Меню

Витая пара сопротивление по постоянному току

Как работает витая пара и как происходит передача данных

Как работает витая пара и как происходит передача данных

Аватар пользователя

Содержание

Содержание

Современный компьютер обязан быть подключенным к интернету. Если раньше это было прихотью владельца, то сейчас некоторые игры и программы без него не работают. Тем не менее, владельцы чаще обращают внимание на скорость оперативной памяти или частоту монитора, а качество сетевого оборудования остается на втором плане. Тем не менее, простой провод от роутера к компьютеру имеет много характеристик, и они могут влиять на стабильность соединения. Что такое витая пара, почему она витая, и откуда в ней берется интернет — разбираемся в нашем материале.

Информация передается по проводам: длинным, коротким, медным и даже стеклянным. В мире так много проводов, что, если связать их в один, то можно провести интернет на Луну и обратно. Однако, даже если это осуществимо, такой интернет гарантированно не будет работать. Потому что, кроме самого провода, есть еще тонна условий, при которых работает витая пара. Это категория проводника, тип, материал провода, качество экранирования, помехоустойчивость и многое другое. Все это определяет качество работы сети и распространяется как на многокилометровые линии связи, так и на домашних коротышек.

А для тех, кто предпочитает использовать беспроводные сети, можно посмотреть, какую точку доступа подобрать и как это сделать правильно:

Как витая пара передает сигнал

Для кого-то будет открытием, что по кабелю передаются не биты и байты, хотя технику мы называем цифровой. На самом деле, в проводе нет никакой информации, а только напряжение. Один компьютер задает вопрос, другой отвечает, и все это происходит с помощью передачи вольтажа через витые пары.

Для передачи информации компьютер делит ее на биты. Затем они шифруются в двоичную систему и передаются по кабелю. В это время информация выглядит как простые электрические импульсы разной длительности (частоты) и с разным вольтажом. При этом, передаются два сигнала: один с положительным напряжением, другой — с отрицательным. Принимая сигнал, дешифратор складывает напряжения и в сумме получает ноль. Таким образом, зная вольтаж, длительность импульса и разницу напряжений, сетевая карта понимает, какой код ей посылает собеседница.

Для отправки кода «0 1» необходимо, условно, передать по проводу электрический импульс размером в 6 В и -6 В и длительностью 3 мс. За ним следуют другие коды, например, «1 1». Его компьютер зашифрует как импульс в 4 В и -4 В и 0.5 мс. Это можно представить в виде графика периодических сигналов:

С точки зрения простого человека без физико-математической корочки в кармане такое объяснение будет понятным и достаточным, чтобы представить, что творится в витой паре во время передачи сигнала. В информатике этот процесс называется манчестерским кодом и это находится на первом уровне OSI. Так называют 7 уровней движения информации от бита к понятному для человека изображению на экране. Движение электрических или световых сигналов это первый, «физический» уровень. Там и работает витая пара.

От советской лапши к современному UTP

Для передачи высокочастотного сигнала не всегда использовался провод с несколькими витыми парами. Не будем заглядывать в историю совсем далеко, а остановимся на времени, когда телефония уверенно поселилась в каждой квартире 80-х. Вполне реально, что у кого-то и до сих пор работает телефонный аппарат по старой DSL-линии. Он подключен таким проводом:

Это телефонный провод ТРП для прокладки сети в помещениях. В народе его называют лапшой из-за сходства с плоскими макаронами. Обычно используется для «доводки» сигнала к нужному месту. Сейчас таким проводом сигнальные линии не ведут, а используют современные UTP патч-корды.

Еще один способ передать высокочастотные данные на средние расстояния — коаксиальные провода. Сигнальный провод защищен от наводок экранированием:

Коаксиальный кабель используют и сейчас, например, в радио и спутниковой связи, а также в антеннах для приема цифрового или аналогового телевидения. Впрочем, его могут применять везде, где необходимо соединить между собой два чувствительных к помехам устройства.

Помимо «домашних» и всем известных проводов, в современных сетях есть и другие. Это многожильные провода-трассы с 25 парами, экранированные и усиленные, а также оптоволоконные проводники с разным количеством стеклянных жил, в том числе и витые пары.

Для чего так много разновидностей витой пары

С помощью витой пары соединяют не только роутер и компьютер. Есть более глобальные применения. Так, один проводник предназначен только для помещений, а другой способен работать на улице под прямыми лучами солнца. Первый растянется и испортится на больших расстояниях, а другой спокойно выдержит вытягивание на десятки метров. Где-то достаточно протянуть простой провод без экрана, а в другом месте будет много посторонних сигналов, поэтому и провод нужен соответствующий. Для этого предназначены разные типы витой пары.

UTP — самый простой и нежный кабель. Не защищен от внешних помех, а также не любит растягивание. Зато он мягкий и хорошо сгибается. Подходит для дома и офиса.

FTP — то же самое, но с дополнительным экранированием. То есть, все пары закутаны в фольгу. Имеет те же физические плюсы и минусы первого варианта, только более устойчив к помехам. Такие провода — минимум для использования в производственных помещениях с посторонними помехами.

STP — все то, что есть в предыдущих, плюс защитная металлическая оплетка.

SFTP — каждая пара завернута в собственную фольгу, а общий провод защищен металлической оплеткой.

U/FTP — каждая пара в фольге, остальное все как у UTP.

F/FTP — для каждой пары фольга, плюс общая для всего провода.

SF/FTP — каждая пара экранирована, плюс весь провод защищен металлической оплеткой, а для жесткости добавляют стальную проволоку. Это провод для построения длинных трасс.

Для домашнего интернета вполне хватает простого UTP. Максимум — FTP, если это многоквартирный дом и нужно защитить сигнал от микроволновок и роутеров с точками доступа 5 ГГц. Остальные используются для прокладки внешних линий между зданиями или на большое расстояние, где сигнал обязательно защищают от внешних помех и стремятся максимально сохранить качество.

