IEC 61158-2:2000

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INTERNATIONALE #"!
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INTERNATIONAL
Deuxième édition
STANDARD
Second edition
2000-08
*+,-./-0/11234-+0353,6-.24,-5/,-,7,089/,
./-:;401<5/-34.+,013/5-=
>2103/-)?
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>210-)?
>C7,3:25-H27/1-,A/:3B3:203;4-24.
,/1E3:/-./B34303;4
Numéro de référence
Reference number
CEI/IEC 61158-2:2000
I+961;,-./,-A+G53:203;4, I+9G/134O

Depuis le 1er janvier 1997, les publications de la CEI As from 1 January 1997 all IEC publications are

sont numérotées à partir de 60000. issued with a designation in the 60000 series.

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Les versions consolidées de certaines publications de Consolidated versions of some IEC publications
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indiquent respectivement la publication de base, la the base publication, the base publication incor-
publication de base incorporant l’amendement 1, et la porating amendment 1 and the base publication
publication de base incorporant les amendements 1 incorporating amendments 1 and 2.

et 2.
J253.306-./-52-A16,/40/-A+G53:203;4 J253.307-;B-0C3,-A+G53:203;4
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;)$*8:+)*'*?7+*- 645%"'6+ @")+ &6*+ "0+ *1&(<5*0-=+ 20>*8:+ 6&)?*4+ $0>
#"5<('$-("0+>*6+@*&(''*6+(0>(?(>&*''*6: et la CEI 60617: #"5<('$-("0+ "@+ -/*+ 6(0;'*+ 6/**-6+ and+ IEC 60617:
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NORME CEI
INTERNATIONALE IEC
61158-2
INTERNATIONAL
Deuxième édition
STANDARD
Second edition
2000-09
Bus de terrain utilisé dans les systèmes
de contrôle industriel –
Partie 2:
Spécification de la Couche Physique et
définition du service
Fieldbus standard for use in industrial
control systems –
Part 2:
Physical Layer specification and
service definition
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– 2 – 61158-2  CEI:2000
SOMMAIRE
Pages
AVANT-PROPOS . 14

INTRODUCTION . 18

Articles
1 Domaine d'application. 22

2 Références normatives . 22

3 Définitions. 24
4 Symboles et abréviations . 30
5 Interface Couche Liaison de Données – Couche Physique. 34
6 Interface Gestion de Station – Couche Physique. 40
7 Sous-couche Indépendante du DCE (DIS). 42
8 Interface DTE – DCE . 44
9 Sous-couche Dépendante du Support (MDS): Supports filaires . 68
10 Interface MDS – MAU: Supports filaires . 76
11 Unité de Liaison au Support (MAU) en mode tension à 31,25 kbit/s
sur support filaire. 80
12 Unité de Liaison au Support (MAU) en mode tension à 1,0 Mbit/s sur support filaire . 110
13 Unité de Liaison au Support (MAU) en mode courant sur support filaire . 136
14 Unité de Liaison au Support (MAU) en mode tension à 2,5 Mbit/s sur support filaire . 160
15 Unité de liaison au support (MAU) en monofibre à 31,25 kbit/s sur support optique. 186
16 Unité de liaison au support (MAU) en double fibre à 31,25 kbit/s sur
support optique. 204
17 Unité de liaison au support (MAU) à 1,0 Mbit/s en double fibre sur support optique . 214
18 Unité de liaison au support (MAU) à 2,5 Mbit/s en double fibre sur support optique . 228
19 Sous-couche dépendante du support (MDS) support radio à faible vitesse. 240
20 Interface MDS – MAU: Support radio . 252
21 Unité de raccordement au support: support radio à faible vitesse. 256
22 Unité de Liaison au Support (MAU) en mode tension à 31,25 kbit/s sur
support filaire avec option faible puissance. 278
23 Unité de liaison au support (MAU) en mode courant (1 A) sur support filaire . 320

Annexe A (normative) Spécification du connecteur du Bus de Terrain CEI . 346
Annexe B (informative) Spécifications des câbles et longueurs du tronc et des
ramifications pour la MAU en mode tension à 31,25 kbit/s. 366
Annexe C (informative) Etoiles optiques passives . 370
Annexe D (informative) Topologie en étoile . 372
Annexe E (informative) Fibres alternatives . 380
Bibliographie . 382

