与电缆相关的关键术语和概念 - 无图版电线电缆网DXDLW

钱志明

楼主

2006-09-08 19:35:19

传输线特性（Transmission line characteristics）

Adaptec的研发力量主要集中在了解那些可能影响到电缆信号传输准确率的特性上。这些特性包括阻抗、衰减、串音、延时和延时倾斜。传输特性告诉我们传输线在一系列给定条件下将如何工作。传输特性是所有电缆特性交互作用下的结果。

特征阻抗（Characteristic impedance）

特征阻抗是指一条传输线上的电阻、电导、电感和电容的综合影响。电缆的特征阻抗必须与发射和接收电路的阻抗相匹配。否则将产生信号反射，造成信号损失和变形。

对阻抗的影响（Effects on impedance）

对阻抗的影响因素主要有导体尺寸、绝缘材料、绝缘厚度、屏蔽效果和频率。

电容（Capacitance）

电容是电子电路上的一种特性，与电压变化相对抗。电容使通过传输线的信号发生变形，因此，电容越小越好。电容的大小取决于频率。

对电容的影响（Effects on capacitance）

电缆设计中的许多因素会影响到电容，包括绝缘材料和厚度。

电介质（Dielectric）

电介质是电缆中位于导体之间的物质。充当电介质材料的物质应该具有极差的导电性，但能够非常有效地支持静电场，就像在电容器中起的作用一样。电介质的一个重要特性是它支持静电场，但以发热方式所消耗的能量最少。电介质损失（因发热引起的能量损失）越小，其材料的效果就越好。绝缘材料的电介质常数变化将影响电缆的特性。

电感（Inductance）

电感是电子电路中对抗电流变化的特性。任何导体在通过电流时都会受到电感的影响，因此，电路中的电感越小越好。电感使通过传输线的信号发生变形，其大小取决于频率。

对电感的影响（Effects on inductance）

许多电缆设计因素能影响电感。主要因素有导体尺寸、绝缘厚度和屏蔽效果。

电感器（Inductor）

电感器是一种被动电子元件，以磁场形式贮存能量。电缆本身就是一种电感特性很低的直线电感器。

电阻器（Resistance）

电阻在电子线路中阻碍电流的流动。所有金属性导体都具有电阻，其值越小越好。电阻以发热的形式消耗传输线中的能量。外皮的作用同样会影响到电阻。在频率增高时，外皮作用加大，使信号聚集于导体的外缘。

对电阻器的影响（Effects on resistance）

许多电缆设计因素能影响电阻，包括导体尺寸、导体材料、电镀材料、温度和长度。

衰减或插入损失（Attenuation or insertion loss）

衰减是信号长距离传输过程中自然产生的一种结果，通常以dB/ft为单位进行测量。它使信号的振幅减小或缩短，而损失的信号以发热或反射的形式被浪费掉。任何类型的信号都回产生衰减。传输过程中的衰减越小越好。

对衰减的影响（Effects on attenuation）

衰减受到导体尺寸、导体/电镀材料、绝缘材料、阻抗和频率的影响。

串音（Crosstalk）

串音是指通过一个电缆元件的信号对另一个电缆元件中信号的影响。它是电缆中噪音的主要来源。来自一个信号的噪音会影响到其它信号，产生信号歪斜-在同一位置上两个信号间的差异。串音是一个信号的电场或磁场对另一信号的电场或磁场产生作用而导致的干扰。产生串音的现象通常称为电磁冲突（EMI）。

对串音的影响（Effects on crosstalk）

导体类型、扭曲、屏蔽和频率等电缆特性会影响串音。

衰减与串音的比率（Attenuation to crosstalk Ratio）

衰减与串音的比率（ACR）是指由电线或电缆传输媒体所产生的信号衰减与远端串音之间的差异，以分贝为单位。接收信号要达到一个可被接受的数位出错率，其衰减和串音都必须降至最低。在实际应用中，衰减取决于电线或电缆传输媒体的长度和规格，是一个固定的量值。但是我们可以通过保证使双绞线紧紧地但不变形地绞合在一起，并且通过正确固定和安装电线和电缆媒体之间的连接器来减少串音。ACR是一个定量指标，表明在一个通讯电路中，衰减过的信号比目的（接收）端的串音强多少。在正常性能下，ACR的指数至少要达到几个分贝。如果ACR不够大，出错就会很频繁。在许多场合中，即使对ACR有很小的提高，都能大大降低数位出错率。