Категории витой пары

Категории витой пары определяются основными характеристиками провода: максимальная частота сигнала и толщина проводника. Чем выше допустимая частота в проводе, тем лучше его качественные показатели и способность удерживать скорость на протяжении десятков метров. В основном используются «5e» и «6» категории, хотя всего их 10:

Между прочим, та самая «лапша» — это витая пара Cat. 1, и она до сих пор встречается в частных жилых секторах под ADSL. Остальные категории вышли из обихода (2, 3, 4) или еще не нашли широкого применения в домашних сетях (6a, 7, 7a). Тем не менее, это вопрос времени, так как соединения со скоростью более 1 Гбит/с уже существуют и предлагаются провайдерами.

Другие характеристики

С категорией витой пары определиться несложно, потому что в компьютерных магазинах пользователю вряд ли предложат что-то, кроме проводов Cat. 5e или Cat. 6. Гораздо важнее выбрать провод по другим параметрам.

Во-первых, учитываем материал, из которого сделаны жилы витой пары. Самый дешевый и доступный вариант — это алюминий. Проводит электричество в 1,7 раза хуже меди, любит окисляться при контакте с кислородом и не любит изгибы. Как основа для качественной сигнальной трассы сразу отметается, даже если это домашняя сеть со скоростью до 100 Мбит/с. Единственный плюс такого провода — дешевое производство.

Чуть лучше — омедненный алюминий. Все то же самое, только алюминий покрыт нанослоем меди для защиты от окисления. Проходим мимо.

Единственно верный путь — чистая медь. Это лучшая электропроводность, устойчивость к окислению, стойкость к изгибам и гарантия стабильности в месте соединения провода и клеммы. Разумеется, это самый дорогой провод из витых пар.

Однако наличие проводников из чистой меди составляет только половину дела. Медный провод производить дорого, поэтому и здесь есть нюансы. Следующий важный параметр, который указывает на качество проводника — это толщина медной жилы. Тут тоже есть свои стандарты:

Чем больше диаметр, тем меньше сопротивление линии, а значит, выше скорость передачи информации на большие расстояния. В обычных сетях используют 23-24 AWG, и этого достаточно. Тем более, что фанатично искать провод с «толстыми» парами не стоит хотя бы из-за стандартов ISO. Они говорят, что 22-24 AWG — это разумные пределы для того, чтобы провод без проблем помещался в контактах коннекторов и розеток (до 0,64 мм). Впрочем, если говорить о домашних сетях, то AWG 24 — это разумный предел для любых систем и скоростей.

Витая пара бывает одножильная и многожильная. Провод с цельными жилами подходит для разводки сети по стенам, в кабель-каналах или для организации длинных трасс. Физические и электрические свойства цельного медного провода лучше, чем у многожилки. В основном это прочность и помехоустойчивость. Многожильный провод применяется для сборки заводских патч-кордов. Его свойств достаточно для передачи информации между устройствами на небольшом (до 5 м) расстоянии. Он хорошо принимает форму и устойчив к изломам.

Несмотря на стандарты в Cat. 5e, производители могут выпускать провода с двумя парами вместо четырех. Количество пар играет роль в сетях со скоростью выше 100 Мбит/с. Учитываем этот момент и берем полноценный кабель со всеми парами, чтобы потом спокойно переключиться на высокоскоростной тариф, подключить видеонаблюдение и смотреть фильмы в 4К без проблем с пропускной способностью.

Хорошему проводу — хорошая изоляция. Качественная витая пара должна защищаться толстой, но мягкой оболочкой. Тогда провод будет легче свернуть, направить в кабель-канале, а еще он не перетрется и будет уверенно держаться в клипсе сетевого разъема. Хорошая изоляция — это также защита от потери сигнала на больших расстояниях, где полимерное покрытие проводника работает как электромагнитный диэлектрик.

Коннекторы RJ-45

Registered Jack — стандартизированный разъем. Как и витая пара, коннектор имеет разные категории и уровни качества.

Для каждого типа витой пары применяется свой разъем. Для проводов Cat. 5 и 5e используют первый вариант (см. изображение выше). Он знаком каждому пользователю и способен переварить толщину проводников до 24 AWG. Более ничем не примечателен.

Для построения экранированных сетей используется джек Cat. 6. Он может зажимать провода до 23 AWG, а также имеет металлический корпус, который соединяется с фольгой в проводе и создает единый помехоустойчивый контур между устройствами.

Соответственно, для проводов высших категорий есть другие коннекторы. Но это серверный уровень и домашний пользователь вряд ли столкнется даже с коннекторами типа 6a.

Пригодность разъема для разного типа проводов диктуется не только размерами клипсы, что удерживает провод в разъеме, но и типами ножей, которые пробивают оболочку каждого провода в паре и соединяются с медью. А еще качеством позолоты контактов.

Почему пар несколько и за что они отвечают

Для приема и передачи данных в проводе используется два способа расположения витых пар в коннекторах. Это прямой и перекрестный обжим. Для современных сетевых устройств нет разницы в распиновке, потому что устройства умеют делать это автоматически на уровне разъема. Поэтому в основном используется прямой обжим и соответствующая ему распиновка пар:

В соединениях до 100 Мбит/с данные передаются только двумя парами: одна занимается отправкой сигнала (называют TX), другая приемом (RX). То есть, Transfer и Receive. Причем в каждой паре оба провода работают в одном направлении. Только по одному бежит положительное напряжение, а в другом — отрицательное. Это мы разобрали в начале статьи. Остальные пары задействуются под нужды PoE (подключение IP-камер), телевидения или телефонии. Для работы высокоскоростных линий задействуют все четыре пары.

Читайте также:  Генератор переменного тока амортизационная группа

Провода обозначают стандартными цветами, где каждая пара имеет свой основной цвет. Это сделано для удобства, так как прозванивать восемь одноликих проводов при каждом обжиме —занятие утомительное. Физической разницы между парами нет, главное, чтобы провод был обжат одинаково с обоих концов.

Почему пара «витая» и что такое экранирование

По проводу передаются электрические импульсы с высокой частотой. В самом начале эти импульсы сильные и отчетливые, а к концу провода их амплитуда снижается. Это называется затуханием сигнала или «вносимыми потерями». Отношение силы выходного сигнала в начале провода к силе входного сигнала в конце измеряют в децибелах. Чем выше разница, тем хуже качество сигнала. Обычно сигнал портится на больших расстояниях, если спецификации витой пары не соответствуют заявленным или нарушаются правила построения сетей. Немалую роль в качестве сигнала играет материал проводников, их правильный обжим в коннекторе, а также защита от собственных и внешних наводок.

