無(wú)處不在的雙絞線(xiàn)
如題所說(shuō),雙絞線(xiàn)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(xiàn)、通訊線(xiàn)、編碼器線(xiàn)、電機(jī)反饋線(xiàn)...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(xiàn)。
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(xiàn)呢?
本期,我們就一起來(lái)聊一聊,這些雙絞線(xiàn)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?chē)a(chǎn)生一個(gè)引起干擾的電磁場(chǎng),由此對(duì)周?chē)木€(xiàn)路產(chǎn)生噪聲影響。
這種電纜間的串?dāng)_會(huì)隨著線(xiàn)路長(zhǎng)度的增加而遞增。而雙絞線(xiàn)的誕生,正是為了消除這種干擾。
什么是雙絞線(xiàn)
雙絞線(xiàn)(Twisted Pair),是一對(duì)相互絕緣的導(dǎo)線(xiàn),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(xiàn)形式。
這種布線(xiàn)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?chē)徑鼘?dǎo)線(xiàn)的串?dāng)_。雙絞線(xiàn)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(huà)的偉大科學(xué)家。
雙絞線(xiàn)如何消除干擾
在一對(duì)雙絞線(xiàn)中,兩芯導(dǎo)線(xiàn)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(xiàn)中,并傾向于均等地同時(shí)耦合到兩條彼此扭曲的導(dǎo)線(xiàn)上。 這樣一來(lái),噪聲就會(huì)在雙絞線(xiàn)上產(chǎn)生一組共模的信號(hào)。由一條導(dǎo)線(xiàn)產(chǎn)生的干擾/噪聲將會(huì)與另一根導(dǎo)線(xiàn)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(xiàn)
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(hù)的有線(xiàn)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(xiàn)。
雙絞線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)通常可以分為屏蔽雙絞線(xiàn)(STP)和非屏蔽雙絞線(xiàn)(UTP)。
為了達(dá)到更好的防止電磁干擾的效果,雙絞線(xiàn)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(xiàn),也可以應(yīng)用于成對(duì)導(dǎo)線(xiàn)的集合。 有時(shí)候每一對(duì)導(dǎo)線(xiàn)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(lèi)型
單獨(dú)屏蔽
電纜中每對(duì)雙絞線(xiàn)都采用鋁箔單獨(dú)屏蔽。
這種類(lèi)型的屏蔽不僅能夠保護(hù)導(dǎo)線(xiàn)免受來(lái)自外部的電磁干擾,同時(shí)可以防止導(dǎo)線(xiàn)對(duì)周?chē)€(xiàn)路的電磁干擾,并保護(hù)相鄰的線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)電纜會(huì)包含一芯特殊的接地線(xiàn),這芯線(xiàn)也被稱(chēng)為排擾線(xiàn),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(xiàn)的分類(lèi)
講完了幾種不同的屏蔽,我們?cè)賮?lái)看看常見(jiàn)雙絞線(xiàn)的分類(lèi)。
無(wú)論工業(yè)、商業(yè)還是生活中,對(duì)稱(chēng)分布的四對(duì)雙絞線(xiàn)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(xiàn)布線(xiàn)(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(xiàn)(UTP)和屏蔽雙絞線(xiàn)(STP)已經(jīng)成為最流行的類(lèi)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(xiàn)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(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的非正式名稱(chēng)。此標(biāo)準(zhǔn)定義 4 對(duì)各別屏蔽的雙絞線(xiàn)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
責(zé)任編輯:售電衡衡
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