線纜作為連接器件,相當於不同系統之間溝通的“橋梁”,選擇線纜類型的好壞,也決定著傳輸信號的質量,影響著整個系統的穩定性。 (1)特性阻抗 先說一下關於線纜在傳輸過程中的特性阻抗問題。 特性阻抗是指電纜無限長時該電纜所具有的阻抗,阻抗是阻止交流電流通的一種電阻,(所以萬用表測不能直接測出一
線纜作為連接器件,相當於不同系統之間溝通的“橋梁”,選擇線纜類型的好壞,也決定著傳輸信號的質量,影響著整個系統的穩定性。
(1)特性阻抗
先說一下關於線纜在傳輸過程中的特性阻抗問題。
特性阻抗是指電纜無限長時該電纜所具有的阻抗,阻抗是阻止交流電流通的一種電阻,(所以萬用表測不能直接測出一個電纜的特性阻抗)特性阻抗的影響因素包括電纜的電導率,電容以及阻值組合後的綜合特性。此特性在低頻時可以不用考慮,但是對於高頻率,且長距離傳輸的信號來說,就必須要考慮。很多時候在長距離傳輸時未考慮特性阻抗問題,會導致信號畸變和電纜間信號串擾,從而導致信號振鈴,且線纜的分佈電容和分佈電感會吃掉比如方波的上升沿,從而使得方波信號變為類正弦波信號,而且長距離的線纜還會吸收天空中的其他雜波,導致信號紊亂。若是特性阻抗不連續或者特性阻抗異常會導致信號反射,從而引起電纜中的傳輸信號畸變導致網路出錯。
所以一般在終端會加上終端匹配電阻,對信號吸收其能量,防止信號反射;
(2)強干擾線和信號線
強干擾線比如:電源線,CPU的匯流排,CPU的IO線,電動機和電鈴的引線等。強干擾線和信號線在走線時儘量不要平行走線,儘量隔開走線。若是要平行走線也要隔開一定的距離。垂直走線可以避免上述問題。
(3)雙絞線
雙絞線用於傳輸平衡信號,其最大的特點是抗干擾,剋服信號的衰減和波形的畸變。雙絞線可以傳輸模擬和數字信號。
雙絞線的特征如下:
1)導線直徑:銅導線的直徑越大,帶寬就越高;
2)含銅量:含銅量越高,線越柔軟,傳輸能力越強;
3)導線單位長度繞數:導線螺旋纏繞的緊密程度,單位長度內的繞線越多,對干擾的抵消作用越強;
4)屏蔽措施:屏蔽措施做得好,抗干擾能力就越強。有非屏蔽雙絞線和屏蔽雙絞線,非屏蔽雙絞線常用;
雙絞線的分類如下:
1)一類線:由兩對雙絞線組成的非屏蔽雙絞線,頻譜範圍窄,主要用於傳輸語音,少用於傳輸數據,最高能夠支持20kbit/s的數據速率;
2)二類線:由四對雙絞線組成的非屏蔽雙絞線,用於傳輸語音傳輸和最高能達到4Mbit/s的數據傳輸;
3)三類線:由四對雙絞線組成的非屏蔽雙絞線,用於傳輸語音傳輸和最高能達到10Mbit/s的數據傳輸,10 base-T的乙太網;
4)四類線:由四對雙絞線組成的非屏蔽雙絞線,用於傳輸語音傳輸和最高能達到16Mbit/s的數據傳輸;
5)五類線:由四對雙絞線組成的非屏蔽雙絞線,用於傳輸語音傳輸和最高能達到100Mbit/s的數據傳輸,主要用於百兆乙太網,如在100 base-T的乙太網;
6)超五類線:由四對雙絞線組成的非屏蔽雙絞線,與五類相比,超五類所使用的銅線質量更高、單位長度繞線也更多,因為衰減也更小、信號串擾更小,更具有小的時延誤差,在使用4對雙絞線同時用於傳輸的情況下,可以用於1000 base-T的千兆乙太網;
雙絞線的優缺點如下:
1)成本低,易於安裝;
2)應用廣泛,電話線和網路線大多使用雙絞線;
3)帶寬有限;
4)信號傳輸距離短,只能最高達到1000m左右,若要保持長距離,大帶寬,只能採用光纖;
5)抗干擾惡劣環境能力不強,對雷擊和強電磁的干擾差;
雙絞線的原理如下:
上圖是從非平衡經過雙絞線達到平衡,在經過雙絞線達到A2達到非平衡輸出。其中平衡輸出的雙絞線是如何實現抗干擾的呢?
對應左圖,L1離著干擾源較近,所以在RI端會有一個干擾I,對應右圖採用雙絞線之後,由於I1和I2相等,所以I = 0,不會產生干擾。
所以類比於我們的差分電路也是這個道理。對於RS232傳輸距離短,RS485能傳輸長距離,是因為RS232是因為將數字信號0和1轉換成了+3V ~+15V -15V ~-3V的電壓信號,通過線纜傳輸,由於線纜存在分佈電感,分佈電容的存在,使得信號的振鈴,反射,串擾等因素,在終端信號衰減、變形明顯。而差分電路恰恰解決上述問題,使得傳輸距離更加遠,RS4853~4Km。
(4)同軸電纜
同軸電纜的銅導體要比雙絞線的銅導體更粗,因此可以傳輸較寬的帶寬,可達到數百MHz,且較雙絞線有更好的屏蔽層。
同軸線纜有兩種:一種是50Ω阻抗的同軸線纜,用於數字傳輸,多用於基帶傳輸,也被稱為基帶同軸電纜;另一種是75Ω阻抗的同軸線纜,模擬傳輸,也被稱為寬頻同軸線纜;
同軸電纜抗干擾能力強,頻帶寬,性價比高,用於有線電視系統的信號線,射頻信號線等。