Как сократить потери сигнала на длинных трассах:

  • Использовать провод с медными парами большого диаметра (AWG 22-23);
  • Подобрать провод с толстой оболочкой, которая обладает лучшими диэлектрическими свойствами;
  • Использовать провода из серебра (да, такое тоже бывает);
  • Включить в трассу усилитель сигнала.

То есть, если нужно передать сигнал на очень большое расстояние, то без репитера это не получится. Принцип работы такой же, как и у повторителя для WiFi: берется редуцированный сигнал, преобразуется в исходный по мощности и отправляется следующей станции или адресату. Для этого есть специальные устройства — экстендеры Ethernet. Или роутер (он же свитч). То есть, если сигнал тухнет через каждые 100 метров, то можно переподключать линию на свитчах и передавать сигнал дальше. Но это в теории.

На практике сигнал в витой паре перемешивается с различными помехами. Это сигналы сотовой сети, радиосигнал роутера, высокочастотные волны от микроволновой печи и даже низкочастотный шум от двигателя автомобиля. Помимо этих явлений есть и внутренние, когда одна пара вносит паразитные сигналы в другую пару и возникают перекрестные помехи.

От внешних воздействий на сигнал провод защищают алюминиевой фольгой. В зависимости от типа и категории провода, такая фольга может защищать каждую пару отдельно или весь провод целиком. Для защиты от сильных помех также используют металлическую оплетку.

Для снижения наводок между пар придумали другой способ — витые провода:

Из начальной физики мы знаем, что движение электричества в проводе создает электромагнитное поле. Это поле может влиять и взаимодействовать на поле и сигнал других проводов. От таких наводок нельзя избавиться, но ими можно управлять. Для этого все пары в проводе смещены относительно друг друга и имеют одинаковый шаг витка. Таким образом, влияние помех распределяется равномерно и становится предсказуемым для передатчиков.

Вместо тысячи слов

Если поднимать всю теорию о витой паре, возвращаемых сигналах, помехах и различных электромагнитных явлениях, можно написать диссертацию, магистерскую работу, а может и диплом для технического ВУЗа. Тем не менее, общее понимание работы витой пары мы рассмотрели. Этого должно быть достаточно, чтобы любой пользователь (особенно гуманитарий) мог прочитать статью и выбрать хороший провод для своей сети. И построить ее так, чтобы потом не пришлось все переделывать.

Пошаговая инструкция по выбору хорошего провода для дома:

  • Не экономить на качестве. Выбирать только медные провода.
  • Если это провод для разводки по плинтусам и стенам, то пусть это будут одножильные пары.
  • Следить за диаметром меди: не менее AWG 24, а по-русски — 0,51 мм.
  • Выбирать провод категории 5e.
  • Желательно, чтобы оболочка была плотная, но мягкая, а пары в проводе не перемещались при сдавливании провода.
  • Для полноценной сети нужны все полные пары — две под интернет, две под видеонаблюдение, телефонию. Или все четыре для гигабитной сети.
  • Если это провод для дома, а рядом нет микроволновок или GSM-усилителей, то можно брать обычный UTP.
  • Если нужно провести интернет по улице — выбираем жесткую оплетку и желательно с экранизацией. Учитываем, что для экранированного кабеля нужны специальные коннекторы.

Источник

Передача сигналов по витой паре

Существует несколько типов проводных линий передачи информации: коаксиальный кабель, витая пара и оптоволокно. В статье рассматриваются основные характеристики кабелей на основе витых пар, описываются методы передачи сигналов для компенсации искажений. Перечислены типы витых пар и стандарты на них.

Витая пара — это два скрученных провода в изоляции. Скручивание делается для того, чтобы оба провода находились в одинаковых условиях, то есть воздействие на них внешних помех не отличалось. В одном кабеле может быть несколько пар, обычно 2 или 4, заключенных в общую диэлектрическую оболочку. Информационный сигнал содержится в разности напряжений между проводами одной пары.
Существует несколько разновидностей витых пар:

  • UTP (Unscreened Twisted Pair) — неэкранированная витая пара.
  • FTP (Foiled Twisted Pair) — фольгированная витая пара с одним общим внешним экраном.
  • SFTP (Shielded Foiled Twisted Pair) — фольгированная экранированная витая пара с двумя внешними экранами.
  • STP (Shielded Twisted Pair) — защищенная витая пара. В таком кабеле каждая пара экранирована отдельным экраном.
  • S/STP (Screened Shielded Twisted Pair) — защищенная экранированная витая пара, отличающаяся от STP наличием дополнительного общего внешнего экрана.

Одним из недостатков витой пары является возможность перехвата передаваемой информации. Это делается либо с помощью воткнутых в кабель двух иголок, либо путем считывания излучаемого кабелем электромагнитного поля. Экранирование обеспечивает защиту от электромагнитных наводок и несанкционированного подслушивания. С другой стороны, экранированный кабель значительно дороже, поэтому используется реже.
Кабели на основе витой пары по рабочей частоте делятся на следующие категории:

  • К категории 1 относят обычные не витые телефонные кабели. По ним можно передавать только речь.
  • Кабель категории 2 позволяет передавать данные в полосе частот до 1 МГц (используется редко).
  • Кабель категории 3 используется для передачи данных в полосе частот до 16 МГц. Он состоит из витых пар с девятью витками проводов на 1 м длины.
  • Кабель категории 4 передает данные в полосе частот до 20 МГц. Используется редко, т.к. не слишком отличается от категории 3. Стандартом рекомендуется вместо кабеля категории 3 переходить сразу на кабель категории 5.
  • Кабель категории 5 в настоящее время самый совершенный кабель, рассчитанный на передачу данных в полосе частот до 100 МГц. Состоит из витых пар, имеющих не менее 27-ми витков на 1 м длины.
  • Кабель категории 6 — перспективный тип кабеля для передачи данных в полосе частот до 200 (или 250) МГц.
  • Кабель категории 7 — перспективный тип кабеля для передачи данных в полосе частот до 600 МГц.