时间与传播延迟（Time and propagation delay）

信号歪斜和延时与信号通过传输线所需要的时间间隔有关。歪斜是指最早和最晚到达目的或起始端的信号之间的时间差异。而一根电缆的传播延迟测量的是信号在该传输线上经过的时间。

对时间与传播延迟的影响（Effects on time and propagation delay）

传播延时和信号歪斜受绝缘材料和导线绞合的影响。导线绞合引起的双线长度不一和电介质变形，电介质常数的变化，导体和介质间的空气间隙，由于电缆本身造成的双线长度不一都会反过来影响信号歪斜。数据时钟出错的可能性将随着延时和信号歪斜的增加而增加。传播延迟受电感和电容的影响。信号速度按光速的百分之多少作为速度因子来测量。速度因子越大，传播延迟就越小。

slj8106

1 楼

2006-09-09 12:45:24

输入阻抗(iInput impedance)

电缆的主要指标之一，根据开路阻抗和短路阻抗计算出来的。

回波损耗（Return Loss)

电缆的主要指标之一，根据负载阻抗计算出来的。

ll88588

2 楼

2006-09-09 22:39:54

谢谢！

slj8106

3 楼

2006-09-11 11:49:17

现在在EIA/TIA 568B2-10的草案中，还有ANEXT及PSANEXT等一些术语

ahhytsb

4 楼

2006-09-12 08:03:39

谢谢

山人

5 楼

2006-09-12 16:58:33

谢谢提供

cails

6 楼

2006-10-24 22:07:40

第一部分

電氣特性各參數與結構之關係

反射類參數: 特性阻抗, 電容, 電感, 反射損失, 駐波比

傳輸類參數: 衰減, 傳播速度, 傳播延遲, 串音等

這里導入反射與傳輸的概念, 傳輸線中高頻信號傳輸的現象是截然不同於低頻或是直流的信號. 在交流電路里, 如果一個信號源電阻不等於負載電阻, 信號源產生的功率將不會有最大轉換於負載上. 經專家分析, 發現有不可忽略的功率散逸(Power Dissipation)於連接信號源和負載的傳輸線路上. 而這個功率的散逸就被視為一個反射回信號源的功率.

一. 傳輸線的甚本特點:

1. 信號產生的阻抗與它的直流電阻無關.

2. 阻抗的變化會導致信號與能量在傳輸線中的反射.

3. 信號在一對傳輸線中從一點到另一點需要一定的時間.

4. 因為有一定的傳輸時間,在導體上即時電壓電流的比值由導體(傳輸線)的特性來決定.

歐姆定律: V = I * R

二. 特性阻抗: 傳輸線受導體的結構影響而有一高頻信號的阻值,被視為特性阻抗.

(1). 傳輸信號受特性阻抗的大小而影響著兩個重要的因素.

a. 高功率信號的處理能力 (High-power handing)

b. 信號低頻傳輸損失的能力 (Low loss)

√Σr

</DIV>

</DIV>

(2). 理想的特性阻抗與結構的關係: d

<DIV>

Σr

</DIV>

Zo= ln( )

d=中心導體的直徑(m)

D=外部導體或覆被的內徑(m)

Σr=絕緣材質的介電系數 D

a. 特性阻抗是由d, D, Σr所決定

b. 特性阻抗和長度無關,如果測試的頻率大于1MHz,特性阻抗與頻率幾乎無關.

c. 僅減小d, 特性阻抗增加

d. 僅減小D, 特性阻抗減小

e. 僅減小Σr,特性阻抗增加

三.