61158-2 © IEC:2000 – 3 –
CONTENTS
Page
FOREWORD .15

INTRODUCTION . 19

Clause
1 Scope . . 23

2 Normative references. 23
3 Definitions. 25
4 Symbols and abbreviations . 31
5 Data Link – Physical Layer interface . 35
6 Station Management – Physical Layer interface . 41
7 DCE Independent Sublayer (DIS). 43
8 DTE – DCE interface. 45
9 Medium Dependent Sublayer (MDS): Wire media. 69
10 MDS – MAU interface: Wire media . 77
11 Medium Attachment Unit (MAU): 31,25 kbit/s, voltage mode, wire medium. 81
12 Medium Attachment Unit (MAU): 1,0 Mbit/s, voltage-mode, wire medium . 111
13 Medium Attachment Unit (MAU): Current mode, wire medium . 137
14 Medium Attachment Unit (MAU): 2,5 Mbit/s, voltage mode, wire medium . 161
15 Medium Attachment Unit (MAU): 31,25 kbit/s, single fibre mode, optical medium . 187
16 Medium Attachment Unit (MAU): 31,25 kbit/s, dual fibre mode, optical medium . 205
17 Medium Attachment Unit (MAU): 1,0 Mbit/s, dual fibre mode, optical medium . 215
18 Medium Attachment Unit (MAU): 2,5 Mbit/s, dual fibre mode, optical medium . 229
19 Medium Dependent Sublayer(MDS) low speed Radio medium . 241
20 MDS – MAU interface: Radio medium . 253
21 Medium Attachment Unit: Low speed radio medium . 257
22 Medium Attachment Unit (MAU): 31,25 kbit/s, voltage mode, wire medium, with
low-power option. 279
23 Medium Attachment Unit (MAU): current mode (1 A), wire medium . 321

Annex A (normative) IEC Fieldbus connector specification . 347
Annex B (informative) Cable specifications and trunk and spur lengths for
the 31,25 kbit/s voltage-mode MAU . 367
Annex C (informative) Optical passive stars . 371
Annex D (informative) Star topology . 373
Annex E (informative) Alternate fibres . 381
Bibliography . . 383

– 4 – 61158-2  CEI:2000
Pages
Figure 1 – Modèle général de la Couche Physique.20

Figure 2 – Correspondance entre les unités de données à travers l'interface DL – Ph .34

Figure 3 – Machines séquentielles DTE/DCE .54

Figure 4 – Unité de Données de Protocole (PhPDU) .68

Figure 5 – Codage et décodage des PhSDUs.70

Figure 6 – Règles de codage.70

Figure 7 – Préambule et délimiteurs.74

Figure 8 – Configuration d'essai du circuit d'émission .86
Figure 9 – Forme d'onde de sortie.88
Figure 10 – Gigue du bit émis (déviation du point de passage à zéro) .90
Figure 11 – Sensibilité du récepteur et réjection du bruit .92
Figure 12 – Gigue du bit reçu.96
Figure 13 – Ondulation et bruit de la source d'alimentation .100
Figure 14 – Coupleur de Bus de Terrain.104
Figure 15 – Résistances de protection .104
Figure 16 – Configuration d'essai du circuit d'émission .116
Figure 17 – Forme d'onde de sortie.118
Figure 18 – Gigue du bit émis (déviation du point de passage à zéro) .120
Figure 19 – Sensibilité du récepteur et réjection du bruit .122
Figure 20 – Gigue du bit reçu.126
Figure 21 – Ondulation et bruit de la source d'alimentation .130
Figure 22 – Coupleur de Bus de Terrain.134
Figure 23 – Résistances de protection .134
Figure 24 – Configuration d'essai pour MAU en mode courant .144
Figure 25 – Forme d'onde de sortie.144
Figure 26 – Gigue du bit émis (déviation du point de passage à zéro) .146
Figure 27 – Sensibilité du récepteur et réjection du bruit .148
Figure 28 – Circuit d'essai de bruit pour MAU en mode courant.152
Figure 29 – Gigue du bit reçu.152

