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雙絞線,沒那么簡單

供稿:上海積步自動化科技有限公司 2020/1/8 15:58:41

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  • 關鍵詞: 雙絞線 定義 參數
  • 摘要:雙絞線(twisted pair,TP)是一種綜合布線工程中最常用的傳輸介質,是由兩根具有絕緣保護層的銅導線組成的。把兩根絕緣的銅導線按一定密度互相絞在一起,每一根導線在傳輸中輻射出來的電波會被另一根線上發出的電波抵消,有效降低信號干擾的程度。

雙絞線

雙絞線(twisted pair,TP)是一種綜合布線工程中最常用的傳輸介質,是由兩根具有絕緣保護層的銅導線組成的。把兩根絕緣的銅導線按一定密度互相絞在一起,每一根導線在傳輸中輻射出來的電波會被另一根線上發出的電波抵消,有效降低信號干擾的程度。

雙絞線一般由兩根22~26號絕緣銅導線相互纏繞而成,“雙絞線”的名字也是由此而來。實際使用時,雙絞線是由多對雙絞線一起包在一個絕緣電纜套管里的。如果把一對或多對雙絞線放在一個絕緣套管中便成了雙絞線電纜 [1]  ,但日常生活中一般把“雙絞線電纜”直接稱為“雙絞線”。

與其他傳輸介質相比,雙絞線在傳輸距離,信道寬度和數據傳輸速度等方面均受到一定限制,但價格較為低廉。

原理

雙絞線是由一對相互絕緣的金屬導線絞合而成。采用這種方式,不僅可以抵御一部分來自外界的電磁波干擾,也可以降低多對絞線之間的相互干擾。把兩根絕緣的導線互相絞在一起,干擾信號作用在這兩根相互絞纏在一起的導線上是一致的(這個干擾信號叫做共模信號),在接收信號的差分電路中可以將共模信號消除,從而提取出有用信號(差模信號)  。

雙絞線的作用是使外部干擾在兩根導線上產生的噪聲(在專業領域里,把無用的信號叫做噪聲)相同,以便后續的差分電路提取出有用信號,差分電路是一個減法電路,兩個輸入端同相的信號(共模信號)相互抵消(m-n),反相的信號相當于x-(-y),得到增強。理論上,在雙絞線及差分電路中m=n,x=y,相當于干擾信號被完全消除,有用信號加倍,但在實際運行中是有一定差異的。

在一個電纜套管里的,不同線對具有不同的扭絞長度,一般地說,扭絞長度在38.1mm~140mm內,按逆時針方向扭絞,相臨線對的扭絞長度在12.7mm以內。雙絞線一個扭絞周期的長度,叫做節距,節距越小(扭線越密),抗干擾能力越強 。

分類

按照有無屏蔽層分類

根據有無屏蔽層,雙絞線分為屏蔽雙絞線(Shielded Twisted Pair,STP)與非屏蔽雙絞線(Unshielded Twisted Pair,UTP)。

屏蔽雙絞線在雙絞線與外層絕緣封套之間有一個金屬屏蔽層。屏蔽雙絞線分為STP和FTP(Foil Twisted-Pair),STP指每條線都有各自的屏蔽層,而FTP只在整個電纜有屏蔽裝置,并且兩端都正確接地時才起作用。所以要求整個系統是屏蔽器件,包括電纜、信息點、水晶頭和配線架等,同時建筑物需要有良好的接地系統。屏蔽層可減少輻射,防止信息被竊聽,也可阻止外部電磁干擾的進入,使屏蔽雙絞線比同類的非屏蔽雙絞線具有更高的傳輸速率。但是在實際施工時,很難全部完美接地,從而使屏蔽層本身成為最大的干擾源,導致性能甚至遠不如非屏蔽雙絞線。所以,除非有特殊需要,通常在綜合布線系統中只采用非屏蔽雙絞線。

非屏蔽雙絞線(UnshieldedTwisted Pair,縮寫UTP)是一種數據傳輸線,由四對不同顏色的傳輸線所組成,廣泛用于以太網路和電話線中 [4]  。非屏蔽雙絞線電纜具有以下優點:1.無屏蔽外套,直徑小,節省所占用的空間,成本低;2.重量輕,易彎曲,易安裝;3.將串擾減至最小或加以消除;4.具有阻燃性;5.具有獨立性和靈活性,適用于結構化綜合布線。因此,在綜合布線系統中,非屏蔽雙絞線得到廣泛應用 。

按照頻率和信噪比進行分類

雙絞線常見的有三類線,五類線和超五類線,以及六類線,前者線徑細而后者線徑粗,具體型號如下:

1)一類線(CAT1):線纜最高頻率帶寬是750kHZ,用于報警系統,或只適用于語音傳輸(一類標準主要用于八十年代初之前的電話線纜),不用于數據傳輸。

2)二類線(CAT2):線纜最高頻率帶寬是1MHZ,用于語音傳輸和最高傳輸速率4Mbps的數據傳輸,常見于使用4MBPS規范令牌傳遞協議的舊的令牌網。

3)三類線(CAT3):指在ANSI和EIA/TIA568標準中指定的電纜,該電纜的傳輸頻率16MHz,最高傳輸速率為10Mbps(10Mbit/s),主要應用于語音、10Mbit/s以太網(10BASE-T)和4Mbit/s令牌環,最大網段長度為100m,采用RJ形式的連接器,已淡出市場。

4)四類線(CAT4):該類電纜的傳輸頻率為20MHz,用于語音傳輸和最高傳輸速率16Mbps(指的是16Mbit/s令牌環)的數據傳輸,主要用于基于令牌的局域網和10BASE-T/100BASE-T。最大網段長為100m,采用RJ形式的連接器,未被廣泛采用。

5)五類線(CAT5):該類電纜增加了繞線密度,外套一種高質量的絕緣材料,線纜最高頻率帶寬為100MHz,最高傳輸率為100Mbps,用于語音傳輸和最高傳輸速率為100Mbps的數據傳輸,主要用于100BASE-T和1000BASE-T網絡,最大網段長為100m,采用RJ形式的連接器。這是最常用的以太網電纜。在雙絞線電纜內,不同線對具有不同的絞距長度。通常,4對雙絞線絞距周期在38.1mm長度內,按逆時針方向扭絞,一對線對的扭絞長度在12.7mm以內。

6)超五類線(CAT5e):超5類具有衰減小,串擾少,并且具有更高的衰減與串擾的比值(ACR)和信噪比(SNR)、更小的時延誤差,性能得到很大提高。超5類線主要用于千兆位以太網(1000Mbps)。

7)六類線(CAT6):該類電纜的傳輸頻率為1MHz~250MHz,六類布線系統在200MHz時綜合衰減串擾比(PS-ACR)應該有較大的余量,它提供2倍于超五類的帶寬。六類布線的傳輸性能遠遠高于超五類標準,最適用于傳輸速率高于1Gbps的應用。六類與超五類的一個重要的不同點在于:改善了在串擾以及回波損耗方面的性能,對于新一代全雙工的高速網絡應用而言,優良的回波損耗性能是極重要的。六類標準中取消了基本鏈路模型,布線標準采用星形的拓撲結構,要求的布線距離為:永久鏈路的長度不能超過90m,信道長度不能超過100m。

8)超六類或6A(CAT6A):此類產品傳輸帶寬介于六類和七類之間,傳輸頻率為500MHz,傳輸速度為10Gbps,標準外徑6mm。和七類產品一樣,國家還沒有出臺正式的檢測標準,只是行業中有此類產品,各廠家宣布一個測試值。

9)七類線(CAT7):傳輸頻率為600MHz,傳輸速度為10Gbps,單線標準外徑8mm,多芯線標準外徑6mm  。

類型數字越大、版本越新,技術越先進、帶寬也越寬,當然價格也越貴。這些不同類型的雙絞線標注方法是這樣規定的,如果是標準類型則按CATx方式標注,如常用的五類線和六類線,則在線的外皮上標注為CAT 5、CAT 6。而如果是改進版,就按xe方式標注,如超五類線就標注為5e(字母是小寫,而不是大寫)。

無論是哪一種線,衰減都隨頻率的升高而增大。在設計布線時,要考慮到受到衰減的信號還應當有足夠大的振幅,以便在有噪聲干擾的條件下能夠在接收端正確地被檢測出來。雙絞線能夠傳送多高速率(Mb/s)的數據還與數字信號的編碼方法有很大的關系  。

序列標準

在北美,也是在國際上最有影響力的3家綜合布線組織如下。ANSI(American National Standards Institute,美國國家標準協會)TIA(Telecommunication Industry Association,美國通信工業協會)EIA(Electronic Industries Alliance,美國電子工業協會)。由于TIA和ISO兩組織經常進行標準制定方面的協調,所以TIA和ISO頒布的標準的差別不是很大。在北美,乃至全球,在雙絞線標準中應用最廣的是ANSI/EIA/TIA-568A和ANSI/EIA/TIA-568B(實際上應為ANSI/EIA/TIA-568B.1,簡稱為T568B)。這兩個標準最主要的不同就是芯線序列的不同:

EIA/TIA 568A的線序定義依次為綠白、綠、橙白、藍、藍白、橙、棕白、棕,其標號如下表所示:

綠白

橙白

藍白

棕白

1

2

3

4

5

6

7

8

EIA/TIA 568B的線序定義依次為橙白、橙、綠白、藍、藍白、綠、棕白、棕,其標號如下表所示:

橙白

綠白

藍白

棕白

1

2

3

4

5

6

7

8

根據568A和568B標準,RJ-45連接頭(俗稱水晶頭)各觸點在網絡連接中,對傳輸信號來說它們所起的作用分別是:1、2用于發送,3、6用于接收,4、5,7、8是雙向線;對與其相連接的雙絞線來說,為降低相互干擾,標準要求1、2必須是絞纏的一對線,3、6也必須是絞纏的一對線,4、5相互絞纏,7、8相互絞纏。由此可見實際上兩個標準568A和568B沒有本質的區別,只是連接RJ-45時8根雙絞線的線序排列不同,在實際的網絡工程施工中較多采用568B標準 。

制作步驟

下面介紹最基本的直通5類線的制作方法,其他類型網線的制作方法類似,不同的只是跳線方法不一樣而已。

步驟1:用雙絞線網線鉗(當然也可以用其他剪線工具)把5類雙絞線的一端剪齊(最好先剪一段符合布線長度要求的網線),然后把剪齊的一端插入到網線鉗用于剝線的缺口中,注意網線不能彎。

步驟2:稍微握緊壓線鉗慢慢旋轉一圈(無須擔心會損壞網線里面芯線的皮,因為剝線的兩刀片之間留有一定距離,這距離通常就是里面4對芯線的直徑),讓刀口劃開雙絞線的保護膠皮,拔下膠皮。當然也可使用專門的剝線工具來剝下保護膠皮。注意:剝線長度通常應恰好為水晶頭長度,這樣可以有效避免剝線過長或過短造成的麻煩。剝線過長則不美觀,另一方面因網線不能被水晶頭卡住,容易松動;剝線過短,因有外皮存在,太厚,不能完全插到水晶頭底部,造成水晶頭插針不能與網線芯線完好接觸。

步驟3:剝除外皮后即可見到雙絞線網線的4對8條芯線,并且可以看到每對的顏色都不同。每對纏繞的兩根芯線是由一種染有相應顏色的芯線加上一條只染有少許相應顏色的白色相間芯線組成。四條全色芯線的顏色為:棕色、橙色、綠色、藍色。

步驟4:把每對都是相互纏繞在一起的線纜逐一解開。解開后則根據規則把幾組線纜依次地排列好并理順,排列的時候應該注意盡量避免線路過多的纏繞和重疊。把線纜依次排列并理順之后,由于線纜之前是相互纏繞著的,因此線纜會有一定的彎曲,應該把線纜盡量扯直并保持線纜平扁。把線纜扯直的方法也十分簡單,利用雙手抓著線纜然后向兩個相反方向用力,并上下扯一下即可。

步驟5:把線纜依次排列好并理順壓直之后,應該細心檢查一遍,之后利用壓線鉗的剪線刀口把線纜項部裁剪整齊。

步驟6:把整理好的線纜插入水晶頭內。需要注意的是,要將水晶頭有塑造料彈簧片的一面向下,有針腳的一面向上,使有針腳的一端指向遠離自己的方向,有方型孔的一端對著自己。此時,最左邊的是第1腳,最右邊的是第8腳,其余依次順序排列。插入的時候需要注意緩緩地用力把8條線纜同時沿IU一45頭內的8個線槽插入,一直插到線槽的頂端。注意:裁剪的時候應該是水平方向插入,否則線纜長度不一會影響到線纜與水晶頭的正常接觸。若之前把保護層剝下過多的話,可以在這里將過長的細線剪短,保留去掉外層保護層的部分約為15mm,這個長度正好能將各細導線插入到各自的線槽。如果該段留得過長,一來會由于線纜不再互絞而增加串擾,二來會由于水晶頭不能壓住護套而可能導致電纜從水晶頭中脫出,造成線路的接觸不良甚至中斷。在最后一步的壓線之前,可以從水晶頭的頂部檢查,看看是否每一組線纜都緊緊地頂在水晶頭的末端。

步驟7:壓線。在最后一步壓線之前,此時可以從水晶頭的頂部檢查,看看是否每一組線纜都緊緊地頂在水晶頭的末端。確認無誤之后就可以把水晶頭插入壓線鉗的8P槽內壓線了,把水晶頭插入后,用力握緊線鉗,若力氣不夠的話,可以使用雙手一起壓,這樣壓的過程使得水晶頭凸出在外面的針腳全部壓入水晶并頭內,施力之后聽到一聲輕微的“啪”即可。

