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双绞线与同轴视频传输应用分析

双绞线差分传输过程中,对外界干扰信号来讲,两股绞线等效为同一导体,干扰信号在两根线上感应的干扰电势的幅度和极性都一样。在差分放大器的输入端,对这种两线的共模输入如果接收差分放大器的CMR 值足够大,就可以得到很好的抑制。由于一般通信双绞线的特征阻抗都不是75 Ω,为和输入视频信号源和输出视频设备匹配,收、发器还需起阻抗变换的作用。收、发两端均接有匹配阻抗RZ,发送器A将信号源75 Ω 输入阻抗通过外接Z+ 和Z- 间的RZ 转换为每线50 Ω 输出;接收时两线各50 Ω 网络阻抗在接收器间RZ取100 Ω。为解决双绞线分布电抗不恒定问题,有的电路在Z+和Z-之间设RX和CX进行调节,以保证正确匹配。

同轴电缆传输视频是利用阻抗匹配和不平衡传输外端等电位(屏蔽)而达到理想效果的,而双绞线传视频则是利用寄生电抗差分抵消来保证频响,利用差分接收来抑制外来干扰以保证指标的。

由于双绞线的特征阻抗不恒定,视双绞线的种类、长度和布线环境不同而变化,上述的阻抗变换调节只是一种常用典型双绞线时的大约阻抗,在实际工程中布线环境的千差万别(环境介质无法统一),走线不可避免地拐弯打折和确切用线长度不好掌握,使得其特征阻抗无法准确调节。这种因理想差分平衡传输条件不满足和阻抗不匹配而造成共模抑制比下降和反射失真,是双绞线在传输视频时需要注意的方面。

应用比较及注意事项

1)对视频的高频响应双绞线优于同轴电缆

由于同轴电缆的寄生电抗较大(尽管其值是恒定的),若不加高频补偿或均衡只适于传输清晰度 300~350 线以下的视频信号。双绞线间的寄生电抗小(理想情况趋于零),传输视频高频分量损耗小,尤其适宜传输400 电视线以上高细节清晰度的视频,用双绞线传视频,使用某些专用芯片甚至能传输调制成射频的视频信号。

2)传输距离

无中继传输同轴电缆不如双绞线传得远。按双绞线传视频典型专用芯片的技术指标:一对收发器间的有效传输距离为1 000 英尺(合304.8 m)。加中继传输双绞线不如同轴电缆,双绞线收发器间加多级中继放大会有一些问题,效果不易达到理想,主要问题恐怕是平衡条件不易满足,以及补偿量和阻抗匹配等方面的原因。而同轴电缆则不存在这些问题,它不管实际布线环境和线径的千差万别,信号线与地线(屏蔽层)能始终处于恒定状态,随着传输距离的延长,可以根据比较成熟的公式来确定电缆所需的均衡补偿量,距离较远时可以多加几级中继放大。

3)干扰与抗干扰

同轴电缆只要屏蔽层接地和接触没毛病,通常不会受干扰,也不会干扰别人。双绞线受干扰的程度基本取决于接收端差分放大器的CMR 值。常用专用芯片CMR 值一般在70~90 dB(10 MHz)之间。笔者用一根AT&T 的四类非屏蔽线(内含4 对双绞线)同时传输2 路视频、2 路音频、1 路FM广播、计算机数据信号和1 路语音电话,工作表明:共线传输的信号,不管是数字的还是模拟的,是调制的还是未经调制的,是视频还是音频,只要采用平衡传输方式,一般不会产生相互干扰和串扰问题。若其中有信号采用不平衡传输方式,例如计算机数据流采用RS-232C 或RS-423 格式或者音频广播采用单端传输方式,都有可能产生干扰和出现信号相互串扰的现象。

在双绞线传输视频的应用中,除了上面所述以外还需注意以下2 个问题:

(1)不是所有双绞线都能用来传输视频。电话线、电源双股线等低频双绞线因可用频带有限,都不适宜传输视频。并行数据传输用多股平行线的平衡干扰抑制条件满足较好,但它不能像双绞线那样使寄生电抗相互抵消,对高频分量的衰减较为严重。正规工程应该选择EIT / TIA 三类以上传输速率10 Mbps 以上的标准通信线,所有传输的视频、语音及数据等信息的出入口应该用RJ45 或RJ11 等平衡式插头插座。

(2)双绞线的平衡传输方式最适宜传输复合全电视信号,传输分量制视频(YUV;YCaCr;YIQ 及RGB 等)和计算机VGA 或RGB 信号,平衡和相位等方面的条件不易掌握。

综上所述可认为,在一般场合使用双绞线传输视频,只要满足其平衡条件,信号的传输质量是能有保证的。在需要同时传输数字数据信号和视频的场合,使用双绞线比同轴电缆好处更明显,也更符合综合布线原则,在电教、监控、计算机模数混合网等领域中有很大的应用优势。

(2013-06-10)
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