<DIV>

I電流 R’ 電阻 L’ 電感中心導體

V電位 C’ 並聯電容 G’ 並聯電導

- 無限小的單位長度 dx

有介電常數的絕緣物質外部導體或覆被

</DIV>

電容(Capacitance)和電感(Inductance):

當有一外加電壓施於中心導體及外部導體之間, 這兩平行導體上的電荷會感應出一電能, 以並聯電容(C, Shunt Capacitance)來表示產生每單位長的電能之鏈結. 如果介電物質的絕緣效果不是很理想的話, 兩平行導體上會有漏電流產生, 這漏電流的感應電位是由一並聯電導(G, Shunt Conductance)來表示. 所以, 當單位長度縮到無限小(dx), 等效電路的電流變化可用下式來表示:

dI=(R+jwL)*V*dx

另一方面，延著中心導體方向，每單位長度電流波所產生磁通量之鏈結，是由串聯的電感(L’，Inductance)來表示此磁能的傳遞。傳遞高頻信號時，在中心導體的熱能耗損，是由串聯電阻(R’，Resistance)來代表。因此，無限小的單位長度上電壓變化是:

dV=(R+jwL)*I*dx

由上面的等效電路圖所得到上述二式，可以推導實際同軸傳輸線的特性阻抗，見(1)式 (1)

這理， C’ = 每單位長度的傳輸線電容值;

G’ = 每單位長度的傳輸線電抗值

L’ = 每單位長度的傳輸線電感值;

R’ = 每單位長度的傳輸線電阻值

f = 延著傳輸線傳輸信號波的頻率

cails

7 楼

2006-10-24 22:08:04

如果f > 1MHZ可得j2p L’ >> R’ 及j2p C’ >> G’，代入(1)式，可得(2)式。由下式知，如果量測頻率(f)大於1Mhz，這條傳輸線約可視作是無損失傳輸的，因為傳輸線的特性阻抗和頻率幾乎無關.，所以 (2)

最後，(2)式所需單位長度的傳輸線電容值也可由傳輸線結構推導。其中心導體和外部覆被間，每單位長度[公尺(m)或英吋(ft)]的電容值是

(3)

同理，每單位長度(公尺(m)或英吋(ft))的電感值是

(4)

綜上所述:

1. 電容和電感是高頻電磁波在同軸電纜中傳輸時引起的兩個性能參數.

2. 任何導體均表現出一定的電感(L).H, 電容(C).F和電阻(R).Ω, 以及絕緣導致的漏電流特性.

3. 傳輸線中分布式的電容和電感使得在高頻下類似於一個電感—電容的網絡. 這個網絡的阻抗等於(L/C)^1/2, 它是由同軸線的結構尺寸與絕緣介電常數決定和影響的, 並影響了傳輸線的特性阻抗.

二. 反射損失: 當傳輸線上的某一點的阻抗值改變時,在這一點被視為一個不連續點.這個不連續點會導至該點的入射電壓或電流波被反射,入射能量因而損失,稱為阻抗不批配.

1. 此點起因於:

(1). 中心導體直徑的變化 (d) (返燃可解決)

(2). 絕緣介電材質的直徑變化 (D)

(3). 絕緣介電材質或覆被的斷裂或缺陷

(4). 因連結到裸線的組接頭過多所形成的二次反射或多次反射之影響.

(5). 裸線組裝頭中的元件接觸不良或有空隙

2. 原理:

(1). 網絡分析儀所量測的反射電壓是以反射系數 (Γ) 來表示.因此:

U _Reflected ZL-Zo 反射電壓 U _Forward ZL+Zo 入射電壓

</DIV>

阻抗不連續點和電壓波反射的關系可表示為:

Γ =

</DIV>

</DIV>

即

</DIV>

Γ= =Vr/Vi

(2). 如果: 用Vi: 入射電壓 Vr: 反射電壓: VL: 通過負載的電壓

那么: VL=Vi+Vr IL=Vi-Vr

ZL = VL/IL = (Vi+Vr)/Ii-Ir = (Vi+Vr)/(Vi/Zo-Vr/Zo)

= Zo * (1+Vr/Vi)/(1-Vr/Vi)

a. 負載等於參考阻抗反射系數趨于0 (0% 零反射)

ZL=Zo Vr=0

b. 負載是斷路反射系數趨于1 (100% 全反射反射波形和ZL=∞ Vr=Vi (同相) 入射波形相同)

c. 負載是短路反射系數趨于-1 (100% 全反射反射波形ZL=0 Vr=-Vi (反相) 和入射波形相反)

反射損失: 是以分貝的型式來表示反射系數.RL=-20log|Γ|

用來反映反射功率與入射功率的比值, 與SWR相反, 反射越小時, 回波損耗值越大.