Согласно стандарту EIA/TIA 568 (Американский стандарт кабельных систем, принятый в июле 1991 г.), полное волновое сопротивление кабелей категорий 3, 4 и 5 должно составлять 100 Ом ±15% в частотном диапазоне от 1 МГц до максимальной частоты кабеля. Волновое сопротивление экранированной витой пары STP равно 150 Ом ±15%.

Стандарт определяет также максимально допустимую величину рабочей емкости каждой из витых пар кабелей категории 4 и 5. Она должна составлять не более 17 нФ на 305 м при частоте сигнала 1 кГц и температуре окружающей среды 20°С.

Итак, преимущество витых пар заключается в простоте монтажа и ремонта, а также в низкой стоимости кабеля. С другой стороны, неэкранированные кабели на основе витых пар обладают рядом недостатков: они подвержены влиянию электромагнитных помех и не гарантируют защиту передаваемой информации. Максимальная длина кабеля составляет 100 м.

Основными электрическими характеристиками витой пары являются волновое сопротивление, затухание на 1 м длины и скорость распространения сигнала. Рассмотрим их подробнее.

1. Затухание (attenuation) — это величина, характеризующая потерю мощности сигнала при передаче. Коэффициент затухания вычисляется как отношение мощности полученного на конце линии сигнала к мощности сигнала, поданного в линию, и измеряется в децибелах на единицу длины. Затухания обусловлены потерями в диэлектрике и скин-эффектом. По сравнению с другими типами кабелей витая пара обладает самым большим коэффициентом затухания на данной частоте. Именно затухание сигнала ограничивает длину кабеля. Для увеличения длины канала связи следует использовать более качественные кабели с защитой от помех и наводок. Для уменьшения коэффициента затухания применяются специальные корректоры или сигнальные буферы со встроенной коррекцией предыскажений.

Предыскажения вносятся для того, чтобы сделать АЧХ более ровной. При этом нелинейные искажения сигнала уменьшаются. В усилительный тракт передатчика включается корректор — нелинейное устройство, передаточные характеристики которого подбираются так, чтобы амплитудная характеристика объединенного устройства корректор-усилитель стала линейной, а амплитудно-фазовая характеристика — равномерной.
Для чего это требуется? В линиях передачи с ровной АЧХ отсутствует межсимвольная интерференция, что повышает качество передачи. Чем выше подъем АЧХ, тем большие затухания компенсируются и больше максимальная длина линии.

Существуют корректоры трех типов. АЧХ постоянного амплитудного корректора не меняется. Такие корректоры используются в сетях с фиксированной длиной среды передачи. Переменный амплитудный корректор, наоборот, имеет несколько предустановленных настроек, которые можно изменять в соответствии с длиной канала связи. Наиболее удобные в использовании — адаптивные корректоры, которые автоматически определяют уровень потерь в среде передачи и подбирают оптимальные параметры корректирующих импульсов. Адаптивные корректоры обычно разрабатываются под конкретные среды передачи, поэтому при выборе устройства необходимо удостовериться, что оно рассчитано именно на тот тип линии передачи и те параметры, которые используются в сети.

При коррекции сильных затуханий нельзя забывать о системном шуме. Дело в том, что сигналы с компенсацией потерь 40 дБ становятся очень чувствительными к шуму. Действительно, если отношение сигнал/шум поддерживается на уровне 10—15 дБ, то шумы в линии передачи не должны превышать 50—55 дБ, иначе сигнал потеряется.

2. NVP (Nominal Velocity of Propa­gation) — скорость распространения сигнала в линии, которая выражается как отношение скорости распространения сигнала к скорости света.

Рис. 1. Перекрестные помехи в кабеле на основе витой пары

3. NEXT (Near End CrossTalk) — переходное затухание, или перекрестные наводки на ближнем конце. Оно характеризует влияние соседних витых пар друг на друга и рассматривается только при двухсторонней передаче информации. Данный эффект проиллюстрирован на рис. 1. Сигнал, передаваемый по верхней витой паре, наводит помеху на нижнюю. При одностороннем обмене в расчет принимается параметр FEXT (Far End CrossTalk), характеризующий взаимодействие пар на дальнем конце. Для ослабления наводок применяется фольгирование.

4. Временная задержка распространения сигнала между двумя парами в кабеле (Pair-to-Pair Skew). Она появляется из-за того, что пары не идеально одинаковы, одна из них обязательно длиннее другой, поэтому сигнал проходит по ней больший путь. Типичное значение задержки составляет порядка 25 нс/100 м, но может доходить и до 45 нс/100 м. Этот параметр учитывается при скоростях передачи 100 Мбит/с и выше.

5. Временная задержка распространения сигнала внутри одной пары (Intra-Pair Skew). Она возникает в случае, если длины проводников в паре не совпадают. Обратимся к рис. 2. Пусть сигнал передатчика является парафазным. Видно, что из-за разной длины проводов на выходе появляется синфазная составляющая, при этом амплитуда полезного дифференциального сигнала уменьшается. Проблема осложняется тем, что для витой пары задержка распространения сигнала зависит от частоты, т.е. при передаче несинусоидального сигнала все компоненты задерживаются на разное время.

Читайте также:  Как повысить силу тока в цепи постоянного тока

Появление синфазной составляющей на выходе пары проводов с разной длиной

Рис. 2. Появление синфазной составляющей на выходе пары проводов с разной длиной

Рассмотрим некоторые заблуждения, относящиеся к временной задержке между проводниками в паре.

Миф 1: временная задержка распространения сигнала внутри одной пары не зависит от частоты. На самом деле в несвязанных парах, например в двойном коаксиальном кабеле, временная задержка постоянна и не зависит от частоты сигнала. Однако в случае STP и твинаксиального кабеля это не соблюдается (см. рис. 3).

Задержка сигнала между двумя проводами твинаксиального кабеля

Рис. 3. Задержка сигнала между двумя проводами твинаксиального кабеля

Миф 2: временная задержка пропорциональна длине кабеля. Это утверждение верно только на очень низких частотах, когда длина волны сравнима с длиной кабеля. На рис. 3 видно, что в диапазоне 300…1500 МГц наибольшая временная задержка наблюдается в самом коротком кабеле.

