuil d’apparition d’une boucle de terre excessive lorsque la différence de potentiel entre la tension mesurée au niveau du blindage à l’extrémité du câblage de la zone de travail et la tension mesurée au niveau du fil de terre de la prise électrique utilisée pour alimenter le poste de travail dépasse 1,0 Vrms. Cette différence de potentiel doit être mesurée et corrigée sur le terrain pour garantir le bon fonctionnement de l’équipement du réseau, mais les valeurs supérieures à 1,0 Vrms sont très rares dans les pays, tels que les États-Unis, qui ont soigneusement conçu et spécifié des systèmes de construction et de mise à la terre. En outre, étant donné que la tension de mode commun induite par les boucles de terre est de basse fréquence (c’est-à-dire 50 Hz ou 60 Hz et leurs harmoniques), la performance d’équilibre de l’installation de câblage suffit à garantir l’immunité, quelle que soit la magnitude réelle de la tension.

Conception des écrans et des boucliers

Le blindage offre les avantages d’une amélioration significative de la diaphonie paire à paire, de la diaphonie extraterrestre et de l’immunité au bruit qui ne peut être égalée par aucune autre stratégie de conception de câblage. Les câbles F/UTP de la catégorie 6A et des catégories inférieures sont constitués d’une feuille entourant quatre paires torsadées, comme le montre la figure 5. Les câbles S/FTP de la catégorie 7 et des catégories supérieures sont constitués d’une tresse globale entourant quatre paires blindées par une feuille individuelle, comme le montre la figure 6. Des fils de drainage sont parfois fournis en option.

Les matériaux de blindage sont sélectionnés pour leur capacité à maximiser l’immunité aux perturbations du champ électrique par leur capacité à réfléchir l’onde entrante, leurs propriétés d’absorption et leur capacité à fournir un chemin de signal à faible impédance. En règle générale, les matériaux de blindage plus conducteurs permettent une meilleure réflexion du signal entrant. La feuille d’aluminium solide est le matériau de blindage préféré pour les câbles de télécommunications, car elle offre une couverture totale contre les fuites à haute fréquence (c’est-à-dire supérieures à 100 MHz), ainsi qu’une faible résistance électrique lorsqu’elle est correctement reliée à la terre. L’épaisseur du blindage est influencée par l’effet de peau des courants parasites. L’effet de peau est le phénomène par lequel la profondeur de pénétration du courant de bruit diminue à mesure que la fréquence augmente. Les épaisseurs de feuille typiques sont de 1,5 mil (0,038 mm) à 2,0 mil (0,051 mm) pour correspondre à la profondeur de pénétration maximale d’un signal de 30 MHz. Cette approche de conception garantit que les signaux à haute fréquence ne pourront pas passer à travers le film de protection. Les signaux de basse fréquence n’interfèrent pas avec les paires torsadées en raison de leur bonne performance d’équilibre. Les tresses et les fils de drainage renforcent les assemblages de câbles et réduisent encore la résistance électrique de bout en bout du blindage lorsque le système de câblage est correctement relié à la terre.

Figure 5 : Construction F/UTP

Figure 6 : Construction de S/FTP

Systèmes de mise à la terre et de câblage

La norme ANSI/TIA-607-D définit l’infrastructure de mise à la terre et de liaison des télécommunications dans les bâtiments, qui part de la terre de l’équipement de service (alimentation) et s’étend à l’ensemble du bâtiment. Il est important de reconnaître que l’infrastructure s’applique à la fois aux systèmes de câblage UTP et aux systèmes de câblage blindés/complètement blindés. La norme stipule que :

1. La barre omnibus de liaison primaire (PBB) des télécommunications est reliée à la terre de l’équipement de service (alimentation) des bâtiments. Les méthodes, les matériaux et les spécifications appropriés pour chacun des composants du système de mise à la terre et de liaison des télécommunications varient en fonction de la taille et de la capacité du système et du réseau, ainsi que des codes locaux.

