双绞线电缆高速通信概览

  双绞线)通常被作为电话线来使用，包括为数以百万计的家庭提供高速互联网连接的DSL服务。双绞线电缆还用于以太网连接和电视机、计算机显示器等设备的HDMI和DVI连接。虽然双绞线电缆在日常生活中随处可见，但是对这种电缆的属性进行深入分析的文章却寥寥无几。

  我们能够正常的看到有大量资料在讨论同轴电缆、PCB迹线。虽然双绞线得以广泛运用，但阐述双绞线在各种情况中应用的资料却不多见。笔者在研究中发现缺乏双绞线电缆分析的原因是这种分析将很快陷入复杂的数学问题。在分析同轴电缆或PCB布局时，能够正常的使用二维分析获得良好的电缆行为模型，但双绞线电缆本质上是三维结构假如没有这第三维，那么双绞线和非双绞线就没什么区别了。因此，本文旨在为设计人员提供双绞线电缆高速通信的概览，并识别从A点到B点获得高速数据可能遇到的问题。

  在对称线对中发送，信号不是接地，而是接入双绞线电缆的对侧。在对称线对中，如果有干扰磁场或电场，它们将均匀接入双绞线对的两根线。由于接收器能识别双绞线对中两根线间的差异，因此干扰的影响被降低。由于对干扰的相对不敏感性，能够正常的使用较小信号摆幅的差分信号，在相似环境中比单端系统省电。

  虽然在确定双绞线衰减特征中涉及的数学问题比同轴电缆复杂得多，但最终结果却是相似的有三种损耗机制：

  ● 电阻性损耗：由电缆的电阻引起。这种影响与频率无关，而且非常小。在大多数情况下，这称不上影响因素。发送超低速数据信号或通过长距离电缆传送电力时，需要仔细考虑这个因素。

  ● 趋肤效应损耗：其中，衰减根据频率平方根的函数增加。这种效应变为主要的衰减形式并不是特别需要很高的频率，因此对大多数有用的双绞线电缆应用，这是主要的损耗来源。关于趋肤效应损耗的更详细描述，请参阅《优异的电缆均衡器对工程师大有益处》。

  如果从数据传输速率角度考虑信号，在超低速率时，主要的衰减形式是电阻性损耗，但速率稍有增加，集肤效应损耗将起主导作用。一旦数据传输速率达到1Gbps或2Gbps，介电损耗开始发挥作用，并迅速占据主导地位。由于介电损耗与数据传输速率和电缆长度成正比，若发生介电损耗，情况将迅速变糟，这就应该使用电缆的数据传输速率的上限。