Миф 3: временную задержку можно определить методом прямого измерения, т.е. на один конец пары подать дифференциальный сигнал, а на другом засечь интервал между моментами появления сигналов в каждом проводе. Как показывает практика, этот способ применим только для низких частот, поскольку концы кабеля являются фильтрами НЧ.

Любая асимметрия в кабеле, в т.ч. и разность задержек сигнала внутри пары, приводит к появлению синфазной составляющей сигнала. При этом амплитуда дифференциальной составляющей уменьшается. Неприятность заключается в том, что дифференциальные и синфазные сигналы имеют различную скорость распространения и различные коэффициенты потерь, поэтому при переходе энергии из одной формы в другую фаза и частота сигнала могут меняться непредсказуемым образом, приводя к возникновению фазового дрожания (джиттера). Заметим, что сами по себе синфазные составляющие не вносят дрожание в дифференциальный сигнал. Однако преобразование составляющих из одной формы в другую существенно портят сигнал. Если дрожание мало или полностью отсутствует, то схема приемника значительно упрощается. Именно поэтому важно контролировать временные задержки в линиях связи и применять меры для их минимизации.

На практике фазовое дрожание определяют по амплитуде синфазной и дифференциальной составляющих, а точнее исходя из их отношения. Для проведения необходимых измерений требуется сетевой анализатор. Этот прибор очень дорогой и его обычно заменяют более простым устройством, схема которого приведена на рис. 4. Оно состоит из двух соединителей H9-SMA, работающих на частотах 2 МГц — 2 ГГц. Один из них нужен для генерации дифференциального сигнала (верхний на рисунке), второй — для отделения дифференциальной составляющей от синфазной. Далее сигналы поступают на измеритель мощности, который определяет их величину. По этим данным вычисляется фазовое дрожание.

Рис. 4. Устройство, заменяющее сетевой анализатор при определении джиттера

Основными параметрами витой пары являются затухание на 1 м длины, переходное затухание NEXТ и временная задержка. Последние два показателя улучшаются за счет экранированных кабелей. Для ослабления затухания в кабеле существует несколько методов, наиболее распространенный из которых — применение корректоров сигнала.

При правильном выборе типа кабеля и корректора, а также их правильном соединении, максимальная длина линии передачи может достигать 100 м. Однако при передаче сигнала на дальние расстояния следует соблюдать симмметричность кабеля, иначе возникает фазовое дрожание, которое может серьезно повлиять на качество сигнала.

Источник

Сечение и диаметр витой пары

Диаметр или площадь сечения

Есть один важный момент, про который не все в курсе. В описании кабеля «витая пара» (он же UTP) и на его упаковке обычно написано 4х2х0.51. Это значит, что в кабеле 4 перевитых пары, в паре 2 жилы, диаметр каждой жилы 0.51мм. Диаметр, не сечение!

На силовых кабелях всегда написано сечение, измеряемое в квадратных миллиметрах, например, 3х1.5, 5х4 или 2х0.75. И у нас в голове уже засели типичные максимальные токи, которые могут идти по таким кабелям, например, по кабелю сечением 1.5 — 10 ампер, 2.5 — 16 ампер. И кажется, что раз у витой пары сечение 0.51мм, то уж пару ампер-то она выдержит.

Но нет! Исторически сложилось так, что у витой пары измеряется не площадь сечения, а диаметр, из-за этого, конечно, возникает дикая путаница.

Нам многих сайтах написано с ошибкой, что у витой пары значение 0.5-0.6 относится именно к сечению, а не к диаметру.

Что такое AWG

Раз уж зашёл про это разговор, то на витой паре можно встретить буквы AWG. Это американский стандарт, описывающий диаметр кабеля. Причём, чем больше цифра написана после букв AWG, тем кабель тоньше. Дикари-с. Вот простая табличка:

Сечение и диаметр витой пары

В этой же табличке можно видеть соотношение между диаметром жилы кабеля и площадью её сечения. При желании те же цифры можно получить по формуле S = pi * R ^ 2 (сечение = 3,14 * радиус в квадрате). Не забудьте, что радиус — это только половина диаметра.

Самый распространённый кабель — это AWG 24, диаметр каждой жилы витой пары 0.51мм, а площадь сечения всего 0.204 мм2.

Получается, что сечение жилы витой пары крайне мало, и ток, который можно передавать по ней, тоже крайне мал. В случае слаботочного питания надо искать не предельный ток, который можно передавать по витой паре, чтобы она не расплавилась, а падение напряжения в ней. То есть, нужно знать длину кабеля, ток нагрузки и удельное сопротивление, далее по закону Ома считать падение напряжения в кабеле, чтобы получить напряжение, которое придёт на питаемое устройство, пройдя по кабелю. Я рассматривал эти расчёты, когда писал про питание светодиодных лент.

Кабели для шины

Если у нас по помещениям раскинута шина CAN или Modbus или KNX, а на шине висят устройства, которые от неё питаются, то надо внимательно отнестись к выбору кабеля для шины. Если мы подключаем десяток датчиков Wirenboard на одну шину длиной до 60-70 метров, то проблем не будет, так как ток потребления небольшой и длина линии небольшая. Если мы переносим шину в какой-то промежуточный щит, в котором стоят модули, то там лучше поставить отдельный блок питания для надёжности. Ну а в общем случае можно использовать не витую пару для передачи питания, а что-то потолще. Например, КПСВЭВ 2х2х0.75 имеет честную площадь сечения каждой жилы именно 0.75мм2, то есть, в 3.7 раза больше, чем витая пара. Соответственно, падение напряжения в 3.7 раза меньше. Но и кабель сильно толще. И запасных жил меньше.

Специальные интерфейсные кабели для RS485 обычно имеют также небольшое сечение, у них диаметр жилы обычно порядка 0.6-0.8мм. Они не предназначены для питания большого количества потребителей на шине.

Специальные кабели для шины KNX обычно имеют диаметр 0.8мм.

Сечение и диаметр витой пары

У устройств KNX, надо заметить, потребляемый ток крайне мал, это единицы микроампер. Некоторые устройства требуют отдельного питания 24 вольта, например, большие сенсорные панели, к ним питание можно проложить отдельным кабелем типа 2х0.75.