Figure 30 – Configuration d'essai du circuit d'émission .166
Figure 31 – Forme d'onde de sortie.168
Figure 32 – Gigue du bit émis (déviation du point de passage à zéro) .170
Figure 33 – Sensibilité du récepteur et réjection du bruit .172
Figure 34 – Gigue du bit reçu.176
Figure 35 – Ondulation et bruit de la source d'alimentation .180
Figure 36 – Coupleur de Bus de Terrain.184
Figure 37 – Forme d'onde optique pour une MAU optique à 31,25 kbit/s
en mode monofibre .194
Figure 38 – Forme d'onde optique pour une MAU optique à 31,25 kbit/s
en mode double fibre .208
Figure 39 – Forme d'onde optique pour une MAU optique à 1,0 Mbit/s .220
Figure 40 – Forme d'onde optique pour une MAU optique à 2,5 Mbit/s .232

61158-2 © IEC:2000 – 5 –
Page
Figure 1 – General model of Physical Layer .21

Figure 2 – Mapping between data units across the DL – Ph interface .35

Figure 3 – DTE/DCE sequencing machines .55

Figure 4 – Protocol Data Unit (PhPDU) .69

Figure 5 – PhSDU encoding and decoding .71

Figure 6 – Encoding rules .71

Figure 7 – Preamble and delimiters.75

Figure 8 – Transmit circuit test configuration.87
Figure 9 – Output waveform .89
Figure 10 – Transmitted bit cell jitter (zero crossing-point deviation) .91
Figure 11 – Receiver sensitivity and noise rejection .93
Figure 12 – Received bit cell jitter .97
Figure 13 – Power supply ripple and noise .101
Figure 14– Fieldbus coupler .105
Figure 15 – Protection resistors .105
Figure 16 – Transmit circuit test configuration .117
Figure 17 – Output waveform .119
Figure 18 – Transmitted bit cell jitter (zero crossing point deviation) .121
Figure 19 – Receiver sensitivity and noise rejection .123
Figure 20 – Received bit cell jitter .127
Figure 21 – Power supply ripple and noise .131
Figure 22 – Fieldbus coupler .135
Figure 23 – Protection resistors .135
Figure 24 – Test configuration for current-mode MAU .145
Figure 25 – Output waveform .145
Figure 26 – Transmitted bit cell jitter (zero crossing-point deviation) .147
Figure 27 – Receiver sensitivity and noise rejection .149
Figure 28 – Noise test circuit for current-mode MAU .153
Figure 29 – Received bit cell jitter .153

Figure 30 – Transmit circuit test configuration .167
Figure 31 – Output waveform .169
Figure 32 – Transmitted bit cell jitter (zero crossing point deviation) .171
Figure 33 – Receiver sensitivity and noise rejection .173
Figure 34 – Received bit cell jitter .177
Figure 35 – Power supply ripple and noise .181
Figure 36 – Fieldbus coupler .185
Figure 37 – Optical wave shape template, 31,25 kbit/s, single fibre mode, optical MAU.195
Figure 38 – Optical wave shape template, 31,25 kbit/s, dual fibre mode, optical MAU .209
Figure 39 – Optical wave shape template, 1,0 Mbit/s optical MAU .221
Figure 40 – Optical wave shape template, 2,5 Mbit/s optical MAU .233

– 6 – 61158-2  CEI:2000
Pages
Figure 41 – Modèle général de la couche physique avec le support radio à faible vitesse .240

Figure 42 – Trames de code du bus de terrain à support radio et unités de données
physiques radio pour toutes les trames d'une séquence Ph-SDU correspondante
sauf la dernière .242

Figure 43 – Trame de code du bus de terrain à support radio et octets de

la correction directe d'erreurs.244

Figure 44 – Exemple de trames de code du bus de terrain à support radio et d'unités

