イーサネットケーブルが接地されていないのはなぜですか？

従来のイーサネット8P8C（ "RJ45"）ピン配列には専用のGNDはありません。^[1]

RS-232やUSBなど、独立した電源を持つデバイスの相互接続に使用される他の多くのケーブルタイプとは異なり、イーサネット仕様にグランドが含まれないのはなぜですか？

下の画像のPOE 48ボルトを無視すると、イーサネットが両側でトランスを使用していることがわかります。

この方法では、コモンモード電圧が通常1500Vを下回っている限り、コモングランドは必要ありません。トランスの絶縁仕様。

また、ボーナスとして、POEの仕組みも理解できます。（ 802.3at）

ただし、CAT6A 多くの場合、シールドコネクタがあります。シールドは、ソケット内の小さなフラップを使用してシャーシに接地されます。

ソース画像

イーサネットが接地されていないのはなぜですか？2つの理由があります。
ます。1.デバイス間にグランドループを作成します
。2.デバイスは、移動または処理されるケーブルで一般的なESDの影響を受けやすくなります（ケーブルの摩擦帯電）

イーサネットがグランドループの影響を受けやすい理由は、次のとおりです。

1. ループは他のケーブル仕様よりもはるかに大きく、デバイス間が100mになる可能性があります。USBは5m、RS232 usは15mです。イーサネットデバイスは別の部屋にある可能性が高くなりますが、USBデバイスは通常、コンピューター（またはハブ）に接地され、同じ接地または同じ主回路の同じ部屋にあります。
2. イーサネットの電圧は、±10Vで、電流は約10mAです。RS232は5Vまたは15Vではるかに高くなります。USBは3.3Vです。これにより、エラーが発生しやすくなります。

イーサネットの仕様を設計した企業とエンジニアは、このことを念頭に置いていました（仕様には多くの考えがあります）

送信機と受信機の間にグランドがある場合、グランドループが作成されます。このグランドループはケーブルによって形成され、リターンパスは以下に示すように電源グランドになります。ループを流れる磁場は、ケーブル（およびループの残りの部分）に沿って電流を生成します。信号線を分離した場合でも、線間の相互インダクタンスのために問題になります（線が互いに並んでいると、電流が一方から他方に結合する可能性があります）。これはノイズを注入します（そして潜在的なビットエラーとパケット損失を引き起こします）。

したがって、デバイス間にアイソレーショントランスを追加すると、ループが切断され、トランスミッタとレシーバの間で高速信号を送信できます。ガルバニック絶縁のもう1つの利点は、大きな静電気放電が発生した場合に、デバイスへのケーブルのインピーダンスを増加させることです。

これは2つのデバイス間のアイソレーションの例であり、イーサネットには2つのアイソレーショントランスがありますが、結果は同じであり、グランドループを破壊します（そして、ツイストペアとコモンモードチョークに関連してコモンモードノイズを低減します）。

地上ループに関するウィキペディアの画像

1. 差動信号方式とは、基準点として共通のグラウンドを必要としないことを意味します。また、通常は接地されているシールドの必要性を無効にします。
2. DC電力の伝送がないため、共通のグランドが不要になり、ポイント3が可能になります。
3. ガルバニック分離により、接地は逆効果になります。仕様では、さまざまな可能性のあるデバイスが連携して動作できるようにするために多大な労力を費やしているため、アース線を追加するとこの労力はほとんど無効になります。

/編集：Tom Carpenterが指摘したように、適切に実装されたPOEは、絶縁されたDC-DCコンバーターで、依然として電気的絶縁と「接地電位の配線なし」特性を保持します。（OK、POEはガルバニック分離部分を破壊し、はっきりと見えないような接地を追加しますが、それはそこにあります。しかし、POEは仕様の元の部分ではなく、イーサネット上のハックです。非POEデバイスは元の利点を保持します）

USBには差動信号もありますが、DC電力も伝送します。電力供給の可能性が存在するだけで、共通基盤が必要になります。

RS-232は電力を供給しませんが、信号は自己完結型の差動ペアではなく、グランドを基準にした単一のワイヤであるため、共通のグランドが必要になります。

接地は、物事をつなぐための最終的な解決策であると誤解されることがよくあります。ただし、ほとんどの場合、短期間の場合でも、接地は解決するよりも多くの問題を追加します。

あらゆる距離でグラウンドを共有することの問題は、両端が同じグラウンド電位にあると仮定していることです。本当かもしれない完璧な世界では、実生活ではほとんどありません。

配線不良、グランドリーク、またはEMIが原因であるかどうかにかかわらず、このモニターのここにあるグラウンドは、テレビのそこにあるグラウンドとは異なります。そのため、それらの間にグランドを含むケーブルを配線すると、そのグランドに電流が流れます。

さらに、共通グランドは信号の現在のリターンパスになります。つまり、実際にはノイズがグランドラインに追加されています。通信システムが複数のラインを使用している場合、それらは同じリターンパスを効果的に共有し、電流ははるかに複雑になり、共通グラウンドではノイズがさらに悪化します。