反射的產生與防護: (漏電流. 遮蔽, 鋁箔, 透明麥拉)

三. 駐波比: 延著傳輸線的傳輸方向 (長度需大於信號波長的10倍), 總會找到一個最大的電壓和一個對應的最小電壓, 而這最大電壓和最小電壓的比值就是駐波比.

1. 傳輸線上總的電壓是入射波與反射波電壓的矢量和.

2. 入射與反射的相位關係與線的觀察點的選取有很大的關係.

3. 終端負載的阻抗(ZL)可能與傳輸線的阻抗(Zo)不一樣. ZL可以介於0與無窮大之間, 所以它會吸引入射波的一些能量並將其它的反射.

反射波疊加到入射波上,就形成了駐波.

cails

8 楼

2006-10-24 22:08:40

1. 用入射波與反射波的幅值之差與和來表示U _Max=|Vi|+|Vr|, U _Min =|Vi|-|Vr|. 最大與最小的比值就稱為SWR.

2. 當完全匹配的時候, 即ZL=Zo, 此時不會發生反射, 故SWR=1, 當完全開路或短路狀態時, SWR無窮大.

1+|Γ|

1-|Γ|

</DIV>

U Forward + U Reflected

U Forward - U Reflected

</DIV>

U _Max

U _Min

</DIV>

SWR = = =

負載等於參考電壓駐波比=1

負載是斷路或短路駐波比=∞

P_out

P_in

</DIV>

六. 衰減: 指輸出端功率(P_out)比入射端功率(P_in)降低了多少,並且以dB的形式來表示.即: α=10log (dB) [和阻抗有很大的關係]

1. 單位長度傳輸線的總衰減是中心導體的損失(α_C)和介電材質損失(α_D)之和.

d+D

</DIV>

11.39√f

</DIV>

d+D

</DIV>

4.34√f

</DIV>

α_C= ( ) dB/m (單位: f: GHz d,D:cm)

或 α_C= ( )dB/100ft (單位:f:MHz d,D:inch)

}

</DIV>

δ為散逸系數

</DIV>

α_D=90.96 ×f ×√Σr ×tan(δ) dB/M

或 α_D=2.78 ×f ×√Σr ×tan(δ) dB/100ft

散逸系數是傳輸線中電阻成份的函數.也是指介電材質能防止高頻能量經由電阻成份散逸而保存的能力.

介電材質散逸系數越低, 代表其傳遞高頻能量之能力越高.

2. 低衰減歸於下列因素:

a. 很大的中心導體直徑(d)或絕緣介電材質的直徑.

b. 中心導體直徑或覆被低阻值

c. 低介電系數

d. 低的集膚效應深度

l 除非特別規定,依美國ASTM-D-4566-94標準,量測溫度應在周遭室溫20 ±2 ℃下執行,若無法在此溫度量測,而改在其它合理溫度下量測,則需進行補償,以求得20℃時量測所得到的數據.

α₂₀=補償到20℃時的衰減

α_T=在T℃時所量的衰減

T = 量測時的溫度

</DIV>

{

</DIV>

α_T

[1+0.0022(T-20)]

</DIV>

α₂₀ = (dB)

六. 傳播速度:

√Σr

</DIV>

電壓波在傳輸線中傳播的速度小於在空氣中傳播的速度. 這是因為絕緣介電物質阻礙高頻訊號波的傳遞. 因此傳播速度主要是由中心導體和覆被之間的絕緣物質的介電系數(Σr)來決定.

傳播速度與光速的百分比為: x= ×100%

例: PE介電系數為Σr=2.26, 它擁有66.5%的傳播速度. 為

1.995 ×10⁸m/sec

鐵弗龍(PTFE)介電系數Σr=2.1, 它有69.0%的傳播速度. 為

2.070 ×10⁸m/sec

光速為 3.000 ×10⁸m/sec

七. 傳播延遲: 指固定頻率下訊號波經過固定長度傳輸線所需之時間.

