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[音频线 ] Twisted pair双绞线是如何工作的?(下)

P:2021-07-28 09:40:20

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转录自 日升电子公众号


从麦克风线/ Cat5 宏观的来看双绞线家族2大误区

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误区1:总是需要屏蔽?

不见得!在以太网络线当中分成了UTP/STP两大类

UTP所表示的就是UNSHIELDTWISTED PAIR无屏蔽的双绞线,

STP就是SHIELD TWISTED PAIR有屏蔽的双绞线了

所以没有屏蔽的双绞线可以工作这是不争的事实

例如安防常见的双绞线视频转换器也是经常使用UTP线缆

但是面对复杂的弱电环境与极微小的信号时

能够有预算进行有屏蔽的系统建置将是较好的

 

举例:当你用94Dbspl/1pasm58话筒进行换能后只得到

–54.5 dBV/Pa (1.85 mV)

此信号极度微弱!

此时,如果能有屏蔽保护,先滤掉部分电磁波当然是较好的选择!

 

误区2:没有屏蔽那代表不需要参考信号接地吗?

看状况!

接收端本身电路就会有一个信号地,

平衡式信号,由于信号对衬,只需要对接收端输入就可以得到一个零电位的点,

这个点可以透过变压器等其他方式实践

所以不见得需要,这个在目前监控视频传输的双绞线对上可以得到应证

 

另外当电源系统的PE保护接地

两端设备都接的状况下,此时信号地线建议要做单端悬空,提供屏蔽,但不连接成为参考信号接地,以免造成接地环路!

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引用图片来自于

https://www.siemon.com/us/standards/Screened_and_Shielded_Guide_4_Ground_Loops.asp

用以说明电源系统的PE保护接地+信号接地,所构成的接地环路

 

两个必须接上信号地(屏蔽层)的状况:

1.但是当发送端或接收端是处于悬空未透过PE保护接地接地的状况下

则有需要将其参考地接上!

例如:动圈式话筒

2.另外由于幻象电源的供应,也必须对于麦克风端进行参考地的搭建

例如:电容式话筒

 

 

非平衡信号直接用双绞线传输呢?

非平衡要变平衡信号,只有两个路径,1.电路 2.变压器

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引用图片来自于

http://www.epanorama.net/newepa/wp-content/uploads/2013/10/Balun_DSCF1889.jpg

是监控用视频的线圈变压器,将非平衡转成平衡式的BALUN绕线方式

 

没透过这两个,在怎么传都是非平衡,用双绞线也无济于事

所以下面我们要讲的是: 平衡的两点一线

 

 

平衡的两点一线

要做平衡式传输,要两个设备都是平衡

线缆要双绞线

才能完全的平衡”,否则任何一点的破坏都是让系统变成非平衡

 

举个例子:

学生可能会拿到一些低档的麦克风,虽然是XLR接头

但是,没有变压器,出来的信号却不是平衡的,

这样的话筒,做长距离传输就非常容易被干扰

 

而线缆没有对绞,在干扰源非常远之下,基本上受到干扰是等量的

但是干扰源非常近之下,受到的干扰将是不等的

 

接收端,如果把平衡式改成了TS大二蕊输入到调音台,也是破坏了平衡结构

所以在使用专业调音台情况下,LINE IN如果是来源或接收端都能吃平衡式的信号,请务必使用TRS 大三蕊连接器!

 

 

 

 

Twisted pair的额外好处

透过了双绞线对,来抵抗外界的干扰,让信号在接收端能较好的还原

另外双绞线也是相对环保的一种设计

对外的EMI干扰也能够降低


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图片来自于:

http://support.sbg-systems.com/customer/en/portal/articles/1408684-magnetic-fields-and-disturbances

方块处为EMI侦测处,同样信号下,单根电流 /双向电流/对绞双向电流时,以对绞双向电流为最低!

 

Twisted pair的短板

  • 成本较高:

单一线对的双绞线,相对于同轴线,会多用一股线制作,而且捻入对绞又额外

增加材料的使用

  • 每单位长度的电阻略高:

因为对绞的捻入率关系,一般来说高密度的双绞线,会比一般无对绞的多浪费10%的材料,所以每单位长度的电阻略高:

 

  • 多线对并排的双绞线,则会因为对绞相同而彼此互扰.串音


图片来自于:http://www.etcs.ipfw.edu/~lin/cpet355/S2004/Lab2_files/image009.gif

说明以太网络现在测是橘色线对向蓝色线对的近端串扰( (NEXT)与远程串扰(FEXT)

 

这啥概念呢?

 

就是以前我们打座机电话,会听到隔壁也有人在讲电话,从电路串音过来

因此需要使用不同绞距的技术来处理,使其行进同样频率时,在线缆上面跑的信号,在距离上有些些微的落差,进而降低串音问题

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图片中,您可以看到每对网络线的密度不一样

这是在不加屏蔽的状况下,一个最省成本也最快的解决手法!

但是这就造成了….skewdelay!(延迟斜率)

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在以太网络上,将让每一线对数据到达时间有所落差

以太网络规范允许一定程度的延迟,cat5e 100m允许50ns

 

让我们展开skew delay延迟斜率问题:

skew delay 是问题吗?

!尤其针对一层协议!

指的是那些只用以太网络线,接头,却不用以太网协议的传输协议

例如:

音频上常见的:

MADI over NETWORK CABLE

AES50

* MADI一般认知传输是透过光纤或同轴线,但是Soundcraft ViSi 上提供了扩充卡,MADI可以透过以太网线传输,此处称为MADI over NETWORK CABLE

 

 

视频上常见的:

VGA透过以太网络线模拟传输

 

由于以太网线整条线缆允许的延迟是100M达到555NS

允许的”skew delay100M达到50NS

简单点说:延迟最大的线对与最小的线对间,可能有约10%的落差

 

类似的状况,在传统VGA双绞线传输上,就会导致较长的线对,会有传输影像滞后的状况,明显的特定颜色图场滞后


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另外的状况就是发生在MADIover NETWORK CABLE 还有AES50

由于这两个协议,利用线对跑不同信号与时钟,

如此一来,会造成封包与时间码无法对齐

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经过实验证明:

同样导体粗细的CAT6网络线

如果依照以太网络规范范围,SKEW DEALY保持在[email protected]

MADI over NETWORK CABLE 还有AES50 的稳定运行距离分别大约只有

90M110M左右



当调整线缆的延迟,SKEW DEALY保持在[email protected]

MADI over NETWORK CABLE 还有AES50 的稳定运行距离将分别放大到

120M160M左右

由此可证明线对延迟在一层协议上是必须注意的严重问题!

 

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延伸阅读

http://support.sbg-systems.com/customer/en/portal/articles/1408684-magnetic-fields-and-disturbances



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