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Kabellängenmessgerät selber bauen - Ethernet-PHY nehmen (Elektronik)

verfasst von Eberhard , 11.02.2015, 12:39 Uhr
(editiert von Eberhard am 11.02.2015 um 12:47)

» Hallo @all,
»
» ich bin gerade dabei zu versuchen mir ein Gerät zur Kabellängenmessung
» selber zu bauen und bräuchte euren Rat.
»
» Bisher habe ich mir ein Impulsgenerator gebaut der mit ein Rechteckimpuls
» auf die zu prüfende Leitung gibt. Dieser ist je nach Kabelart auch
» einstellbar.
»
» Der nächste Schritt ist nun das Empfangen der Reflexion. Dazu benötige ich
» einen Timer bzw. Counter der die Laufzeit zwischen den Impulsen misst. Da
» die Impulse sehr kurz und schnell sind (Nanosekundenbereich bzw. bei einem
» Kilometerlangen Kabel im Mirkosekundenbereich) bräuchte ich einen sehr
» schnellen Mikrokontroller, der die Impulse abtasten kann.
»
» Dazu bräuchte ich euren Rat, könnt ihr mir für diese Aufgabe einen
» Mikrocontroller empfehlen bzw. gibt es eine reine Hardwarelösung dafür bei
» der man keinen Controller programmieren muss.
»
» Ich bin für alle Ratschläge dankbar.
»
» MfG

Einige Ethernet-PHYs haben eine TDR-Funktion integriert, die man sehr einfach über das MII-Management-Interface* des PHYs nützen kann.

Hierfür muss man über das PHY-MIIM zunächst den TDR-Mode initialisieren und dann nach Status-Auswertung (nicht abgeschlossene Leitung bzw. Unterbrechung, Kurzschluss, korrekter Leitungsabschluss, TDR-Fehler) nur noch einen Zählerwert auslesen und mittels einfacher Festkommamultiplikation in Meter umrechnen.

Z.B. der weit verbreitete Fast-Ethernet-PHY KSZ8041TL/FTL (Hersteller Micrel) erlaubt TDR-Messungen bis 200m mit einer Auflösung von 2m.
Diese Kabel-Diagnose wird bei Micrel LinkMD genannt.

Für eine TDR-Messung muss das MII des PHYs nicht an einen MAC angeschlossen sein (aber auf definierten Pegeln liegen).
Man benötigt also keinen µC mit einem Ethernet-MAC, lediglich zwei I/O-Pins zum Anschluss des MIIM.

Praktischerweise verwendet man den bei Ethernet üblichen 1:1-LAN-Übertrager, an dem das zu messende Kabel (sehr wahrscheinlich ein verdrilltes Leitungspaar) angeschlossen wird. Bei einem LAN-Kabel kann ggf. per MIIM-Software eines der beiden Leitungspaare für die Messung ausgewählt werden.
Der PHY dient als Leitungstreiber und als Empfänger (AGC mit typisch 50mV Empfindlichkeit).

Falls man jedoch ein komplettes Messsystem mit Ethernet-Anschluss realisieren möchte, könnte man statt einem PHY z.B. einen 3-Port-Switch nehmen, wobei ein Port davon (mit TDR-Unterstützung) zum Messen dient, der 2. Port zum PC-Anschluss und der 3. Port (meist ein MII oder RMII) an den Auswerte-µC angeschlossen wäre, der dann natürlich einen Ethernet-MAC haben muss, über dessen MIIM man nun etwas eleganter Zugriff auf die TDR-Register des Switches hat.

Für die komplexe Switch-Lösung mit Ethernet-Anbindung benötigt man schließlich noch geeignete Netzwerk-Software.
Für die reine PHY-basierende Messmethode reichen dagegen zwei I/O-Pins und ein paar wenige µC-Befehle.

* Genannt MIIM, bestehend aus zwei Leitungen MDIO und MDC, die ggf. per Bit-Banging bedient werden können (falls der µC keinen Ethernet-MAC hat, das ein Hardware-MIIM beinhaltet). MDIO ist bidirektional und benötigt normalerweise einen Pull-Up-Widerstand.