雙絞線電纜是將一對或一對以上的雙絞線封裝在一個(gè)絕緣外套中而形成的一種傳輸介質(zhì)，是目前局域網(wǎng)常用到的一種布線材料。為了降低信號的干擾程度，電纜中的每一對雙絞線一般是由兩根絕緣銅導(dǎo)線相互扭繞而成，雙絞線也因此而得名。雙絞線一般用于星型網(wǎng)的布線連接，兩端安裝有RJ-45頭（水晶頭），連接網(wǎng)卡與集線器，網(wǎng)線長度為100米，如果要加大網(wǎng)絡(luò)的范圍，在兩段雙絞線之間可安裝中繼器，多可安裝4個(gè)中繼器。雙絞線分為非屏蔽雙絞線（UTP）和屏蔽雙絞線（STP）兩大類，局域網(wǎng)中非屏蔽雙絞線分為3類、4類、5類和超5類四種，屏蔽雙絞線分為3類和5類兩種。

    我們從19世紀(jì)下半葉就開始安裝和使用雙絞線電纜。進(jìn)入21世紀(jì)，雙絞線電纜仍廣泛應(yīng)用于高速數(shù)據(jù)通信。雙絞線電纜（見圖1）通常被作為電話線來使用。雙絞線電纜還用于以太網(wǎng)連接以及電視機(jī)、計(jì)算機(jī)顯示器等設(shè)備的HDMI和DVI連接。

    雙絞線電纜的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它允許信號在對稱線對中發(fā)送，信號不是接地，而是接入雙絞線電纜的對側(cè)。在對稱線對中，如果有干擾磁場或電場，它們將均勻接入雙絞線對的兩根線。由于接收器能識(shí)別雙絞線對中兩根線間的差異，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(tǒng)省電。

    差分電纜中的信號損耗

    雖然在確定雙絞線衰減特征中涉及的數(shù)學(xué)問題比同軸電纜復(fù)雜得多，但終結(jié)果卻是相似的—有三種損耗機(jī)制：

    ● 電阻性損耗：由電纜的電阻引起。這種影響與頻率無關(guān)，而且非常小。在大多數(shù)情況下，這稱不上影響因素。發(fā)送超低速數(shù)據(jù)信號或通過長距離電纜傳送電力時(shí)，需要考慮這個(gè)因素。

    ● 趨膚效應(yīng)損耗：其中，衰減根據(jù)頻率平方根的函數(shù)增加。這種效應(yīng)變?yōu)橹饕乃p形式并不需要很高的頻率，因此對大多數(shù)有用的雙絞線電纜應(yīng)用，這是主要的損耗來源。

    ● 介電損耗：隨頻率線性增加，但起初影響很低。

    如果從數(shù)據(jù)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(yīng)損耗將起主導(dǎo)作用。一旦數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到1Gbps或2Gbps，介電損耗開始發(fā)揮作用，并迅速占據(jù)主導(dǎo)地位。由于介電損耗與數(shù)據(jù)傳輸速率和電纜長度成正比，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(shù)據(jù)傳輸速率的上限。

    類別電纜

    通信使用的大部分雙絞線電纜都是“類別電纜”，通常稱為“3類”電纜等。1類和2類電纜目前很少見，3類電纜是推薦用于電話網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)。EIA/TIA標(biāo)準(zhǔn) 568B對3類、5e類和6類電纜都作了相應(yīng)規(guī)定。

    其中，每個(gè)類別的電纜都具有明確定義的特征。例如：按照 ANSI TIA/EIA-568-B.2，5e 類電纜的插入損耗必須小于或等于：

    其中，f的測量單位為MHz，結(jié)果是每100米電纜的損耗值，單位為dB。

    在此等式中，項(xiàng)代表趨膚效應(yīng)損耗，第二項(xiàng)與介電損耗相關(guān)，用于找出介電損耗變?yōu)橹鲗?dǎo)因素的臨界點(diǎn)，我們要計(jì)算得出項(xiàng)和第二項(xiàng)相等時(shí)的f值。這發(fā)生在頻率為4GHz時(shí)。

    如圖 2 所示，雖然介電損耗可能在頻率達(dá)到4GHz后起主導(dǎo)作用，但在頻率達(dá)到1GHz時(shí)，損耗已達(dá)到80dB。因此只有在超短行程下才適合使用電纜。

　　 
    延長雙絞線電纜有效距離的一種方法是使用自適應(yīng)電纜均衡器，采用可調(diào)整濾波器增益的伺服機(jī)制用于補(bǔ)償電纜插入損耗。使用類似DS15EA101的電纜均衡器可以在數(shù)據(jù)傳輸速率為1Gbps時(shí)使5e類電纜的有效長度達(dá)到75米。

    在很多情況中，如果使用雙絞線電纜在鏈路上傳輸數(shù)據(jù)，通常采用串行器做驅(qū)動(dòng)。很多串行器可以使驅(qū)動(dòng)到電纜的信號預(yù)失真，升高信號的高頻分量電壓。在預(yù)加重過程中，高頻分量升壓，使信號過沖和下沖。由于預(yù)加重實(shí)際使峰-峰（p-p）間信號的擺幅增加超過標(biāo)稱值，如果使用的是較短的電纜，應(yīng)該注意接收器是否可以接受此電壓。另一種達(dá)到相同效果的方法是去加重。