√Σr

0.3

</DIV>

V_R= ns/m

發泡系數須由修正補償后的延遲(V’_R)來計算,

Σr’=(Σr)^1-x或0.3V_R’=(0.3V_R)^1-x

Σr’ 和V_R’分別為發泡過程后的介電材質系數和傳播速度, Σr和V_R是發泡過程前的介電系數和傳播速度.

八.串音: 兩線路之間互相干擾的電磁雜訊, 隨著頻率之升高而增加, 分為近端串音和遠端串音.

</DIV>

</DIV>

NEXT = P2/P1

I/O FEXT = P4/P1

ELFEXT = P4/P3

它的優劣與絞距和絕緣材質有密切的關係.

電容和電感對串音的影響較大.

cails

9 楼

2006-10-24 22:09:30

第二部份
常見電腦連接線簡介及測試要求
一. LAN Cable(包括Cat.3(16).4(20).5(100).6(250).7(750))測試項目:
   用途: 用於建筑物內的基干佈線和建築物間的基干佈線.
     (1). Return Loss                        反射損失
       (2). Zin—OS                           輸入阻抗
       (3). Fitted—CharZ                      特性阻抗
       (4). Structural Return Loss                結構回波損耗
       (5). Attenuation                         衰減
       (6). Delay                              延遲
       (7). Skew                              延遲差
       (8). Near-End Xtalk                      近端串音
       (9). Near-End Xtalk-PwrSum               近端串音
       (10). EL Far-End Xtalk                    遠端串音
       (11). EL Far-End Xtalk-PwrSum            遠端串音
二. 1394 Cable: 1394是資料傳輸的標準, 而不是電氣標準.
測試項目比USB多了一個遠端串音 (Far-End Xtalk).
               為什麼? ……
    優點: 1. 具有數據傳輸的固定頻率.
         2. 支持數字界面. 可用BUS操縱.
         3. 體積小, 便於攜帶, 簡單易用, 可隨意佈線.
         4. 可大可小的接線架構.
         5. 即插即用.
    功能: 1. 具有強大的包容能力. 比如一個1394接口可以代替Parallel, SCSI, Local talk, ADB, Sound, Power等五個接口.
         2. 它可以使傳輸數據資料的所有類型的交叉平臺標準化.
         3. 具有真實的, 同步的功能. 它不需要中央處理、控制系統, 可直接轉換, 如: 數碼相機-----印表機.
         4. 可用於同位體 (在網絡結構體系中, 任何與另一個實體處在同一層次上的功能單元或操作裝置) 之間的轉換.
         5. 它可有效改善數據傳輸的效率, 加快、擴充信號的速度.
         6. USB可連接127個終端, 1394架構呢?
<DIV>
bus
bridge
</DIV>

<DIV class=shape style="PADDING-RIGHT: 7.95pt; PADDING-LEFT: 7.95pt; PADDING-BOTTOM: 4.35pt; PADDING-TOP: 4.35pt" v:shape="_x0000_s1032">
Node 2
</DIV>
<DIV class=shape style="PADDING-RIGHT: 7.95pt; PADDING-LEFT: 7.95pt; PADDING-BOTTOM: 4.35pt; PADDING-TOP: 4.35pt" v:shape="_x0000_s1033">
Node n
</DIV>
<DIV class=shape style="PADDING-RIGHT: 7.95pt; PADDING-LEFT: 7.95pt; PADDING-BOTTOM: 4.35pt; PADDING-TOP: 4.35pt" v:shape="_x0000_s1031">
Node 1
</DIV>
             63       Bus 3#                            1023
                       ……                            ……
<DIV>
bus
bridge
</DIV>

<DIV class=shape style="PADDING-RIGHT: 7.95pt; PADDING-LEFT: 7.95pt; PADDING-BOTTOM: 4.35pt; PADDING-TOP: 4.35pt" v:shape="_x0000_s1038">
Node 2
</DIV>
<DIV class=shape style="PADDING-RIGHT: 7.95pt; PADDING-LEFT: 7.95pt; PADDING-BOTTOM: 4.35pt; PADDING-TOP: 4.35pt" v:shape="_x0000_s1037">
Node 1
</DIV>
<DIV class=shape style="PADDING-RIGHT: 7.95pt; PADDING-LEFT: 7.95pt; PADDING-BOTTOM: 4.35pt; PADDING-TOP: 4.35pt" v:shape="_x0000_s1039">
Node n
</DIV>
                    63        Bus 2#
                               ……
<DIV>
bus
bridge
</DIV>

