Приветствую, Хабр!
Так много уже было сказано о стандарте 10BASE-T1L, но я не нашел ни одного решения (я именно про схемотехнику, которую можно применить в своем устройстве). И вот, как по заказу, потребовалась реализация передачи данных на длинные расстояния. Как альтернативы рассматривались, конечно, DSL и RS-485, но так как гнать нужно звук, я решил попробовать 10BASE-T1L.
Итак, для начала, что же такое 10BASE-T1L? Это стандарт физического уровня Ethernet (IEEE 802.3cg-2019) со скоростью передачи данных всего 10 Мбит. Но длина линии связи может достигать одного километра (по некоторым источникам, до двух километров), и все это по одной витой паре проводов.
Я нашел только две микросхемы приемопередатчиков T1L: это DP83TD510ERHBR (от Texas Instruments) и ADIN1100CCPZ (от Analog Devices). Остановиться решил на втором варианте, так как уже встречался с физиками Ethernet от аналога и показали они себя неплохо, а также они доступны к заказу, что на данный момент очень актуально.
По схеме выше видно (слева), что на вход микросхемы от хоста нам нужен MAC-уровень MII/RMII. Соответственно, в своем проекте я могу подключить микросхему напрямую к RMII процессора/контроллера без каких-либо преобразований. Даже скажу больше — можно сделать отдельные модули, устанавливая которые можно получать на выходе устройства 10BASE-T1L либо стандартный Ethernet 10/100/1000.
Удалось найти описание некого кита «DEMO-ADIN1100D2Z», в котором была структурная схема, представленная ниже. На ней видно, что отладка реализована на двух микросхемах физики, соединенных по RGMII.
Для тестирования и отладки микросхемы будет довольно удобно использовать двойное преобразование 10BASE-T <-> RMII <-> 10BASE-T1L (и обратно). Получается, можно разработать устройство в виде отдельного блока и попробовать подключения с разными кабелями и между различными устройствами. Вторую физику можно выбрать любую, но пара ADIN1100 + ADIN1200 стоят в розницу около 1 000 рублей (на данный момент), что вполне приемлемо.
Так как мне не нужно никакого программного конфигурирования микросхем, я смело могу выкинуть из данной схемы микроконтроллер, USB/UART и т. д. Передача питания по линии данных (PoDL) мне тоже не нужна, хотя микросхема это позволяет.
Обеим физикам необходимо всего одно внешнее питание 3,3В. Чтобы диапазон входного напряжения был широким (до 60В), я использовал DC/DC TPS54560DDAR (от Texas Instruments), тем более что появился его аналог (pin-to-pin) RT6365GSP (от Richtek). Таким образом, у меня получилось три микросхемы на плате.
Находим в даташитах, как необходимо реализовать клоки микросхем.
Отлично. Можно поставить один генератор на 50 МГц. Ниже представлена схема устройства. Самые глазастые могут заметить, что схема несколько отличается от фотографии платы. Я удалил некоторые конфигурационные резисторы (которые точно не пригодятся в дальнейшем) и тестовые точки, так как все отладил на первой итерации платы.
Что примечательно, ADIN1100 очень чувствительна к подтяжкам. Решил немного оптимизировать схему по номиналам, а нет. Например, для сигнала сброса микросхемы не подойдет резистор 1 кОм, а для выбора режимов работы не подойдут 10 кОм. Потратил на эту проблему два дня.
Для удобства тестирования, а может и для дальнейшего применения, решил развести плату в розетке Ethernet. Для одного из прошлых проектов было куплено пара сотен розеток, половина осталась.
Для тестирования использовал несколько катушек кабеля cat.5e, соединенных последовательно (одна пара). Общая длина получилась 590 метров. Длина кабеля от 56 метров до 590 никак не влияет на скорость соединения. На прием/передачу у меня получилось в среднем 7-9 Мбит. Пока не понял, почему не дотягивает до 10, хотя в моменте бывает и 12.
Игровой сервер с криперами и порталом в Незер. Добывайте ресурсы, стройте объекты, исследуйте мир Selectel в Minecraft и получайте призы.
Первая итерация платы была сделана на четырех слоях, но, если убрать всю ненужную конфигурацию, вполне реально развести и на двух. Пока прикинул новую плату (по схеме выше), получается примерно так. Монтаж односторонний.