de données physiques radio de la dernière trame de code de l'encodage

d'une séquence Ph-SDU .246

Figure 45 – Topologie des cellules radio et réutilisation des fréquences.260
Figure 46 – Topologie des segments radio entre des segments filaires .262
Figure 47 – Topologie combinée de bus de terrain à support radio et filaires .264
Figure 48 – Modulation par Déphasage Minimum avec filtrage gaussien avec Bn=0,41.268
Figure 49 – Enveloppe radio utilisant GMSK .270
Figure 50 – Configuration d'essai du circuit d'émission .286
Figure 51 – Forme d'onde de sortie.286
Figure 52 – Gigue du bit émis (déviation du point de passage à zéro) .290
Figure 53 – Polarité du signal.292
Figure 54 – Transition depuis la réception vers la transmission.294
Figure 55 – Sensibilité du récepteur et réjection du bruit .296
Figure 56 – Gigue du bit reçu.300
Figure 57 – Ondulation et bruit de la source d'alimentation .304
Figure 58 – Circuit d'essai pour les alimentations à une seule sortie .306
Figure 59 – Circuit d'essai dans le cas d'une alimentation à travers une barrière de SI .308
Figure 60 – Circuit d'essai pour les alimentations à plusieurs sorties avec dispositif
de couplage du signal entre les sorties .310
Figure 61 – Coupleur de Bus de Terrain.316
Figure 62 – Résistances de protection .316
Figure 63 – Configuration d'essai pour MAU en mode courant .328
Figure 64 – Forme d'onde de sortie.328
Figure 65 – Gigue du bit émis (déviation du point de passage à zéro) .330
Figure 66 – Sensibilité du récepteur et rejet du bruit .332

Figure 67 – Circuit d'essai de bruit pour MAU en mode courant.336
Figure 68 – Gigue du bit reçu.336
Figure 69 – Distorsion harmonique et bruit de l’alimentation.338
Figure A.1 – Connecteur interne du Bus de Terrain.346
Figure A.2 – Désignations des contacts pour le connecteur externe pour
environnements industriels sévères.350
Figure A.3 – Rainures, clés, ergots et rampes des baïonnettes du connecteur externe
du Bus de Terrain .352
Figure A.4 – Dimensions d'intermariabilité du connecteur externe du Bus de Terrain .354
Figure A.5 – Arrangement des contacts du connecteur externe du Bus de Terrain .356
Figure A.6 – Désignations des contacts pour le connecteur externe pour
environnements industriels typiques.358

61158-2 © IEC:2000 – 7 –
Page
Figure 41 – General Model of the Physical Layer with the low speed radio medium.241

Figure 42 – Radio Medium Fieldbus codeframes and Radio Physical Data Units for all
but the last codeframe of a corresponding Ph-SDU sequence .243

Figure 43 – Radio medium fieldbus codeframe and forward error correction octets .245

Figure 44 – Radio Medium Fieldbus codeframes and Radio Physical Data Units example

of last codeframe of a Ph-SDU sequence encoding .247

Figure 45 – Cellular radio topology and reuse of frequencies .261

Figure 46 – Radio segment between wired segments topology.263

Figure 47 – Mixed wired and radio medium fieldbus topology .265
Figure 48 – Gaussian Minimum Shift Keying modulation with Bn = 0,41 .269
Figure 49 – Radio envelope using GMSK .271
Figure 50 – Transmit circuit test configuration .287
Figure 51 – Output waveform .287
Figure 52 – Transmitted bit cell jitter (zero crossing point deviation) .291
Figure 53 – Signal polarity.293
Figure 54 – Transition from Receiving to Transmitting.295
Figure 55 – Receiver sensitivity and noise rejection .297
Figure 56 – Received bit cell jitter .301
Figure 57 – Power supply ripple and noise .305
Figure 58 – Test Circuit for Single-Output Power Supplies .307
Figure 59 – Test circuit for power distribution through an IS barrier.309
Figure 60 – Test circuit for multiple output supplies with signal coupling .311
Figure 61 – Fieldbus coupler .317
Figure 62 – Protection resistors .317
Figure 63 – Test configuration for current-mode MAU .329
Figure 64 – Output waveform .329
Figure 65 – Transmitted bit cell jitter (zero crossing point deviation) .331
Figure 66 – Receiver sensitivity and noise rejection .333
Figure 67 – Noise test circuit for current-mode MAU .337
Figure 68 – Received bit cell jitter .337
Figure 69 – Power supply harmonic distortion and noise .339

Figure A.1– Internal Fieldbus connector .347
Figure A.2 – Contact designations for the external connector for harsh
industrial environments .351
Figure A.3 – External Fieldbus connector keyways, keys, and bayonet pins and grooves .353
Figure A.4 – External Fieldbus connector intermateability dimensions.355
Figure A.5 – External Fieldbus connector contact arrangement .357
Figure A.6 – Contact designations for the external connector for typical industrial
environments .359

