雙絞線(xiàn)電纜高速通信概覽

　　我們從19世紀下半葉就開(kāi)始安裝和使用雙絞線(xiàn)電纜。進(jìn)入21世紀，雙絞線(xiàn)電纜仍廣泛應用于高速數據通信。雙絞線(xiàn)電纜(見(jiàn)圖1)通常被作為電話(huà)線(xiàn)來(lái)使用，包括為數以百萬(wàn)計的家庭提供高速互聯(lián)網(wǎng)連接的DSL服務(wù)。雙絞線(xiàn)電纜還用于以太網(wǎng)連接以及電視機、計算機顯示器等設備的HDMI和DVI連接。雖然雙絞線(xiàn)電纜在日常生活中隨處可見(jiàn)，但是對這種電纜的屬性進(jìn)行深入分析的文章卻寥寥無(wú)幾。

　　我們可以看到有大量資料在討論同軸電纜、PCB跡線(xiàn)。雖然雙絞線(xiàn)得以廣泛運用，但闡述雙絞線(xiàn)在各種情況中應用的資料卻不多見(jiàn)。筆者在研究中發(fā)現缺乏雙絞線(xiàn)電纜分析的原因是這種分析將很快陷入復雜的數學(xué)問(wèn)題。在分析同軸電纜或PCB布局時(shí)，可以使用二維分析獲得良好的電纜行為模型，但雙絞線(xiàn)電纜本質(zhì)上是三維結構—如果沒(méi)有這第三維，那么雙絞線(xiàn)和非雙絞線(xiàn)就沒(méi)有什么區別了。因此，本文旨在為設計人員提供雙絞線(xiàn)電纜高速通信的概覽，并識別從A點(diǎn)到B點(diǎn)獲得高速數據可能遇到的問(wèn)題。

　　雙絞線(xiàn)電纜的一個(gè)最大優(yōu)點(diǎn)是它允許信號在對稱(chēng)線(xiàn)對中發(fā)送，信號不是接地，而是接入雙絞線(xiàn)電纜的對側。在對稱(chēng)線(xiàn)對中，如果有干擾磁場(chǎng)或電場(chǎng)，它們將均勻接入雙絞線(xiàn)對的兩根線(xiàn)。由于接收器能識別雙絞線(xiàn)對中兩根線(xiàn)間的差異，因此干擾的影響被降低。由于對干擾的相對不敏感性，可以使用較小信號擺幅的差分信號，在相似環(huán)境中比單端系統省電。

　　差分電纜中的信號損耗

　　雖然在確定雙絞線(xiàn)衰減特征中涉及的數學(xué)問(wèn)題比同軸電纜復雜得多，但最終結果卻是相似的—有三種損耗機制：

　　● 電阻性損耗：由電纜的電阻引起。這種影響與頻率無(wú)關(guān)，而且非常小。在大多數情況下，這稱(chēng)不上影響因素。發(fā)送超低速數據信號或通過(guò)長(cháng)距離電纜傳送電力時(shí)，需要考慮這個(gè)因素。

　　● 趨膚效應損耗：其中，衰減根據頻率平方根的函數增加。這種效應變?yōu)橹饕乃p形式并不需要很高的頻率，因此對大多數有用的雙絞線(xiàn)電纜應用，這是主要的損耗來(lái)源。關(guān)于趨膚效應損耗的更詳細描述，請參閱www.en-genius.net/includes/files/iot_011209.pdf《優(yōu)異的電纜均衡器對工程師大有益處》。

　　● 介電損耗：隨頻率線(xiàn)性增加，但起初影響很低。

　　如果從數據傳輸速率角度考慮信號，在超低速率時(shí)，主要的衰減形式是電阻性損耗，但速率稍有增加，集膚效應損耗將起主導作用。一旦數據傳輸速率達到1Gbps或2Gbps，介電損耗開(kāi)始發(fā)揮作用，并迅速占據主導地位。由于介電損耗與數據傳輸速率和電纜長(cháng)度成正比，一旦發(fā)生介電損耗，情況將迅速變糟，這就是可以使用電纜的數據傳輸速率的上限。