步驟8:壓線之后水晶頭凸出在外面的針腳全部壓入水晶并頭內,而且水晶頭下部的塑料扣位也壓緊在網線的灰色保護層之上。到此,水晶頭就制作完畢了。

性能指標

對于雙絞線,使用者最關心的是表征其性能的幾個指標。這些指標包括衰減、近端串擾、阻抗特性、分布電容、直流電阻等。

1.衰減(Attenuation)

衰減是沿鏈路的信號損失度量。衰減與線纜的長度有關系,隨著長度的增加,信號衰減也隨之增加。衰減用“db”作單位,表示源傳送端信號到接收端信號強度的比率。由于衰減隨頻率而變化,因此,應測量在應用范圍內的全部頻率上的衰減。

2.近端串擾

串擾分近端串擾和遠端串擾(FEXT),測試儀主要是測量NEXT,由于存在線路損耗,因此FEXT的量值的影響較小。近端串擾(NEXT)損耗是測量一條非屏蔽雙絞線鏈路中從一對線到另一對線的信號耦合。對于非屏蔽雙絞線鏈路,NEXT是一個關鍵的性能指標,也是最難精確測量的一個指標。隨著信號頻率的增加,其測量難度將加大。NEXT并不表示在近端點所產生的串擾值,它只是表示在近端點所測量到的串擾值。這個量值會隨電纜長度不同而變,電纜越長,其值變得越小。同時發送端的信號也會衰減,對其它線對的串擾也相對變小。實驗證明,只有在40米內測量得到的NEXT是較真實的。如果另一端是遠于40米的信息插座,那么它會產生一定程度的串擾,但測試儀可能無法測量到這個串擾值。因此,最好在兩個端點都進行NEXT測量。大部分測試儀都配有相應設備,使得在鏈路一端就能測量出兩端的NEXT值。NEXT測試的結果參照下表:

各種雙絞線連接為最大長度時各種頻率下的衰減極限


頻率(MHz)

最大衰減(20℃)


信道(100米)

鏈路(90米)


介質類別

3類

4類

5類

3類

4類

5類


1

4.2

2.6

2.5

3.2

2.2

2.1


4

7.3

4.8

4.5

6.1

4.3

4.0


8

10.2

6.7

6.3

8.8

6

5.7


10

11.5

7.5

7.0

10

6.8

6.3


16

14.9

9.9

9.2

13.2

8.8

8.2


20


11

10.3


9.9

9.2


25



11.4



10.3


31.25



12.8



11.5


62.5



18.5



16.7


100



24



21.6


 

特定頻率下的NEXT衰減極限
    


頻率(MHz)

最小NEXT


信道(100米)

鏈路(90米)


介質類別

3類

4類

5類

3類

4類

5類


1

39.1

53.3

60.0

40.1

54.7

60.0


4

29.3

43.3

50.6

30.7

45.1

51.8


8

24.3

38.2

45.6

25.9

40.2

47.1


10

22.7

36.6

44.0

24.3

38.6

45.5


16

19.3

33.1

40.6

21

35.3

42.3


20


31.4

39.0


33.7

40.7


25



37.4



39.1


31.25



35.7



37.6


62.5



30.6



32.7


100



27.1



29.3


以上兩個指標是TSB67測試的主要內容,但某些型號的測試儀還可以給出直流電阻、特性阻抗、衰減串擾比等指標。

3.直流電阻

直流環路電阻會消耗一部分信號,并將其轉變成熱量。它是指一對導線電阻的和,11801規格的雙絞線的直流電阻不得大于19.2歐姆。每對間的差異不能太大(小于 0.1歐姆),否則表示接觸不良,必須檢查連接點。

4.特性阻抗

與環路直流電阻不同,特性阻抗包括電阻及頻率為1~100MHz的電感阻抗及電容阻抗,它與一對電線之間的距離及絕緣體的電氣性能有關。各種電纜有不同的特性阻抗,而雙絞線電纜則有100歐姆、120歐姆及150歐姆幾種。

5.衰減串擾比(ACR)

在某些頻率范圍,串擾與衰減量的比例關系是反映電纜性能的另一個重要參數。ACR有時也以信噪比(SNR :Signal-Noice ratio)表示,它由最差的衰減量與NEXT量值的差值計算。ACR值較大,表示抗干擾的能力更強。一般系統要求至少大于10分貝。

6.電纜特性

通信信道的品質是由它的電纜特性描述的。SNR是在考慮到干擾信號的情況下,對數據信號強度的一個度量。如果SNR過低,將導致數據信號在被接收時,接收器不能分辨數據信號和噪音信號,最終引起數據錯誤。因此,為了將數據錯誤限制在一定范圍內,必須定義一個最小的可接收的SNR  。

審核編輯(王靜)
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