– 8 – 61158-2  CEI:2000
Pages
Figure A.7 – Connecteur externe du côté fixe (côté dispositif) pour environnements

industriels typiques: dimensions.360

Figure A.8 – Connecteur externe du côté libre (côté câble) pour environnements
industriels typiques: dimensions.360

Figure A.9 – Connecteur optique pour les environnements industriels typiques

(connecteur FC) .362

Figure A.10 – Connecteur optique pour les environnements industriels typiques

(connecteur ST) .364

Figure C.1 – Exemple d'une étoile optique passive par réflexion .370

Figure C.2 – Exemple d'une étoile optique passive par transmission.370
Figure D.1 – Exemple d'une topologie en étoile à 31,25 kbit/s en mode monofibre .372
Figure D.2 – Topologie multi-étoile avec une MAU à 1,0 Mbit/s .374
Figure D.3 – Exemple de mixité entre les supports filaire et optique pour
un débit binaire de 31,25 kbit/s .378
Figure D.4 – Exemple de mixité entre les supports filaire et optique pour
un débit binaire de 1,0 Mbit/s .378
Tableaux
Tableau 1 – Noms et valeurs des paramètres pour Ph-SETVALUE demande .40
Tableau 2 – Noms des paramètres pour Ph-EVENT indication .42
Tableau 3 – Signaux à l'interface DTE – DCE .46
Tableau 4 – Niveaux des signaux pour une interface DTE – DCE accessible .48
Tableau 5 – Règles de codage.70
Tableau 6 – Services minimaux à l'interface MDS – MAU.76
Tableau 7 – Niveaux des signaux pour une interface MDS – MAU accessible .78
Tableau 8 – Résumé des spécifications de niveau d'émission pour une MAU en mode
tension à 31,25 kbit/s .86
Tableau 9 – Résumé des spécifications temporelles d'émission pour une MAU en mode
tension à 31,25 kbit/s .86
Tableau 10 – Résumé des spécifications du circuit de réception pour une MAU en mode
tension à 31,25 kbit/s .92

Tableau 11 – Caractéristiques d'un dispositif alimenté par le réseau pour la MAU
en mode tension à 31,25 kbit/s.98
Tableau 12 – Prescriptions relatives à la source d'alimentation du réseau pour la MAU
en mode tension à 31,25 kbit/s.98
Tableau 13 – Résumé des spécifications de niveau d'émission pour une MAU en mode
tension à 1,0 Mbit/s.114
Tableau 14 – Résumé des spécifications temporelles d'émission pour une MAU en mode
tension à 1,0 Mbit/s.116
Tableau 15 – Résumé des spécifications du circuit de réception pour une MAU en mode
tension à 1,0 Mbit/s.122
Tableau 16 – Caractéristiques d'un dispositif alimenté par le réseau pour la MAU
en mode tension à 1,0 Mbit/s .126
Tableau 17 – Prescriptions relatives à la source d'alimentation du réseau pour la MAU
en mode tension à 1,0 Mbit/s .128

61158-2 © IEC:2000 – 9 –
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Figure A.7 – External fixed (device) side connector for typical industrial environments:

dimensions.361

Figure A.8 – External free (cable) side connector for typical industrial environments:
dimensions.361

Figure A.9 – Optical connector for typical industrial environments (FC connector).363

Figure A.10 – Optical connector for typical industrial environments (ST connector) .365