Неожиданно при скорости интернета 20 Мбит, 8,5 на ПК кажутся вполне себе нормальными для серфинга в интернете, но задача, конечно, не в том, чтобы увеличить расстояние от роутера до компьютера.
Также решил попробовать на разных кабелях. По замерам витая пара ведет себя лучше, чем обычный провод, что, в принципе, логично.
Светодиоды на Ethernet-разъеме отображают линк и данные. Около разъема питания, соответственно, наличие питания и линк по T1L.
Подводя итоги: вполне реально реализовать длинную линию Ethernet, хоть и на низкой скорости. Достаточно пары таких коммутаторов и длинного кабеля. Надеюсь, схема устройства кому-то пригодится в своих проектах.
Спасибо за внимание и успехов!
Комментарии (45)
nikolz
04.08.2025 08:26Как альтернативы рассматривались, конечно, DSL и RS-485, но так как гнать нужно звук, я решил попробовать 10BASE-T1L.
Можно подробнее, почему отказались от SHDSL (дальность по витой паре до 20 км) И как на решение повлияло, то что это звук?
the_bat Автор
04.08.2025 08:26Во-первых, нам не нужна такая дальность. Во-вторых, ранее мы использовали модули на плату формата Ethernet-DSL, так вот их цена сейчас зашкаливает. То есть актуально только действительно на больших расстояниях, когда альтернативы нет. В-третьих, это как раз реализация SIP. Куда проще использовать стандартно через Ethernet, чем реализовывать протокол, например на RS485, хотя я почти уверен, что это уже есть (я тут не говорю про оптику и DSL).
nikolz
04.08.2025 08:26а беспроводные технологии почему не подходят?
the_bat Автор
04.08.2025 08:26Есть предприятия, где запрещена беспроводка. Особенно это касается систем оповещения, пожарки и т.д. Необходима высокая надежность. Там еще и резервирование проводных линий необходимо.
nikolz
04.08.2025 08:26Поясните, как влияет тот факт,что передаете звук? Если правильно понимаю, то у вас связь точка-точка. Коллизий нет. Звук упаковывается в пакет TCP/IP. В итоге нет никакой разницы звук это или нет. Все верно?
Вроде и упаковка в пакет без надобности, но это уже к формированию посылок.
HardWrMan
04.08.2025 08:26Там двунаправленная связь. Звук не в смысле музычку гонять из центра, звук в смысле двухсторонняя телефонная связь. Упоминался SIP, вроде как. А ещё, параллельно можно управление пустить с контролем исполнения.
nikolz
04.08.2025 08:26Т е реализуется IP телефония, но лишь точка-точка ?
the_bat Автор
04.08.2025 08:26SIP телефония. Происходит увеличение расстояния между роутером и конечным устройством в сети. Обмен данными между различными оконечными устройствами реализуется через роутер.
nikolz
04.08.2025 08:26Если правильно понял статью, то речь идет не о SIP телефонии , а ее урезанном варианте соединить два ПК. Для sIP телефонии зачем что-то делать отдельно? Можно использовать VoIP в сети без создания спец. приемо-передатчика. Что не так?
the_bat Автор
04.08.2025 08:26Если устройство, будь то ПК или пульт диспетчерской связи, расположено на расстоянии 1км от коммутатора (роутера/сервера и т.д.), то нужно как-то удлинить линию связи, так как стандартный Ethernet - это 100м.
nikolz
04.08.2025 08:26Т е ПК в бункере стоит? Сети никакой нет? Если есть, то зачем еще что-то делать?
HardWrMan
04.08.2025 08:26Как минимум - нестабильность и полудуплексный характер эфира как среды передачи данных. Ну и лишние излучения в окружающую среду не особо хочется производить по разным причинам (от безопасности до лицензирования).
HardWrMan
04.08.2025 08:26По замерам витая пара ведет себя лучше, чем обычный провод, что, в принципе, логично.
А коаксиал пробовали? Я ещё помню сети на коаксиале, там, правда, и трансивер другой на плате и плечо сегмента только 300 метров (с усилителями можно удлинить до 1,5 километра) и терминаторы на концах.
miksoft
04.08.2025 08:26А когда-то раньше пускали обычный 10BASE-T по кабелю П-296. А если расстояние не столь большое, то по двум полевкам.