<DIV class=shape style="PADDING-RIGHT: 7.95pt; PADDING-LEFT: 7.95pt; PADDING-BOTTOM: 4.35pt; PADDING-TOP: 4.35pt" v:shape="_x0000_s1035">
Node 2
</DIV>
<DIV class=shape style="PADDING-RIGHT: 7.95pt; PADDING-LEFT: 7.95pt; PADDING-BOTTOM: 4.35pt; PADDING-TOP: 4.35pt" v:shape="_x0000_s1036">
Node n
</DIV>
<DIV class=shape style="PADDING-RIGHT: 7.95pt; PADDING-LEFT: 7.95pt; PADDING-BOTTOM: 4.35pt; PADDING-TOP: 4.35pt" v:shape="_x0000_s1034">
Node 1
</DIV>
                               63         Bus 1#
                                           ……

cails

10 楼

2006-10-24 22:09:48

bus: 總線, 母線, (匯流排) 它是計算機系統各部間的一種電連線, 信號及電源就是通過它傳送的. 每種微處理機都具有三組總線, 分別供數據, 地址和控制信號使用. 信息可從多個源部件中的任何一個經總線傳送到多個目標部件中的任意一個, 總線由若干平行導線組成, 分別傳送地址, 數據, 同步信號, 控制信息及電源等. 它也是數據通信技術中的一種網絡拓扑結構, 其中各個工作站通過T型接頭與主電纜相連.

Node: 網絡中的一種地點, 在該地點有一個或多個操作部件與傳輸線相連. 在系統網絡體系結構(SNA)中, 鏈路的端點或網絡中二條或多條鏈路的公共結合點. 網點對於主處理機、通信控制點、群集控制器和終端可以是分布式的. 網點路由選擇及其它的運行功能可以改變.

三. USB(1.1, 2.0)測試項目:

(1). Impedance 特性阻抗

a. Differential 差分阻抗

兩條線串連起來的阻抗,輸入不同相位的信號,相位差為180⁰

b. Common mode 同模阻抗 (1.1不要求)

兩條線並連起來的阻抗, 輸入相同相位的信號, 相位差為0⁰

c. Single 單端阻抗 (都不要求)

單根線的阻抗

網絡分析儀中使用Blun的目的是為了將Single訊號轉化為Differential和Common mode訊號.

(2). 衰減, 延遲, 延遲差: 1.1和2.0的區別:

a. 2.0要求測到400MHz的衰減, 1.1只要到96MHz即可.

b. 2.0的延遲差要求控制到100ps/Cable, 而1.1只要不大於400ps/Cable即可.

(3). USB架構最多可連接127個終端設備.

四. DVI Cable測試項目:

a. 差動阻抗 b. 同模阻抗 c. 單端阻抗 d. 差動延遲

e. 對間延遲差 (Inter-Pair Skew) f. 對內延遲差 (Intra-Pair Skew)

g. 上升時間衰退或頻寬 (Rise time Degradation or Bandwidth) (ps)

h. 近端串音 i. 遠端串音 j. 衰減

五. 1284 Cable測試項目:

a. 特性阻抗 b. 衰減 c. 不平衡電容 d. 延遲

e. 延遲差 f. DC電阻

xgh874

11 楼

2007-01-01 21:36:47

0好多乱码,看不清

lll333

12 楼

2007-01-03 14:15:06

整理一下嘛！成WORD吧！

tiandi

13 楼

2007-01-08 07:54:22

不错，最好整理一下

江南狼

14 楼

2007-01-08 12:06:52

楼主能不能把你所说的关键术语和概念详细讲解一下，他与哪些东西有关，成什么比，受什么影响？谢谢！

happy2003

15 楼

2009-01-28 12:57:13

这些东西非常好，但有的东西下载后，好像少了些什么，请楼主是否可以把以下内容归纳起来，做成一个附件上传上来。非常感谢！

wjw1986925

16 楼

2009-02-11 10:32:44

后面有点乱啊

与电缆相关的关键术语和概念 - 简版

V電位 C’ 並聯電容 G’ 並聯電導