220 вольт по витой паре

Затрону этот вопрос. Уж очень часто его задают. Даже если принять во внимание, что площадь сечения витой пары всего 0.2мм2, то по нему, казалось бы, можно передать 220 вольт на что-то совсем слабое, ватт на 100. Но нет! Вы забываете о том, что никакая витая пара не рассчитана на то, что по ней будут передавать такое напряжение. Это уже характеристика не жил кабеля, а сопротивления изоляции кабеля.

Эту характеристику надо смотреть в описании каждого конкретного кабеля. Вот витая пара 5-й категории от завода Паритет.

Сечение и диаметр витой пары

Максимальное напряжение — 145 вольт.

Вот кабель Lapp ETHERLINE® Cat.5e:

Сечение и диаметр витой пары

Так что ни о какой передаче 220 по витой паре даже не думайте. В случае крайней необходимости можно взять два разных кабеля, в каждом скрутить жилы между собой и подать по ним фазу и ноль. Полагаю, внешняя изоляция напряжение точно выдержит.

Не покупайте дешевую витую пару

Предупреждаю всех клиентов — не стоит покупать дешёвую витую пару! Совсем дешёвая — это меньше 10-12 рублей за метр. На совсем дешёвой написано CCA, это означает, что жилы сделаны не полностью сделанные из меди, а омеднённые. На медной написано CU (купрум!).

Далее смотрим на диаметр. 0.46 нежелателен, желателен 0.51. Вроде, разница небольшая, но сказывается на качестве кабеля.

Что такое некачественный кабель? Это такой, который вы подключаете в выключатель, а жила ломается. Причём, у самого выхода жилы из стены, то есть, этой жилы больше нет. Вот это самая неприятная ситуация. Рекомендуется брать кабели таких производителей как Lapp, Hyperline, Legrand, Cavel. Пусть кабель получится дорогой (рублей 50 за метр), но в ответственных стройках из-за некачественного кабеля могут возникнуть проблемы, стоимость решения которых будет гораздо выше стоимости кабеля.

Если есть возможность купить кабель в бухте не 305 метров (опять американский стандарт — 100 футов), а 500 или 1000 метров, то будет меньше обрезков.

Не надо для передачи сигналов брать кабель 6-й или даже 7-й категории (если только вам не нужна 10-гигабитная сеть), повышенная категория не означает автоматически более высокое качество.

2,781 просмотров всего, 52 просмотров сегодня

Источник



Витая пара сопротивление по постоянному току

  • Главная
  • Новости
    • Обзор GPON OLT’ов
    • Обзор ONU 4A NA-1001D
    • Обзор ONU EP-1001E1
    • Обзор ONU GP-1001E2
    • Обзор ZTE C320
    • Обзор OLT BDCOM GP3600 Series
    • Обзор медиаконвертеров 4A FORA семейства FMC-10X Mini
  • Техническая документация
  • О нас/контакты
    • Отдел продаж
    • Инженерный отдел
    • Отдел финансов
    • Руководство
  • Проект UA.PON
    • Главная UA.PON
    • Цены на активное оборудование EPON
    • Цены на активное оборудование GPON
    • Цены на пассивное оборудование xPON
  • Проект UA.CWDM
  • Доставка
  • Оплата
  • Загрузки
  • Модули A-GEAR
    • SFP
    • SFP WDM
    • GBIC
    • X2
    • XENPAK
    • XFP
    • XFP WDM
    • SFP+
    • SFP+ WDM
    • SFP+ Twinax
    • QSFP
      • QSFP LR4
      • QSFP SR4
    • QSFP Twinax
    • Видео
  • Модули 4A
    • SFP WDM
  • CWDM
    • Мультиплексоры
    • CWDM MiniCell
    • Трансиверы
      • SFP
      • SFP+
      • GBIC
      • XFP
  • DWDM
    • Мощные усилители (бустеры) EDFA
    • Линейные усилители EDFA
    • Предусилители EDFA
    • Модули компенсации
    • Мультиплексоры
    • Трансиверы
      • SFP
      • SFP+
      • XFP
  • GEPON
    • OLT
      • FORA GEPON OLT
      • BDCOM GEPON OLT
    • ONU
    • Трансиверы
  • GPON
    • OLT
      • BDCOM
      • ZTE
      • HUAWEI
    • ONU
    • Трансиверы
  • Пассивное оборудование xPON
    • Делители PLC
    • Делители FBT
  • Медиаконвертеры A-Gear
  • Медиаконвертеры 4A
  • Медиаконвертеры 4G, 10G
  • Коммутаторы BDCOM
  • Серверные сетевые карты
  • Оптические измерители мощности
  • Пассивное сетевое оборудование
    • Патчкорды оптические
    • Пигтейлы оптические
    • Оптические адаптеры
    • Патч-панели
      • FOB-19/1-016/16-2-24
      • FOB-19/2-016/16-4-48
    • ТВ-разветвители
    • Кабель ТКО
      • Самонесущий
      • Для подвеса
      • Для кабельной канализации
    • Боксы FTTH/PON
    • Оптические FTTX патчкорды
  • Серверные TV карты
    • DVB-C карты
    • DVB-T2/T карты
    • DVB-S2/S карты
    • DVB-Streamers
  • IPTV Приставки
  • Сварочные аппараты

Региональные представители:

Глава 22: Витая пара (Twisted Pair)

Как уже не единожды упоминалось, самым распространенным кабелем, используемым при построении компьютерных сетей различного масштаба, является витая пара. Его отличает не высокая цена и широкая область применения в локальных сетях различной сложности. В этой главе, мы попытаемся выяснить, почему этот тип пользуется такой популярностью.

Основные определения и характеристики витой пары

Название «витая пара» этот тип кабеля получил благодаря тому, что состоит из попарно свитых между собой изолированных проводников на строго определенном промежутке. Такая структура способствует сокращению числа перекрестных наводок между проводниками. Характеристика этого кабеля позволяют ему успешно применяться при создании симметричных цепей (информация передается по принципу баланса).

Согласующие трансформаторы рассоединят приемник и передатчик один от другого при помощи гальванического метода. В это же время в сетевые адаптеры попадает разность потенциалов протяженной линии. В связи с этим существует 2 серьезных момента.