Figure C.1 – Example of an optical passive reflective star.371

Figure C.2 – Example of an optical passive transmitive star .371

Figure D.1 – Example of star topology with 31,25 kbit/s, single fibre mode, optical MAU .373
Figure D.2 – Multi-star topology with a 1,0 Mbit/s optical MAU .375
Figure D.3 – Example of mixture between wire and optical media for
a 31,25 kbit/s bit rate .379
Figure D.4 – Example of mixture between wire and optical media for a 1,0 Mbit/s bit rate .379
Tables
Table 1 – Parameter names and values for Ph-SETVALUE request .41
Table 2 – Parameter names for Ph-EVENT indication.43
Table 3 – Signals at DTE – DCE interface.47
Table 4 – Signal levels for an exposed DTE – DCE interface.49
Table 5 – Encoding rules.71
Table 6 – Minimum services at MDS – MAU interface.77
Table 7 – Signal levels for an exposed MDS – MAU interface .79
Table 8 – Transmit level specification summary for 31,25 kbit/s voltage-mode MAU.87
Table 9 – Transmit timing specification summary for 31,25 kbit/s voltage-mode MAU.87
Table 10 – Receive circuit specification summary for 31,25 kbit/s voltage-mode MAU .93
Table 11 – Network powered device characteristics for the 31,25 kbit/s voltage-mode MAU .99
Table 12 – Network power supply requirements for the 31,25 kbit/s voltage-mode MAU.99
Table 13 – Transmit level specification summary for 1,0 Mbit/s voltage-mode MAU.115
Table 14 – Transmit timing specification summary for 1,0 Mbit/s voltage-mode MAU.117
Table 15 – Receive circuit specification summary for 1,0 Mbit/s voltage-mode MAU.123
Table 16 – Network powered device characteristics for the 1,0 Mbit/s voltage-mode MAU.127

Table 17 – Network power supply requirements for the 1,0 Mbit/s voltage-mode MAU.129

– 10 – 61158-2  CEI:2000
Pages
Tableau 18 – Résumé des spécifications de niveau d'émission pour une MAU

en mode courant .142

Tableau 19 – Résumé des spécifications temporelles d'émission pour une MAU
en mode courant .142

Tableau 20 – Résumé des spécifications du circuit de réception pour une MAU

en mode courant .148

Tableau 21 – Prescriptions relatives à la source d'alimentation du réseau pour la MAU

en mode courant à 1,0 Mbit/s .154

Tableau 22 – Résumé des spécifications de niveau d'émission pour une MAU

en mode tension à 2,5 Mbit/s .166
Tableau 23 – Résumé des spécifications temporelles d'émission pour une MAU
en mode tension à 2,5 Mbit/s .166
Tableau 24 – Résumé des spécifications du circuit de réception pour une MAU en mode
tension à 2,5 Mbit/s.172
Tableau 25 – Caractéristiques d'un dispositif alimenté par le réseau pour la MAU
en mode tension à 2,5 Mbit/s .176
Tableau 26 – Prescriptions relatives à la source d'alimentation du réseau pour la MAU
en mode tension à 2,5 Mbit/s .178
Tableau 27 – Résumé des spécifications du niveau émis et des spécifications spectrales
pour une MAU optique à 31,25 kbit/s en mode monofibre.194
Tableau 28 – Résumé des spécifications temporelles d'émission pour une MAU optique
à 31,25 kbit/s en mode monofibre .196
Tableau 29 – Résumé des spécifications du circuit de réception pour une MAU optique
à 31,25 kbit/s en mode monofibre .198
Tableau 30 – Niveaux d'émission et de réception et spécifications spectrales pour
une étoile active optique à 31,25 kbit/s en mode monofibre.202
Tableau 31 – Caractéristiques temporelles d'une étoile optique active à 31,25 kbit/s
en mode monofibre .202
Tableau 32 – Résumé des spécifications du niveau émis et des spécifications spectrales
pour une MAU optique à 31,25 kbit/s en mode double fibre.206
Tableau 33 – Résumé des spécifications temporelles d'émission pour une MAU optique
à 31,25 kbit/s en mode double fibre.206
Tableau 34 – Résumé des spécifications du circuit de réception pour une MAU optique
à 31,25 kbit/s en mode double fibre.210
Tableau 35 – Niveaux d'émission et de réception et spécifications spectrales pour

une étoile active optique à 31,25 kbit/s en mode double fibre.214
Tableau 36 – Caractéristiques temporelles d'une étoile optique active à 31,25 kbit/s
en mode double fibre .214
Tableau 37 – Résumé des spécifications du niveau émis et des spécifications spectrales
pour une MAU optique à 1,0 Mbit/s .218
Tableau 38 – Résumé des spécifications temporelles d'émission pour une MAU optique
à 1,0 Mbit/s .220
Tableau 39 – Résumé des spécifications du circuit de réception pour une MAU optique
à 1,0 Mbit/s .222
Tableau 40 – Niveaux d'émission et de réception et spécifications spectrales pour
une étoile active optique à 1,0 Mbit/s .
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