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[操作系统]双绞线和同轴电缆


  线缆作为连接器件,相当于不同系统之间沟通的“桥梁”,选择线缆类型的好坏,也决定着传输信号的质量,影响着整个系统的稳定性。

(1)特性阻抗

  先说一下关于线缆在传输过程中的特性阻抗问题。

  特性阻抗是指电缆无限长时该电缆所具有的阻抗,阻抗是阻止交流电流通的一种电阻,(所以万用表测不能直接测出一个电缆的特性阻抗)特性阻抗的影响因素包括电缆的电导率,电容以及阻值组合后的综合特性。此特性在低频时可以不用考虑,但是对于高频率,且长距离传输的信号来说,就必须要考虑。很多时候在长距离传输时未考虑特性阻抗问题,会导致信号畸变和电缆间信号串扰,从而导致信号振铃,且线缆的分布电容和分布电感会吃掉比如方波的上升沿,从而使得方波信号变为类正弦波信号,而且长距离的线缆还会吸收天空中的其他杂波,导致信号紊乱。若是特性阻抗不连续或者特性阻抗异常会导致信号反射,从而引起电缆中的传输信号畸变导致网络出错。

  所以一般在终端会加上终端匹配电阻,对信号吸收其能量,防止信号反射;

(2)强干扰线和信号线

  强干扰线比如:电源线,CPU的总线,CPU的IO线,电动机和电铃的引线等。强干扰线和信号线在走线时尽量不要平行走线,尽量隔开走线。若是要平行走线也要隔开一定的距离。垂直走线可以避免上述问题。

(3)双绞线

  双绞线用于传输平衡信号,其最大的特点是抗干扰,克服信号的衰减和波形的畸变。双绞线可以传输模拟和数字信号。

双绞线的特征如下:

1)导线直径:铜导线的直径越大,带宽就越高;

2)含铜量:含铜量越高,线越柔软,传输能力越强;

3)导线单位长度绕数:导线螺旋缠绕的紧密程度,单位长度内的绕线越多,对干扰的抵消作用越强;

4)屏蔽措施:屏蔽措施做得好,抗干扰能力就越强。有非屏蔽双绞线和屏蔽双绞线,非屏蔽双绞线常用;

双绞线的分类如下:

1)一类线:由两对双绞线组成的非屏蔽双绞线,频谱范围窄,主要用于传输语音,少用于传输数据,最高能够支持20kbit/s的数据速率;

2)二类线:由四对双绞线组成的非屏蔽双绞线,用于传输语音传输和最高能达到4Mbit/s的数据传输;

3)三类线:由四对双绞线组成的非屏蔽双绞线,用于传输语音传输和最高能达到10Mbit/s的数据传输,10 base-T的以太网;

4)四类线:由四对双绞线组成的非屏蔽双绞线,用于传输语音传输和最高能达到16Mbit/s的数据传输;

5)五类线:由四对双绞线组成的非屏蔽双绞线,用于传输语音传输和最高能达到100Mbit/s的数据传输,主要用于百兆以太网,如在100 base-T的以太网;

6)超五类线:由四对双绞线组成的非屏蔽双绞线,与五类相比,超五类所使用的铜线质量更高、单位长度绕线也更多,因为衰减也更小、信号串扰更小,更具有小的时延误差,在使用4对双绞线同时用于传输的情况下,可以用于1000 base-T的千兆以太网;

双绞线的优缺点如下:

1)成本低,易于安装;

2)应用广泛,电话线和网络线大多使用双绞线;

3)带宽有限;

4)信号传输距离短,只能最高达到1000m左右,若要保持长距离,大带宽,只能采用光纤;

5)抗干扰恶劣环境能力不强,对雷击和强电磁的干扰差;

双绞线的原理如下:

wps82D7.tmp

  上图是从非平衡经过双绞线达到平衡,在经过双绞线达到A2达到非平衡输出。其中平衡输出的双绞线是如何实现抗干扰的呢?

wps82E8.tmpwps82F9.tmp

  对应左图,L1离着干扰源较近,所以在RI端会有一个干扰I,对应右图采用双绞线之后,由于I1和I2相等,所以I = 0,不会产生干扰。

  所以类比于我们的差分电路也是这个道理。对于RS232传输距离短,RS485能传输长距离,是因为RS232是因为将数字信号0和1转换成了+3V ~+15V -15V ~-3V的电压信号,通过线缆传输,由于线缆存在分布电感,分布电容的存在,使得信号的振铃,反射,串扰等因素,在终端信号衰减、变形明显。而差分电路恰恰解决上述问题,使得传输距离更加远,RS4853~4Km。

(4)同轴电缆

wps82FA.tmp

  同轴电缆的铜导体要比双绞线的铜导体更粗,因此可以传输较宽的带宽,可达到数百MHz,且较双绞线有更好的屏蔽层。

   同轴线缆有两种:一种是50Ω阻抗的同轴线缆,用于数字传输,多用于基带传输,也被称为基带同轴电缆;另一种是75Ω阻抗的同轴线缆,模拟传输,也被称为宽带同轴线缆;

  同轴电缆抗干扰能力强,频带宽,性价比高,用于有线电视系统的信号线,射频信号线等。