如題所說，雙絞線在我們的生產(chǎn)生活中絕對是已經(jīng)無處不在的了，因為各種設(shè)備間的信號傳輸都會用到它，例如：網(wǎng)線、通訊線、編碼器線、電機反饋線...等等。尤其是隨著各種設(shè)備的數(shù)字化，越來愈多的應(yīng)用場合會需要用到雙絞線。

可是大家有沒有想過，為什么在進行信號傳輸時一定要使用雙絞線呢？

本期，我們就一起來聊一聊，這些雙絞線是怎樣工作的呢？

干擾的來源

信號（無論是模擬量信號，還是數(shù)字信號）和動力傳輸?shù)幕拘问绞请娏鳌＿@種電流會在電纜周圍產(chǎn)生一個引起干擾的電磁場，由此對周圍的線路產(chǎn)生噪聲影響。

這種電纜間的串擾會隨著線路長度的增加而遞增。而雙絞線的誕生，正是為了消除這種干擾。

什么是雙絞線

雙絞線（Twisted Pair），是一對相互絕緣的導(dǎo)線，按照一定的規(guī)律（一般順時針方向）互相纏繞絞合在一起的一種布線形式。

這種布線形式的最大特點是有利于消除信號傳輸過程中的外部電磁干擾（EMI），例如：來自其它非屏蔽電纜的干擾，或者來自周圍鄰近導(dǎo)線的串擾。雙絞線既可以用于傳輸模擬量信號，也可以用于傳輸數(shù)字信號。

它的發(fā)明者是出生于 1847 年的 Alexander Graham Bell。沒錯，就是大家熟悉的那位發(fā)明電話的偉大科學(xué)家。

雙絞線如何消除干擾

在一對雙絞線中，兩芯導(dǎo)線分別傳輸幅值相等、但相位（極性）相反的信號，并且在接收端通過差分放大器檢測兩者之間的差異，這也就是我們常說的差分信號傳輸。

噪聲源通過電場或磁場的耦合將噪聲引入到導(dǎo)線中，并傾向于均等地同時耦合到兩條彼此扭曲的導(dǎo)線上。 這樣一來，噪聲就會在雙絞線上產(chǎn)生一組共模的信號。由一條導(dǎo)線產(chǎn)生的干擾/噪聲將會與另一根導(dǎo)線產(chǎn)生的干擾/噪聲相互抵消，因為它們本質(zhì)上是大小相等且方向相反的，當差分信號被接收時，在接收器處就會被消除掉，最終得到純凈的沒有干擾的信號。

為什么不是同軸線

有人可能會說，同軸電纜的抗干擾性能更加優(yōu)異。是的沒錯，十年之前（甚至現(xiàn)在還有）每家每戶的有線電視信號都是采用同軸電纜進行傳輸?shù)摹?/p>

然而，為了有效阻止來自外界的干擾，同軸電纜的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，包括被多層厚實的絕緣層包裹在中央的一根圓形銅導(dǎo)體和外部編織網(wǎng)屏蔽層，這就導(dǎo)致同軸電纜比較難以實現(xiàn)大規(guī)模的安裝及布線。

雙絞線的特點：

優(yōu)點：

• 防止外部的干擾噪聲進入電纜；

• 防止電纜本身對外產(chǎn)生干擾噪聲；

• 使得串擾最小化；

• 成本較低；

• 易于安裝和使用；

不足：

雙絞線對電磁干擾的效果很大程度上取決于電纜絞合的方式，需要確保電纜在安裝使用的過程中保持完好。因此，雙絞線電纜通常會在最大牽引力和最小彎曲半徑...等方面有著嚴格的要求。

屏蔽與非屏蔽

雙絞線通常可以分為屏蔽雙絞線（STP）和非屏蔽雙絞線（UTP）。

為了達到更好的防止電磁干擾的效果，雙絞線通常會使用屏蔽層。

屏蔽層的作用是導(dǎo)電屏障，用以削減從外部進入的電磁波，并為感應(yīng)電流提供傳導(dǎo)路徑。通過該傳導(dǎo)路徑，感應(yīng)電流可以借由接地參考連接循環(huán)并返回到源。這種屏蔽既可以應(yīng)用于一對導(dǎo)線，也可以應(yīng)用于成對導(dǎo)線的集合。 有時候每一對導(dǎo)線被金屬箔單獨屏蔽，而整體電纜可以再另外使用金屬箔與編織網(wǎng)屏蔽。