2. Si elles sont utilisées, les barres secondaires de liaison des télécommunications (SBB) sont reliées au PBB par l’intermédiaire de la dorsale de liaison des télécommunications (TBB).

3. Toutes les baies et tous les chemins métalliques sont connectés à la PBB.

4. Le câblage et les équipements de télécommunications sont mis à la terre sur les baies d’équipement ou les chemins métalliques adjacents. Il est prévu que les équipements informatiques disposent d’une voie de mise à la terre supplémentaire et spécifique vérifiable, en plus de la voie de mise à la terre requise pour l’alimentation en courant alternatif ou continu du bâtiment, telle que décrite dans la norme.

Les normes TIA et ISO prévoient une étape supplémentaire pour la mise à la terre des systèmes de câblage blindés. Plus précisément, le blindage du câble doit être relié au PBB ou SBB à l’endroit où les câbles sont terminés dans le rack. Cette exigence vise à favoriser la configuration optimale d’une seule connexion à la terre afin de minimiser l’apparition de boucles de terre, mais reconnaît que plusieurs connexions à la terre peuvent être présentes le long du câblage. Étant donné que la possibilité d’une mise à la terre sur le lieu de travail par le biais de l’équipement a été prise en compte lors de l’élaboration des recommandations de mise à la terre et de liaison spécifiées dans la norme ANSI/ TIA-607-D, il n’est pas nécessaire d’éviter spécifiquement la mise à la terre du système blindé/écran au niveau du PC ou de l’appareil de l’utilisateur final.

Il est important de noter la différence entre une connexion à la terre et une connexion blindée/blindée. Une connexion à la terre relie le système de câblage blindé au PBB ou SBB, tandis qu’une connexion blindée maintient la continuité électrique du blindage du câble à travers les connecteurs de télécommunication blindés sur toute la longueur du câblage. Une partie de la fonction de l’écran ou du blindage est de fournir un chemin de masse à faible impédance pour les courants de bruit qui sont induits sur le matériau de blindage. La conformité aux spécifications TIA et ISO pour les paramètres d’impédance de transfert et d’atténuation de couplage des câbles et du matériel de connexion garantit le maintien d’un chemin à faible impédance à travers tous les points de connexion blindés/écrantés du système de câblage. Pour obtenir des performances optimales en matière de diaphonie et d’immunité au bruit, la continuité du blindage doit être maintenue tout au long du système de câblage de bout en bout.

Il est suggéré que les utilisateurs finaux des bâtiments effectuent une validation pour s’assurer que les systèmes de câblage blindés sont correctement mis à la terre sur le PBB ou le SBB. Un plan d’inspection recommandé est le suivant

1. Vérifier visuellement que tous les racks/armoires/chemins métalliques sont reliés au PBB ou SBB par un conducteur de 6 AWG.

2. Vérifier visuellement que tous les panneaux de raccordement blindés sont reliés au PBB ou au SBB à l’aide d’un conducteur de calibre 12 AWG au minimum, si cela n’est pas spécifié dans les instructions du fabricant.

3. Effectuer un test de résistance au courant continu pour s’assurer que chaque connexion de mise à la terre de panneau et de rack/armoire présente une mesure de résistance au courant continu de <1 Ω entre le point de mise à la terre du panneau/rack et le PBB ou SBB (Note : certaines normes locales/régionales spécifient une résistance maximale au courant continu de <5 Ω à cet endroit). 4. Documenter l'inspection visuelle, les résultats des essais de courant continu et tous les autres résultats d'essais de cuivre/fibre applicables.