Читайте также:  Основные параметры электрического тока это

Первый: векторы напряженности электромагнитного поля каждого из проводников противоположно направлены, при этом суммарное ЭМИ отсутствует. Связано это с тем, что токи в любой точке идеальной витой пары равны по значению, и противоположны по направлению.

Идеальная витая пара – это линия, в которой проводники бесконечно плотно прилегают друг к другу, имеют бесконечно малый диаметр. Протекающий по ней ток стремиться к «0».

Второй – используя данный метод, становится невозможной передача постоянной составляющей. Такое положение вещей значительно ограничивает протокол передачи, но, при этом, внешние факторы не имеют на него существенного влияния. Этот момент проиллюстрирован рисунком 5.5. Здесь мы видим, что на сетевой адаптер результирующее напряжение наводки не передается (синфазное напряжение).

Разновидности витопарных кабелей

Витая пара не относится к разряду «новых изобретений». На самом деле ее применяли в телефонии уже на протяжении многих десятилетий. На блага Ethernet витая пара заработала только в сентябре 1995 г. Своему появлению в новом качестве она обязана принятому в указанном году стандарту 10baseT. Такая витая пара обладала шагом скрутки проводов в несколько десятков сантиметров, была третьей категории и предоставляла относительно узкую полосу пропускания — не более 20 МГц. Компьютерные кабеля от телефонных отличались количеством пар: компьютерные имели четыре пары.

В 1995 году появляется новый стандарт кабеля — Level 5 и начинает работать Fast Ethernet. Новый стандарт подразумевал меняющийся для каждой из пар шаг скрутки в диапазоне от 2 до 32 миллиметров. Такая технология скрутки применялась для сокращения перекрестных наводок. Про перекрестные наводки мы поговорим ниже. Укажем, что данный вид кабеля позволяет передавать сигнал с частотой до 100 Мбит. Еще через 10 лет появился новый тип кабеля — Категории 5е. Он способен выдавать частоту до 125 МГц. Сейчас идут работы по созданию еще одного стандарта — Категория 7. Предполагается, что его частота будет достигать 600 МГц.

Все конструктивные особенности данного вида кабеля наглядно представлены на рисунке. Самым распространенным считается тот кабель, который в одной оболочке имеет четыре пары. Бывают кабеля, имеющие две пары, но их использование предполагает отказ от большого числа существующих протоколов.

Для изготовления проводников используется медная проволока, ее толщина составляет от половины до 0.65 миллиметра в диаметре. Наряду с метрической популярностью пользуется и AWG система, с величинами 24 или 22 соответственно. Изоляция имеет толщину 0.2 миллиметра и изготавливается, в основном, из поливинилхлорида (PVC). Если рассматривается образец 5-й категории, то его обмотка обычно изготовляется из полипропилена (PP) или полиэтилена (PE). Для изготовления изоляции кабелей самого высокого качества используют вспененный полиэтилен. Он способен предотвратить диэлектрические потери. Также используют тефлон: уникальные свойства этого металла создают прекрасный диапазон рабочих температур.

Как показано на рисунке, кабель содержит специальную капроновую разрывную нить. Она предназначена для легкой и быстрой разделки оболочки. Благодаря ей мастер получает доступ к сердцевине кабеля не повреждая проводники дополнительными инструментами.

Внешнюю оболочку изготовляют из поливинилхлорида с добавлением мела (свойства мела обеспечивают оболочке хрупкость, которая необходима для точного облома на месте надреза), ее толщина от 0.5 до 0.6 миллиметров. Существует ряд кабелей, оболочка которых изготовлена из «молодых полимеров». Эти новые материалы не горят, а если нагреваются, то не выделяют галогены. К сожалению, кабеля с такой оболочкой стоят на много дороже обычных, поэтому их применение не носит массовый характер.

Чаще всего оболочка имеет серый цвет. Если оболочка оранжевого цвета, то она изготовлена из не подверженного горению материала. Этот вид кабеля применяют в закрытых областях. Не существует постоянного соотношения цвет/особые свойства. Разные цвета используются для отличия одного вида коммуникации от другого, что значительно упрощает работу мастера.

Обратим внимание на маркировку кабелей. В ней заключена информация о типе кабеля и его производителе. На кабеле так де отмечены длины — метры или футы.

Сердечник разных кабелей имеет различную конфигурацию. Качество укладки пар в кабеле зависит от его стоимости. В дешевых — они будут уложены хаотично. В дорогих- они будут скручены попарно или все четыре вместе. Последний тип позволяет значительно сократить ширину сердечника и повысить электрические характеристики. Причиной низкой популярности данного вида кабеля служит его цена — она слишком высока для не дорогих домашних сетей.

Внешняя оболочка может иметь и различную форму: круглую (обычная), плоская (прокладка по полу), овальная (если кабель имеет 2 пары).

Если проложить кабель необходимо с наружной стороны здания, то здесь применяют кабель с другим типом оболочки- она имеет влагостойкое свойство. Так же пустоты в кабеле часто заполнены специальным водоотталкивающим гелем. Такой кабель бронируют гофрированной лентой.

По наличию (или отсутствию) экрана, различают несколько типов кабелей:

  1. UTP ( unshielded twisted pair ), что означает незащищенная витая пара (НЗВП), то есть кабель, витые пары которого не имеют индивидуального экранирования;
  2. FTP ( Foiled Twisted Pair ) — фольгированная витая пара. Имеет общий экран из фольги, однако у каждой пары нет индивидуальной защиты;
  3. STP ( shielded twisted pair ) — защищенная витая пара (ЗВП), каждая пара имеет экран;
  4. ScTP ( Screened Twisted Pair ) — экранированный кабель, который может как иметь, так и не иметь защиту отдельных пар;

В этих технологиях экраны изготавливаются из плетеной медной проволоки, которая обеспечивает высокую степень защиты от низкочастотных наводок. Так же применяют токопроводящую пленку. Ее функция — создавать барьер на пути следования электромагнитного излучения. Но в основном мастера применяют экраны, сочетающие в себе обе эти функции.