屏蔽的幾種類型

單獨屏蔽

電纜中每對雙絞線都采用鋁箔單獨屏蔽。

這種類型的屏蔽不僅能夠保護導(dǎo)線免受來自外部的電磁干擾，同時可以防止導(dǎo)線對周圍線路的電磁干擾，并保護相鄰的線路免受串擾影響。

整體屏蔽

用金屬箔或編織網(wǎng)對電纜中所有的成對導(dǎo)線進行整體包裹。

這種屏蔽有助于防止電磁干擾進入或逃離電纜。

單獨屏蔽+整體屏蔽

每對雙絞線使用金屬箔進行單獨屏蔽，并且在整個外層還使用金屬箔或編織網(wǎng)屏蔽。

這種屏蔽有助于防止電磁干擾進入或逃離電纜。并保護相鄰的線路免受串擾影響。

因為屏蔽是由金屬制成的，所以也可以作為接地。 有時候，屏蔽雙絞線電纜會包含一芯特殊的接地線，這芯線也被稱為排擾線，其電氣上與屏蔽層相連，有助于簡化連接器與地之間的連接。

雙絞線的分類

講完了幾種不同的屏蔽，我們再來看看常見雙絞線的分類。

無論工業(yè)、商業(yè)還是生活中，對稱分布的四對雙絞線都是最常見的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)通信電纜形式。屏蔽 Cat 5e，Cat 6/6a 電纜通常采用 F / UTP 結(jié)構(gòu)，而屏蔽 Cat 7/7 A 電纜則采用 S / FTP結(jié)構(gòu)。

由 TIA/EIA-568-A 所界定及承認、并提供 100MHz 的帶寬 的 CAT-5 和 TIA/EIA-568-B 所界定及承認、并提供 125MHz 的帶寬的 CAT-5e 電纜常見于傳統(tǒng)的局域網(wǎng)電纜，采用非屏蔽雙絞線布線（UTP）， 僅適用于 100 Mbps 級別的以太網(wǎng)應(yīng)用，最長傳輸距離不超過 100m。由于不支持新興的應(yīng)用和信令技術(shù)，CAT-5 及 CAT-5e 使用量正在大幅下降，已經(jīng)處于其產(chǎn)品生命周期的尾聲。

CAT-6 目前為 TIA/EIA-568-B 所界定及承認。提供 250MHz 的帶寬，比 CAT-5 與 CAT-5e 高出一倍半。CAT-6 250 MHz UTP 電纜僅支持 35-55 m 的 10 Gbps 短距離應(yīng)用，具體取決于串擾環(huán)境。

符合 CAT-6a 500 MHz 非屏蔽雙絞線（UTP）和屏蔽雙絞線（STP）已經(jīng)成為最流行的類型，因為它們通過了 10 Gbps 和長達 100 m 的認證測試 ，而目前 10Gbps 以太網(wǎng)端口的出貨量也已經(jīng)成為工業(yè)市場的主流。因此 CAT-6a 將來會使用在萬兆以太網(wǎng)（10 Gbit/s）中。

與此同時，歐洲市場領(lǐng)導(dǎo)者和標準設(shè)立者正為 10 Gbps 100 米以太網(wǎng)局域網(wǎng)應(yīng)用推崇帶有雙重屏蔽（每對雙絞線單獨屏蔽和電纜整體屏蔽）的 CAT-7 600MHz 標準。CAT-7 為 ISO/IEC 11801 Class F 纜線標準的非正式名稱。此標準定義 4 對各別屏蔽的雙絞線包覆在一個屏蔽內(nèi)。其設(shè)計將以 600MHz 頻率傳輸信號，串擾控制性能優(yōu)于 CAT-6a。然而目前北美標準組 TIA 和 EIA-568 還沒有對此認賬。

文：三太子

校：麥總