Le mythe de l’antenne

Un mythe répandu veut que les écrans et les boucliers se comportent comme des antennes parce qu’ils sont constitués de grandes longueurs de métal. La crainte est que les écrans et les blindages puissent « attirer » les signaux présents dans l’environnement ou rayonner les signaux qui apparaissent sur les paires torsadées. En réalité, tant les écrans et les blindages que les paires torsadées équilibrées en cuivre d’un câble UTP se comportent dans une certaine mesure comme une antenne. La différence est que, comme le montre le modèle simplifié d’antenne en boucle, le bruit qui se couple à l’écran ou au blindage est en fait 100 à 1 000 fois plus petit en magnitude que le bruit qui se couple à une paire torsadée non blindée dans le même environnement. Cela est dû à l’impédance de mode commun bien définie et contrôlée des paires internes par rapport au plan de masse fourni par l’écran/le blindage. On trouvera ci-après une analyse des deux types de perturbateurs de signaux susceptibles d’affecter les performances d’immunité au bruit d’un câblage à paires torsadées équilibré : ceux qui se situent en dessous de 30 MHz et ceux qui se situent au-dessus de 30 MHz.

Figure 7 : Susceptibilité UTP VS. F/UTP Susceptibilité

Aux fréquences inférieures à 30 MHz, les courants de bruit provenant de l’environnement peuvent pénétrer l’écran/le blindage et affecter les paires torsadées. Toutefois, le modèle simplifié d’antenne en boucle montre que l’ampleur de ces signaux est considérablement plus faible (et principalement atténuée en raison de la perte d’absorption de la feuille d’aluminium), ce qui signifie que les paires torsadées non blindées dans le même environnement sont en fait soumises à une intensité de champ électrique beaucoup plus élevée. La bonne nouvelle est que la performance d’équilibre du câble lui-même est suffisante jusqu’à 30 MHz pour assurer une susceptibilité minimale aux perturbations provenant de ces sources de bruit, indépendamment de la présence d’un écran/blindage global.

À des fréquences supérieures à 30 MHz, les courants de bruit provenant de l’environnement ne peuvent pas pénétrer l’écran/blindage en raison des effets de peau et les paires torsadées internes sont totalement immunisées contre les interférences. Malheureusement, la performance de l’équilibre n’est plus suffisante pour garantir une immunité au bruit adéquate pour le câblage UTP à ces fréquences plus élevées. Cela peut avoir un impact négatif sur la capacité du système de câblage à maintenir les niveaux SNR requis par les applications utilisant la technologie DSP.

La possibilité qu’un câble se comporte comme une antenne peut être vérifiée expérimentalement en plaçant deux câbles équilibrés en série, en injectant un signal dans un câble pour simuler une antenne d’émission sur une gamme de fréquences balayée, et en mesurant l’interférence sur un câble adjacent pour simuler une antenne de réception[2]. En règle générale, plus la fréquence de la source de bruit est élevée, plus le risque d’interférence est important. Comme le montre la figure 7, le couplage entre deux câbles UTP (en noir) est au minimum 40 dB plus mauvais que l’interaction entre deux câbles F/UTP correctement mis à la terre (en bleu). Il convient de noter que 40 dB de marge correspondent à un couplage de tension 100 fois inférieur, ce qui confirme les prévisions modélisées. Il est clair que le câble UTP rayonne et reçoit (c’est-à-dire qu’il se comporte comme une antenne) beaucoup plus que le câble F/UTP !

Un deuxième mythe sur les antennes est lié à la croyance erronée selon laquelle les signaux de mode commun apparaissant sur un écran ou un blindage ne peuvent être dissipés que par un chemin de mise à la terre à faible impédance. La crainte est qu’un écran non mis à la terre rayonne des signaux qui « rebondissent » et « s’accumulent » sur l’écran/le blindage. En réalité, s’il n’est pas mis à la terre, un écran/blindage atténuera encore considérablement les signaux à haute fréquence en raison du filtre passe-bas formé par sa résistance, sa capacité de dérivation distribuée et son inductance en série. Les effets de l’absence de mise à la terre des deux extrémités d’un câble à paires torsadées peuvent également être vérifiés à l’aide de la méthode expérimentale précédente. Comme le montre la figure 8, le couplage entre deux câbles UTP (en noir) est toujours inférieur d’au moins 20 dB à l’interaction entre deux câbles F/UTP non mis à la terre (en bleu). Il convient de noter qu’une marge de 20 dB correspond à un couplage de tension 10 fois inférieur. Même dans les pires conditions, sans mise à la terre, le câble UTP se comporte davantage comme une antenne que le câble F/UTP !