Результат, который дает использование этих экранов очевиден : с одной стороны снижен уровень электромагнитного излучения, с другой — сокращено число внешних наводок на витые пары.

Экраны отражают 10-20% наводок, это приводит к увеличению количества перекрестных наводок. Из-за этого растет затухание в кабеле. Связано это с добавочной емкостью между витой парой и экраном. Кроме всего этого, установка экранированной системы очень сложна и стоит гораздо больше денег. При монтаже необходимо избегать даже самых не значительных ошибок, т.к. в итоге можно получиться прямо пропорциональный ожидаемому эффект.

Таких ограничений и препятствий вполне достаточно, чтобы производители перестали применять FTP или ScTP . Однако в условиях повышенного уровня внешних помех или если существует вероятность «грозовой наводки», значение использования экрана трудно переоценить. Для кабелей, проложенных «под открытым воздухом» экраны незаменимы.

Как бы там ни было, если целью стоит создание домашней сети, то никаких экранов не создается. Экранирование линии используются только при заземлении. Такой подход к созданию домашней сети можно проиллюстрировать следующей аналогией: в промышленных помещениях витую пару прокладывают в металлических трубах.

Увеличение веса кабеля, довольно высокая стоимость, хорошие электрические показатели — это свойства экранированного сетевого кабеля. В связи с этим, рекомендуется использовать такой тип кабеля только в случаях крайней необходимости.

Если знать все эти перечисленные нюансы экранированных систем, то уже не вызывает удивление тот факт, что самыми популярными на сегодняшний день являются кабеля незащищенной витой пары (UTP).

Кроме рассмотренных двух типов кабельных систем, существует еще два типа кабеля, которые выполняют другие функции.

Первый тип — магистральные кабеля. Это та же витая пара, только здесь один кабель имеет от 10 до 100 пар в одной оболочке. Компаний, производящих такой вид кабеля очень много , ассортимент удовлетворит любого потребителя. Существуют многоэлементные , состоящие из собранных в пучок в одной оболочке витых пар, есть кабеля, объединяющие большое количество 2-х или 4-х парных элементов.

Второй тип — это разнообразные гибкие кабеля. Они служат для подключения коммутации и подключения оборудования абонентов сети. Эта часть сети подвержена самой сильной деформации, поэтому проводник такого кабеля состоит из семи тонких медных проволок. Для этих же целей в кабеле есть толстая, до 0,25 миллиметров, изоляция. Оболочка такого гибкого кабеля так же отличается повышенной износостойкостью.

Этот вид кабеля не используется на дальние дистанции (до пяти метров) из-за высокого уровня затухания.

Параметры, определяющие электрические свойства витой пары

Для определения электрических свойств витой пары, применяют стандартный набор параметров:

R – сопротивление
L – индуктивность проводников
G – проводимость изоляции
С – емкость

Эти же показатели характеризуют обычную направленную систему электромагнитных колебаний.

Показатель R характеризуют потери тепла в меди, а G — в диэлектрике. Частотные свойства всей системы описываются показатели L и C.

Величина активного сопротивления (R, сопротивление постоянному току) зависит от размера самого проводника, материала из которого он изготовлен и от его температуры. Предельная величина такого сопротивления установлена стандартом EIA/TIA-568A. Его величина должна быть в пределах 19,2 Ом при условии короткозамкнутого шлейфа (длиной в 100 м.) при температуре 20°С. Для определения сопротивления используют обычный омметр.

Активное сопротивление увеличивается с ростом частоты сигнала. Это объясняется эффектом близости, который возникает вследствие прохождения тока по той части кабеля, которая обращена к другому проводнику. Если проводник уже 0,8 мм, то скин-эффект (вытеснение тока ближе к поверхности) будет почти не заметен. Однако оно все равно окажет влияние на эффективное сечение, но его величина будет не большой.

Величина G (проводимость изоляции) служит показателем качества материала, нанесенного на поверхность проводника. Сегодня принято не учитывать утечки связанное с несовершенством диэлектрика. Такие утечки могут составлять нескольких единиц гигаом. Таким образом, можно сделать вывод о том, что на проводимость изоляции оказывают влияние только расходы на поляризацию диполей материала диэлектрика.

Таких диполей очень много в поливинилхлориде, из которого изготавливается изоляция для кабелей витой пары низкой категории. Гораздо меньшее их количество в полиэтилене или тефлоне (как следствие, рассеяние энергии в них на порядок ниже), которые применяются в кабелях более высокого качества. Самый низкий показатель рассеивания характерен для вспененных материалов. Этот материал используется только для кабелей самого высокого качества.

Что касается показателя L (индуктивность), то она бывает внешней и внутренней. Внешняя индуктивность — ее величина зависит от геометрической формы и магнитных свойств материала, из которого изготовлен проводник. Внутренняя — возникает при протекании электрического тока, создающим магнитное поле. С ростом частоты ее величина может немного сократиться.

С — емкость конденсатора, созданного двумя проводниками. Эта величина не зависит от частоты. Ее значение изменяется только в зависимости от материала проводников, их размеров, формы и расстояния между ними. Емкость не должна превышать 5,6 нФ (согласно общепринятого стандарта).

Обратим Ваше внимание на тот факт, что при применении экрана увеличивается величина емкости примерно на 30 процентов. В результате падают эксплуатационные показатели таких кабелей.

Используя данные электрические параметры можно рассчитать волновое сопротивление.

Формула для расчета: Z = v(R+jwL)/(G+jwC)

Для нужд Ethernet (высокие частоты) упрощают до: Z = vL/C. Допустимая ее величина 100 ± 15% Ом.

С помощью волнового сопротивления можно охарактеризовать тракт передачи электромагнитной энергии. Если тракт не однороден, то часть сигнала начинает отражаться и снижается уровень качества линии. Из этого можно сделать вывод: все составные части сети (в том числе сетевые адаптеры) обязательно должны быть согласованы (у них всех должно быть равное волновое сопротивление).

Низкий уровень качества монтажа кабелей — это основная причина неоднородности волнового сопротивления (все возможные типы деформации: перекручивание, изгиб и т.п.).Гораздо более углубленно этот вопрос мы рассмотрим в главе, посвященной рефлектоскопии.

Источник