Правда, мог потребоваться подбор оконечных коммутаторов. Не все устойчиво работали.
sanchas
04.08.2025 08:26Что ж, решение интересное, возьму на заметку, может пригодится. Стандарт новый, информации не особо много, возникает несколько вопросов:
1) Как у подобных линий с помехозащищенностью и грозозащитой? Вспоминаю как у провайдеров начала нулевых легко выгорали коммутаторы после грозы.
2) Из статьи не совсем понятно назначение. Косвенно по фразам "так как гнать нужно звук" и "но задача, конечно, не в том, чтобы увеличить расстояние от роутера до компьютера" я предполагаю, что речь о некоторой системе аварийного оповещения. Я угадал?
3) Если требуется передавать ТОЛЬКО голос, не рассматривали ли вы аналоговую передачу, или передачу модулированного сигнала как в советских радиоточках?
4) Вы пишете, что у RS-485 скорость низковата, однако есть кодеки (например OPUS), которые ужимают голос до нескольких килобит в секунду, при неплохом качестве (для голоса). Рассматривали ли их применение?
5) Много ли оборудования поддерживает IEEE 802.3cg-2019? Не будет ли с этим проблем? Или у вас будет два подобных устройства по концам длинной линии?the_bat Автор
04.08.2025 08:26Я там ответил выше. У микросхемы, конечно есть защита ESD, но грозозащиту нужно делать отдельно.
Вы угадали, да. Это для системы оповещения внутри зданий.
Нужна реализация полноценного SIP. Голос, управление, web и т.д. Единственное, что подходило под задачу - это RS-485 (не считая DSL).
Нет, я про скорость RS-485 не писал. Да, рассматривали. Хочу получить универсальное модульное решение. Воткнул один модуль - на выходе Eth 10/100/1000. Воткнул другой - T1L. Чтобы для линукс все было прозрачно и он ничего не знал о физике (на сколько это возможно).
Думаю мало. У меня один блок встроен в устройство, второй около роутера. Планирую сделать свитч с несколькими портами T1L, думаю с этим проблем не будет. Это для случая, когда нужно несколько устройств одновременно, пока такой задачи нет.
miksoft
04.08.2025 08:26Это для системы оповещения внутри зданий.
Но это же требует электропитания для оконечных устройств.
На прошлой работе такое делали обычным усилителем и специальными колонками с трансформаторами внутри, как у радиоточки. Работало отлично. И никакой активной электроники на местах не требовало.
the_bat Автор
04.08.2025 08:26Это не для динамиков. Это для системы связи. Диспетчерский пульт, переговорное устройство и т.д.
nikolz
04.08.2025 08:26нашел только две микросхемы приемопередатчиков T1L: это DP83TD510ERHBR (от Texas Instruments) и ADIN1100CCPZ (от Analog Devices).
А это ?
the_bat Автор
04.08.2025 08:26LAN8742 - это другой стандарт (не 10BASE-T1L). Обычная физика 10/100 на 200 метров кабеля.
В элитане стоимость ADIN1100 в два раза ниже.
checkpoint
04.08.2025 08:26Не пробовали включать по обычному "полевику" ? Интересует какое расстояние можно получить и для каких скоростей.
the_bat Автор
04.08.2025 08:26Не пробовал. Банально нет длинного кабеля для проверки. Да и задачи такой нет пока.
CitizenOfDreams
04.08.2025 08:26Какая-то ну очень нишевая технология, для очень особенных сценариев. "Ethernet, только в десять раз дальше и в сто раз медленнее". Я бы сказал, что в большинстве случаев разумнее будет применить что-то более традиционное - обычный Ethernet с коммутаторами через каждые 100 метров или оптоволокно.
the_bat Автор
04.08.2025 08:2610, а то и 20 репитеров - это сильно. Для какого-нибудь проводного датчика или SIP переговорки. Оптика - да, но подходит далеко не всем.