Figure 8 : UTP VS. Susceptibilité F/UTP sans mise à la terre

Les résultats modélisés et expérimentaux réfutent clairement le mythe de l’antenne. C’est un fait que les écrans et les blindages offrent une immunité au bruit considérablement améliorée par rapport aux constructions non blindées au-dessus de 30 MHz, même en cas de mise à la terre incorrecte.

Le mythe de la boucle de terre

Un mythe répandu veut que les boucles de terre n’apparaissent que sur les systèmes de câblage blindés. La crainte est que les boucles de terre résultant d’une différence de potentiel de tension entre les connexions de terre d’un système de câblage blindé/écran provoquent des courants de mode commun excessifs, ce qui peut nuire à la transmission des données. En réalité, tant les écrans et les blindages que les paires torsadées équilibrées d’un câble UTP sont affectés par les différences de potentiel de tension aux extrémités du canal.

La différence d’impédance de terminaison en mode commun du transformateur au niveau du NIC et de l’équipement de réseau entraîne naturellement un courant de bruit en mode commun induit sur chaque paire torsadée. La mise à la terre du système blindé/écran en plusieurs endroits peut également entraîner un courant de bruit de mode commun induit sur le blindage de l’écran. Toutefois, ces courants de bruit de mode commun n’affectent pas la transmission des données car, quelle que soit l’amplitude de leur tension, leur forme d’onde est toujours associée au profil de l’alimentation en courant alternatif du bâtiment (c’est-à-dire 50 Hz ou 60 Hz). En raison de l’excellent équilibre du câblage aux basses fréquences, les courants de mode commun induits sur la paire torsadée, soit directement par les différentiels d’impédance de l’équipement, soit couplés à un écran/blindage, sont simplement soustraits par l’émetteur-récepteur dans le cadre de l’algorithme de transmission différentielle.

Pourquoi utiliser un câblage blindé ou entièrement blindé ?

Les avantages de l’utilisation de systèmes blindés et entièrement blindés sont nombreux :

1. Réduction de la diaphonie paire à paire dans les conceptions entièrement blindées

2. Réduction de la diaphonie étrangère dans les conceptions blindées et entièrement blindées

3. Les diamètres des câbles blindés de catégorie 6A sont généralement plus petits que ceux des câbles UTP 6A, ce qui permet un meilleur remplissage/utilisation des voies.

4. Immunité au bruit considérablement améliorée à toutes les fréquences et en particulier au-dessus de 30 MHz, lorsque l’équilibre du câble commence à se dégrader de manière significative.

5. Dissipation supérieure de la chaleur pour des exigences de regroupement moins restrictives en cas d’alimentation à distance (par exemple, alimentation par Ethernet ou PoE) et/ou de fonctionnement dans des environnements à température élevée.

Conclusions

La marge SNR réalisable dépend des propriétés combinées de l’équilibre du câblage et de l’immunité aux bruits de mode commun et de mode différentiel fournie par les écrans et les blindages. Les applications dépendent d’une marge SNR positive pour assurer une transmission correcte du signal et un TEB minimal. Avec le déploiement du 10GBASE-T, il est devenu évident que l’isolation du bruit fournie par un bon équilibre est à peine suffisante pour atteindre les objectifs de transmission. Les avantages en matière de diaphonie et d’immunité au bruit offerts par les conceptions de câblage F/UTP et S/FTP ont attiré l’attention des développeurs d’applications à 4 paires et à une paire, ainsi que des prescripteurs de systèmes. On dit souvent que l’industrie des télécommunications a bouclé la boucle en ce qui concerne la spécification de son type de média préféré. En réalité, les systèmes de câblage blindés et entièrement blindés d’aujourd’hui représentent une fusion des meilleures caractéristiques de performance électrique des deux dernières générations de câblage LAN : un excellent équilibre pour protéger contre les interférences à basse fréquence et un blindage pour protéger contre les interférences à haute fréquence.

Rev F 6/22