ケーブルが長いほど、その接地ケーブルに沿ってより大きな電圧差が明らかになります。十分な差がある場合、グランドと信号電圧の差が非常に低くなるため、信号を区別できなくなります。

以下の画像はこれを示しています。遠くに地面の上に2つのライトがあることに注意してください。素敵な固体地面を使用すると、中央の2つで点灯しているライトを簡単に確認できることがわかります。ただし、地面の境界を特定するのが難しい右側の状況では、それが強光か弱光かを判断することはできません。

ETHERNETや他の差動通信システムのような標準は、地面の必要性を完全に排除する異なる技術を使用しています。

プラスとマイナスの信号を2本の専用線で送信することにより、受信機は渡された基準電圧と比較するのではなく、それらの線の差を調べることで信号を取り出すことができます。（つまり、「地面」）。以下の画像は、これがどのように機能するかを示しています。右側のノイズの多い信号でも、どの信号が送信されているかを確認できます。

この手法により、信号をはるかに長い距離にわたって送信できるだけでなく、システムのコモンモードノイズの影響を受けにくくなります。各信号の電流パスもこれらの2本の専用ワイヤに制限されているため、信号間のリターンパスの共有はなくなります。

特にイーサネットでは、トランスフォーマーを使用してワイヤに接続し、伝送媒体と送信機/受信機を完全に分離します。

これまでのところ、答えは1つの重要な要素を見逃していました。カップルノイズのシールドです。

イーサネット標準には、数十年にわたってUTPとSTP（非シールド/シールドツイストペア）の両方が含まれています。

IBMは、トークンリングとの互換性のため、STPの最初の組み込みに大きな影響を与えました。STPシールドは、差動ペアに追加のノイズ保護層を提供するという主張でした（価格のわずか5倍でお買い得です！）。しかし、実際の経験では、シールドがパフォーマンスを低下させることがすぐに実証されました。電気ノイズの点源はシールドに結合され、ノイズはツイストペアに結合されるケーブルの全長になりました。

シールドはクロストークも増加させる可能性があります。ペアはわずかに異なるレートでツイストされています-典型的なスケジュールは、1フィートあたり11/12/13/14ツイストです。このように、インストール中にケーブルがねじれたり引っ張られたりしても、物理的にネストして寄生トランスを形成しません。これはうまく機能します。あなたが予想するよりもはるかに良い方法。しかし、ウィグリングはペア間でシールドを引き伸ばし、信号をシールドと他のペアに結合します。

イーサネットがガルバニック絶縁されており、USBがそうではない理由など、USBとイーサネットの質問とコメントが混ざり合っている場合：

USBの歴史とその使命について読んでください。それは、「低コスト」、「短距離」（5メートル）の信号ポートであり、家庭や職場のコンピューターに適したものであり、他のすべてのニーズよりも低コストでした。USBには、パラレルプリンターおよびRS232ポートでのデータレートのパフォーマンスを向上させるという使命もありました。

USBは製造されたすべてのPCに搭載されることになっていました。ユーザーが必要かどうか。つまり、低コストでなければなりません。パラレルプリンタポ​​ートとRS232ポート、および関連する大きなコネクタは、すべての一般的なコンピューターで深刻なコストペナルティがありました。そして、それはPCとラップトップをより高価で、より大きく、より重く、より多くの電力を消費させました。そのため、非常に「低コスト」であるUSBには、ガルバニック絶縁を実現するためのトランスがありません。また、周辺機器へのDC電源の供給が容易になります。より良い表現がないため、USBデータシグナリングは「半差動」です。それはケーブルの+および-ラインの電流であり、異なるトランジスタセットがそれぞれを駆動するため、数値的に約95％反対に一致します（+と-は常に完全に反対の電流値ではなく、わずかに誤差があります）ネット、+および-。

イーサネットの使命はこれまでもそうでもありません。「信頼できる」、「中距離」の通信、および低コスト。しかし、信頼できる中距離が最初に来ます。100メートルの中距離では、電気的な絶縁が非常に必要です。2つのデバイス（スイッチやPCなど）が数ボルトの接地電位差で2つの建物に接続されている場合、それはかなり悪いことであり、そのデータケーブルに意図しない望ましくない接地電流が流れます。そして、その望ましくない地面の流れは、データの品質を損なったり、機器を損なったり、場合によっては人々を危険にさらしたりするあらゆる種類の悪影響を及ぼします。

イーサネットには、それぞれの+と-を駆動する異なるトランジスタセットもありますが、信号トランスは+と-を一緒に短絡するため、最終的な+と-の電流フローはほぼ完全に正反対で、ほぼ1電子になります。したがって、真の差動シグナリングが実現されます。真の差動信号により、信号電圧レベルをさらに削減し、ケーブルの距離を延長し、増加させ、不要なEMIを削減できます。