    串音和干擾

    雙絞線電纜的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是對干擾的相對免疫能力。雖然具有這種抗干擾性，但干擾仍可能對雙絞線通信系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響。雙絞線電纜的一項(xiàng)有用功能是在一股中可以具有多對雙絞線，因此很容易通過安裝一根電纜獲得多對導(dǎo)線。然而這也有不利之處：串音。

    常用的降低串音的方法是電纜中使用不同的對絞率。對絞率或?qū)g間距通常被定義為每米的對絞數(shù)。如果兩對絞線具有不同的對絞率，當(dāng)它們彼此相鄰時(shí)，其中一對產(chǎn)生的干擾通常被消除。如果不同的對絞率沒有為兩對絞線之間提供足夠的隔離效果，可以使用另一種方法——屏蔽雙絞線（STP）電纜。

    近端串音

    包含多個(gè)雙絞線對的電纜通常存在的問題是電纜中不同絞線對可沿相反方向發(fā)送數(shù)據(jù)。在這種情況下，串音將成為更嚴(yán)重的問題。假定系統(tǒng)使用100米5e類電纜從A點(diǎn)向B點(diǎn)發(fā)送帶寬為300MHz的信號，同時(shí)，從B點(diǎn)向A點(diǎn)返回信號。參考圖2，我們發(fā)現(xiàn)可能有大約40dB的信號衰減，這需要電纜均衡器恢復(fù)信號，但仍然可以實(shí)現(xiàn)。

    現(xiàn)在考慮接近A點(diǎn)的電纜部分的串音問題。從B點(diǎn)發(fā)送的信號衰減了

    40dB，但從A點(diǎn)發(fā)送的信號仍具有完整強(qiáng)度，因此成為非常強(qiáng)勢的信號！即使少量的串音都可能消除收到的信號，并使其無法恢復(fù)。這被稱為“近端串音”或“NEXT”。大多數(shù)電纜制造商都指定雙絞線電纜的近端串音，類別電纜指定各電纜的允許近端串音。

    在上例使用的5e類電纜的情況中，允許的近端串音由以下方程式指定：

    以 300MHz 的允許串音為例，我們發(fā)現(xiàn)只能保證近端串音小于28dB。假設(shè)收到的信號降低40dB，我們將很難恢復(fù)信號。

    這種情況下有幾種選擇。一種是使用更高等級的電纜，例如6類電纜的損失較小。保證近端串音降低約10dB，所以容限也得到顯著改善。

    也可使用成本/質(zhì)量更高的電纜，如7類電纜。7類電纜中每對雙絞線覆有箔屏蔽，這為相鄰絞線對之間提供更有效的隔離，但成本更加昂貴，安裝也更為復(fù)雜。

    另一種使傳輸?shù)男盘柹偈芨蓴_的方法是限制高頻的使用和能量。如果您的發(fā)送器具有預(yù)加重功能，只有在非常必要時(shí)才可使用。

    雙絞線電纜中的“噪聲”

    當(dāng)信號在受控制的阻抗線中傳輸并遇到阻抗不連續(xù)時(shí)，不連續(xù)的地方會(huì)產(chǎn)生反射。如果傳輸線具有多處小的不連續(xù)，所有這些反射累加，各自都有相應(yīng)的延時(shí)，將會(huì)形成噪聲。對于雙絞線電纜，阻抗取決于雙絞線對中兩根線的對齊度。因此，如果雙絞線電纜被“扭折”或被迫形成超出電纜規(guī)定值的小半徑彎曲，或者在管道中被強(qiáng)行拉長或以其他各種方法錯(cuò)誤使用，這些微小的阻抗不連續(xù)將存在于整個(gè)電纜中。直接的結(jié)果是在檢驗(yàn)收到的信號時(shí)，將顯示為多噪聲。因此，謹(jǐn)慎安裝雙絞線電纜很重要。

    結(jié)束語

    從電話到等離子電視機(jī)每秒幾千兆位的HDMI連接，雙絞線電纜無處不在。雙絞線電纜的廣泛使用源于它的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)——價(jià)格低廉，易于使用和安裝，并且類型廣泛能夠滿足各種應(yīng)用的需求。雖然具有這些優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)人員仍需要注意雙絞線電纜的某些問題。例如，雙絞線產(chǎn)生的衰減大于同軸電纜，串音（尤其是近端串音）可能成為嚴(yán)重的缺點(diǎn)。此外，在臨界狀況下使用雙絞線電纜時(shí)，可能由于處理不當(dāng)影響性能。所以，只要設(shè)計(jì)人員注意這些缺點(diǎn)并妥善處理，雙絞線電纜通常是從A點(diǎn)向B點(diǎn)傳輸高速數(shù)據(jù)的解決方案。