如題所說(shuō)，雙絞線在我們的生產(chǎn)生活中絕對(duì)是已經(jīng)無(wú)處不在的了，因?yàn)楦鞣N設(shè)備間的信號(hào)傳輸都會(huì)用到它，例如：網(wǎng)線、通訊線、編碼器線、電機(jī)反饋線...等等。尤其是隨著各種設(shè)備的數(shù)字化，越來(lái)愈多的應(yīng)用場(chǎng)合會(huì)需要用到雙絞線。

可是大家有沒(méi)有想過(guò)，為什么在進(jìn)行信號(hào)傳輸時(shí)一定要使用雙絞線呢？

本期，我們就一起來(lái)聊一聊，這些雙絞線是怎樣工作的呢？

干擾的來(lái)源

信號(hào)（無(wú)論是模擬量信號(hào)，還是數(shù)字信號(hào)）和動(dòng)力傳輸?shù)幕拘问绞请娏鳌＿@種電流會(huì)在電纜周圍產(chǎn)生一個(gè)引起干擾的電磁場(chǎng)，由此對(duì)周圍的線路產(chǎn)生噪聲影響。

這種電纜間的串?dāng)_會(huì)隨著線路長(zhǎng)度的增加而遞增。而雙絞線的誕生，正是為了消除這種干擾。

什么是雙絞線

雙絞線（Twisted Pair），是一對(duì)相互絕緣的導(dǎo)線，按照一定的規(guī)律（一般順時(shí)針?lè)较颍┗ハ嗬p繞絞合在一起的一種布線形式。

這種布線形式的最大特點(diǎn)是有利于消除信號(hào)傳輸過(guò)程中的外部電磁干擾（EMI），例如：來(lái)自其它非屏蔽電纜的干擾，或者來(lái)自周圍鄰近導(dǎo)線的串?dāng)_。雙絞線既可以用于傳輸模擬量信號(hào)，也可以用于傳輸數(shù)字信號(hào)。

它的發(fā)明者是出生于 1847 年的 Alexander Graham Bell。沒(méi)錯(cuò)，就是大家熟悉的那位發(fā)明電話的偉大科學(xué)家。

雙絞線如何消除干擾

在一對(duì)雙絞線中，兩芯導(dǎo)線分別傳輸幅值相等、但相位（極性）相反的信號(hào)，并且在接收端通過(guò)差分放大器檢測(cè)兩者之間的差異，這也就是我們常說(shuō)的差分信號(hào)傳輸。

噪聲源通過(guò)電場(chǎng)或磁場(chǎng)的耦合將噪聲引入到導(dǎo)線中，并傾向于均等地同時(shí)耦合到兩條彼此扭曲的導(dǎo)線上。 這樣一來(lái)，噪聲就會(huì)在雙絞線上產(chǎn)生一組共模的信號(hào)。由一條導(dǎo)線產(chǎn)生的干擾/噪聲將會(huì)與另一根導(dǎo)線產(chǎn)生的干擾/噪聲相互抵消，因?yàn)樗鼈儽举|(zhì)上是大小相等且方向相反的，當(dāng)差分信號(hào)被接收時(shí)，在接收器處就會(huì)被消除掉，最終得到純凈的沒(méi)有干擾的信號(hào)。

為什么不是同軸線

有人可能會(huì)說(shuō)，同軸電纜的抗干擾性能更加優(yōu)異。是的沒(méi)錯(cuò)，十年之前（甚至現(xiàn)在還有）每家每戶的有線電視信號(hào)都是采用同軸電纜進(jìn)行傳輸?shù)摹?/p>

然而，為了有效阻止來(lái)自外界的干擾，同軸電纜的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，包括被多層厚實(shí)的絕緣層包裹在中央的一根圓形銅導(dǎo)體和外部編織網(wǎng)屏蔽層，這就導(dǎo)致同軸電纜比較難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的安裝及布線。

雙絞線的特點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：

• 防止外部的干擾噪聲進(jìn)入電纜；

• 防止電纜本身對(duì)外產(chǎn)生干擾噪聲；

• 使得串?dāng)_最小化；

• 成本較低；

• 易于安裝和使用；

不足：

雙絞線對(duì)電磁干擾的效果很大程度上取決于電纜絞合的方式，需要確保電纜在安裝使用的過(guò)程中保持完好。因此，雙絞線電纜通常會(huì)在最大牽引力和最小彎曲半徑...等方面有著嚴(yán)格的要求。

屏蔽與非屏蔽

雙絞線通常可以分為屏蔽雙絞線（STP）和非屏蔽雙絞線（UTP）。

為了達(dá)到更好的防止電磁干擾的效果，雙絞線通常會(huì)使用屏蔽層。

屏蔽層的作用是導(dǎo)電屏障，用以削減從外部進(jìn)入的電磁波，并為感應(yīng)電流提供傳導(dǎo)路徑。通過(guò)該傳導(dǎo)路徑，感應(yīng)電流可以借由接地參考連接循環(huán)并返回到源。這種屏蔽既可以應(yīng)用于一對(duì)導(dǎo)線，也可以應(yīng)用于成對(duì)導(dǎo)線的集合。 有時(shí)候每一對(duì)導(dǎo)線被金屬箔單獨(dú)屏蔽，而整體電纜可以再另外使用金屬箔與編織網(wǎng)屏蔽。

