雙絞線電纜高速通信概覽

　　我們從19世紀下半葉就開始安裝和使用雙絞線電纜。進入21世紀，雙絞線電纜仍廣泛應用于高速數(shù)據(jù)通信。雙絞線電纜(見圖1)通常被作為電話線來使用，包括為數(shù)以百萬計的家庭提供高速互聯(lián)網(wǎng)連接的DSL服務。雙絞線電纜還用于以太網(wǎng)連接以及電視機、計算機顯示器等設備的HDMI和DVI連接。雖然雙絞線電纜在日常生活中隨處可見，但是對這種電纜的屬性進行深入分析的文章卻寥寥無幾。

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

　　雙絞線電纜的一個最大優(yōu)點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)學問題比同軸電纜復雜得多，但最終結(jié)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。這種影響與頻率無關，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，需要考慮這個因素。

　　● 趨膚效應損耗：其中，衰減根據(jù)頻率平方根的函數(shù)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(shù)有用的雙絞線電纜應用，這是主要的損耗來源。關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，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(shù)據(jù)傳輸速率達到1Gbps或2Gbps，介電損耗開始發(fā)揮作用，并迅速占據(jù)主導地位。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。