後にイーサネット用のPoEが登場しました。PoEの使命は、周辺機器、つまりVoIP電話、カメラ、ドアアクセスユニットに「低コスト」のDC電源を提供することでした。PoEは通常、共通のイーサネットスイッチから出て、反対方向に最大100メートルの複数のデバイスに電力を供給します。そのPoE（48〜57）VDCは、すべてのデバイスへの「スター」接続です。これは、デバイス「PD」を使用する複数の電力が共通の供給を共有することを意味します（これは、PSEのRJ45コネクタごとの絶縁された電力ではありません）。したがって、PDのDC-DC絶縁コンバータ電源を介して、PoEの電源入力でもPDが（IEEE 802.3標準に従って）電力絶縁を維持するのはGUILTエッジの「必要」です。または、PDが完全に非導電性の場合 また、回路のグランドプレーンが建物のローカルグランドや他の近くの機器（実際に安価な周辺機器など）に接続されることはありません。残念ながら、PoE規格のIEEE 802.3では、これを明確に記述していません。

概要：イーサネットの両端にトランスがあります。変圧器の故障が発生した場合でも、PDリモートデバイスからイーサネットスイッチのPSEへのガルバニック絶縁は失われません。

PoEは、イーサネットスイッチで（低コストのために）DC電源の分離を断念し、この分離をPD周辺機器メーカーに任せます。これらの製造品を実際にチェックしている人はいません。IEEEが違反者に報奨金を支払うと、状況は改善されます。

新しいPoE規格であるIEEEは、より高い電圧と電流、さらに多くのPoE電力を考えており、品質と安全性の向上に向けて移行する必要があります。これらは、商用/産業用グレードまたはそれ以上の設置でのみ使用する必要があります。1）PSEでの各コネクタの完全な電源分離。2）PSEおよびPDの電源分離のテストレポートが必要であり、ファイルされ、一般にダウンロード可能です。PIの配線図を含めるため。3）メーカーの費用で、新しい標準を満たすすべてのPDのリストとともにサーバーを保守します。4）これらの改善のコストがローエンドの消費者市場にとって高すぎる場合でも、産業ニーズの深刻なレベルの基準、安全性、トレーサビリティを提供する場合は、産業グレードの標準化を検討してください。

イーサネットの仕様では、デバイスを互いに電気的に絶縁する必要があります- この投稿では、絶縁の意味について詳しく説明します。

あなたは電源と接地について述べたので、Power over Ethernet（PoE）に関するウィキペディアの記事はあなたに関係があるかもしれません。

RS-232とUSBの両方には、グランドを基準とした信号があります。そのため、必要です。（はい、USBのD +およびD-信号は、デバイス検出時にGNDを基準として互いに独立して使用されます）。イーサネット信号は純粋に差動であるため、GND基準は不要です。

TPイーサネット（$ DEITY！に感謝）が、ステーション間で共通のグラウンド基準を使用していない理由の1つは、十分に明確に言及されていません。

イーサネットケーブルは100メートルを超えて走ることができ、おそらく2つの建物を接続します。

十分に実行された接地システムでさえ、数十または数百メートル離れた2点で測定した場合の電位差は、0Vに近いことさえ保証されていません-電流の流れによりDCまたは低周波AC電圧が存在する可能性があります漏れ電流、実際の故障電流、過渡電流、または配線システムのミス/欠陥...）、およびあらゆる種類の干渉。

AC電位差は干渉を容易に引き起こしますが、接地されたケーブルシールドを流れる強い電流は実際に火災の危険に変わる可能性があります。

そして、これらはすべて、そもそも機器が適切に接地されていることを前提としていますが、そうでない場合はさらに悪いことが起こる可能性があります。

最悪ではありませんが、接地された（両側）シールドで発生する可能性のある悪い例：1台のPCがRCDなし（以前のTN -C-to-the-socket ...）配線システム。このPCは、ライブPCを金属ケースに接続する内部短絡を開発し、そのPCのすべての接地接続が接続されます。その接続のもう一方の端は、接地が正しく実装されているデバイスです。使用されるイーサネットケーブルは、可能な限り軽量で、シールド材が薄くなっています。また、5mのケーブルがなくなったため、30メートルの部分がコイルに巻かれています。その長さで、このシールドはちょうど適切な抵抗を持つ可能性があります（約15オームは「完全」です）240Vシステムの場合）ヒューズや自動装置を飛ばさない程度に小さいが、ケーブルシールドで1000ワットを超える電力を消費するのに十分な大きさの電流を流します。これは大量の煙を意味し、その周囲に着火する危険性はありません。

どうしてグランド接続がないと思いますか？

• 定義による「接地」は、いくつかのローカル回路の0V基準です。
• アースは、外部のテラフェルマに接続されています。

ご存知かもしれませんが、すべてのラップトップ/タブレットは、充電器のガルバニックトランス絶縁により、VGAケーブルなどの外部アースアースのあるポートに3極LCDモニターに接続しない限り、フローティングアースを備えています。

イーサネットには、バイフェーズエンコーディング方式のため、DCを含む低スペクトルの信号もありません。

さらに重要なのは、信号の整合性と出入力のEMI低減のために、信号は75Ω終端の伝送ラインであり、CMトランスと1：1のセンタータップトランスで平衡化されていることです。これにより、ユーザー側のCMインピーダンスが分離され、ケーブル側の差動インピーダンスは信号が存在する上位スペクトルのローカルグランドに維持されます。

以下の「接地接続」を参照してください

• 1000pFカップリングキャップおよび75オームターミネーター経由