屏蔽的幾種類型

單獨(dú)屏蔽

電纜中每對(duì)雙絞線都采用鋁箔單獨(dú)屏蔽。

這種類型的屏蔽不僅能夠保護(hù)導(dǎo)線免受來(lái)自外部的電磁干擾，同時(shí)可以防止導(dǎo)線對(duì)周圍線路的電磁干擾，并保護(hù)相鄰的線路免受串?dāng)_影響。

整體屏蔽

用金屬箔或編織網(wǎng)對(duì)電纜中所有的成對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行整體包裹。

這種屏蔽有助于防止電磁干擾進(jìn)入或逃離電纜。

單獨(dú)屏蔽+整體屏蔽

每對(duì)雙絞線使用金屬箔進(jìn)行單獨(dú)屏蔽，并且在整個(gè)外層還使用金屬箔或編織網(wǎng)屏蔽。

這種屏蔽有助于防止電磁干擾進(jìn)入或逃離電纜。并保護(hù)相鄰的線路免受串?dāng)_影響。

因?yàn)槠帘问怯山饘僦瞥傻模砸部梢宰鳛榻拥亍?有時(shí)候，屏蔽雙絞線電纜會(huì)包含一芯特殊的接地線，這芯線也被稱為排擾線，其電氣上與屏蔽層相連，有助于簡(jiǎn)化連接器與地之間的連接。

雙絞線的分類

講完了幾種不同的屏蔽，我們?cè)賮?lái)看看常見(jiàn)雙絞線的分類。

無(wú)論工業(yè)、商業(yè)還是生活中，對(duì)稱分布的四對(duì)雙絞線都是最常見(jiàn)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)通信電纜形式。屏蔽 Cat 5e，Cat 6/6a 電纜通常采用 F / UTP 結(jié)構(gòu)，而屏蔽 Cat 7/7 A 電纜則采用 S / FTP結(jié)構(gòu)。

由 TIA/EIA-568-A 所界定及承認(rèn)、并提供 100MHz 的帶寬 的 CAT-5 和 TIA/EIA-568-B 所界定及承認(rèn)、并提供 125MHz 的帶寬的 CAT-5e 電纜常見(jiàn)于傳統(tǒng)的局域網(wǎng)電纜，采用非屏蔽雙絞線布線（UTP）， 僅適用于 100 Mbps 級(jí)別的以太網(wǎng)應(yīng)用，最長(zhǎng)傳輸距離不超過(guò) 100m。由于不支持新興的應(yīng)用和信令技術(shù)，CAT-5 及 CAT-5e 使用量正在大幅下降，已經(jīng)處于其產(chǎn)品生命周期的尾聲。

CAT-6 目前為 TIA/EIA-568-B 所界定及承認(rèn)。提供 250MHz 的帶寬，比 CAT-5 與 CAT-5e 高出一倍半。CAT-6 250 MHz UTP 電纜僅支持 35-55 m 的 10 Gbps 短距離應(yīng)用，具體取決于串?dāng)_環(huán)境。

符合 CAT-6a 500 MHz 非屏蔽雙絞線（UTP）和屏蔽雙絞線（STP）已經(jīng)成為最流行的類型，因?yàn)樗鼈兺ㄟ^(guò)了 10 Gbps 和長(zhǎng)達(dá) 100 m 的認(rèn)證測(cè)試 ，而目前 10Gbps 以太網(wǎng)端口的出貨量也已經(jīng)成為工業(yè)市場(chǎng)的主流。因此 CAT-6a 將來(lái)會(huì)使用在萬(wàn)兆以太網(wǎng)（10 Gbit/s）中。

與此同時(shí)，歐洲市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者和標(biāo)準(zhǔn)設(shè)立者正為 10 Gbps 100 米以太網(wǎng)局域網(wǎng)應(yīng)用推崇帶有雙重屏蔽（每對(duì)雙絞線單獨(dú)屏蔽和電纜整體屏蔽）的 CAT-7 600MHz 標(biāo)準(zhǔn)。CAT-7 為 ISO/IEC 11801 Class F 纜線標(biāo)準(zhǔn)的非正式名稱。此標(biāo)準(zhǔn)定義 4 對(duì)各別屏蔽的雙絞線包覆在一個(gè)屏蔽內(nèi)。其設(shè)計(jì)將以 600MHz 頻率傳輸信號(hào)，串?dāng)_控制性能優(yōu)于 CAT-6a。然而目前北美標(biāo)準(zhǔn)組 TIA 和 EIA-568 還沒(méi)有對(duì)此認(rèn)賬。

文：三太子

校：麥總