Sun-ami
04.08.2025 08:26Что-то этот стандарт почти не развивается - с 2021 года так и не появилось коммутаторов с портами 10BASE-T1L, и микросхем Phy тоже не густо - всё те же недешевые Analog Devices и Texas Insruments. Интересно, почему так? Он мало кому нужен? Но ведь для проводной связи масштаба территориально крупного предприятия он вроде подходит отлично, и часто позволяет использовать даже телефонную проводку. Или другие фирмы его не осилили, особенно китайцы, а без этого выходит слишком дорого?
aborouhin
Очень любопытный стандарт, актуально, чтобы оптику не тянуть туда, где трафик сугубо служебный. А не подскажете (если интересовались):
Есть какие-то готовые решения под этот стандарт, скажем, в формате SFP-модуля? Что-то сходу ни на отечественных маркетплейсах, ни на Али не нашёл...
Если требуется только одна пара, значит ли это, что задействовав все 4 пары в кабеле (и объединив получившиеся интерфейсы программно в bond, например), можно выжать 40 Мбит/с? Ну или ответвлять по одной паре по пути (для камер наблюдения прям идеально)? Или сигналы из разных пар будут мешать друг другу?
Что с грозозащитой? Через стандартную для Ethernet если подключить, будет работать? Такие расстояния ж в основном наружно прокидывать надо.
the_bat Автор
SFP модули использовали только для передачи данных HDMI. Мне кажется, что для данного стандарта оптика не очень подходит, так как можно изначально полноценный Ethernet запаковать в оптику.
Вот не знаю, тоже думал по поводу bond, но не знаю на сколько это реализуемо.
Грозозащиту нужно делать отдельно. Там амплитуды 1/2,4В. Этот модуль чисто для тестов реализации сделан. В конечном проекте планируется прокидывать сеть по помещениям заводского типа, но думаю, что все равно придется защищать линии.
blind_oracle
Тут имеется в виду SFP, реализующий 10BASE-T1L по витой паре, как в статье, а не по оптике.
Бондинг хорош только если есть несколько потоков данных (лучше много), которые можно раскидать по линках используя хеш. Если там один поток, то будут нарушения порядка прихода пакетов (один линк чуть быстрее другого) и всякий реордеринг в результате...
the_bat Автор
Понял. У меня SFP ассоциируется с оптическими модулями.
HardWrMan
Но ведь есть и медные патчи...
Или на штатный RG45 повышенной скорости...
aborouhin
Спасибо за ответ.
По п. 1 - я имел в виду возможность заменить данным стандартом оптику. Если у меня есть поле на несколько гектар (а оно у меня есть :), в разных углах которого то камеры наблюдения, то контроллер чего-то там - то вариантов бюджетно соединить вот это всё не особо много. Беспроводной связью покрывать такую площадь разоришься (скоростей LoRa мало). Оптика - более дорогие свитчи на кучу SFP плюс медиаконвертеры у оконечных железок плюс заказывать сварку. На витую пару ставить промежуточные свитчи/репитеры каждые 100 метров тоже головная боль... Пока что у меня базовый вариант, как я это буду делать, всё же оптика. И судя по ценам на готовые решения для 10BASE-T1L (см. комментарий ниже) так и останется...
HardWrMan
Я очень удивился, когда обнаружил на местом маркетплейсе продажу готовых оптических патчкордов на разные модальности, длину и коннекторы. А уже на вашем маркетплейсе я купил 2 конвертера еа 1Гбит с гнездом SC за недорого.
Скрытый текст
Но опять же, оптика это скорость, гальваническая развязка и надёжность. Возможно, эти параметры избыточны в вашем сценарии.
TinyQ
вроде встречаются разные готовые варианты
DM7055 - 10BASE-T1L SFP+ Module
IVT-LAN9002SPE - 10BASE-T1L/10BASE-T
FC621 - USB 10BASE-T1L Stick
aborouhin
Спасибо. Цену (и возможность купить в РФ) нашёл только на второе. Для единичной линии ещё ОК, а для задачки, скажем, раскидать линии к паре десятков камер наблюдения по полю уже не бюджетно - дешевле оптику протянуть с копеечными SFP/медиаконвертерами даже с учётом заказа сварки на стороне, чем на каждый линк 13,5 т.₽ за два конвертора на концах платить (ну и минус беспокойство про грозу заодно).