雙絞線原理和視頻傳輸?shù)膽?yīng)用_圖文

1、雙絞線原理及其傳輸視頻信號(hào)的應(yīng)用  利用雙絞線傳輸視頻信號(hào)，是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)。這里所說(shuō)的視頻，包括復(fù)合視頻（VIDEO）、分離視頻（S-VIDEO）、色差分量視頻（Y V U）、RGB分量視頻（RGBHV）等多種視頻信號(hào)。而用于傳輸視頻信號(hào)的雙絞線，則主要是超五類雙絞線（CAT5）。本文著重討論視頻信號(hào)的超五類雙絞線傳輸與應(yīng)用。1  視頻信號(hào)的雙絞線傳輸原理按照線路的形式，傳輸線可分為非平衡式和平衡式兩種。同軸電纜屬于非平衡傳輸線，雙絞線屬于平衡傳輸線。視頻設(shè)備，包括信號(hào)源及顯示設(shè)備，其接口通常是非平衡式，因此，可直接與同軸電纜匹配連接。要用雙絞線傳輸視頻信號(hào)，

2、必需在發(fā)送端將非平衡信號(hào)轉(zhuǎn)換為平衡信號(hào)；以便驅(qū)動(dòng)雙絞線，在接收端再將平衡信號(hào)轉(zhuǎn)換為非平衡信號(hào)，與顯示設(shè)備連接。一個(gè)基本的雙絞線視頻傳輸系統(tǒng)如圖所示。圖中的A1是差分信號(hào)發(fā)送放大器，完成非平衡到平衡的轉(zhuǎn)換，A2是差分信號(hào)接收放大器，完成平衡到非平衡的轉(zhuǎn)換。圖1        2超五類雙絞線（CAT5）消除串?dāng)_的原理作為信號(hào)傳輸?shù)拿浇?，我們要求傳輸線不僅能有效地傳輸信號(hào)，同時(shí)具有很好的抑制干擾的能力。在雙絞線中，干擾主要來(lái)自以下兩方面：第一，外部干擾。第二，同一電纜內(nèi)部各線對(duì)之間的相互串?dāng)_。下面，我們對(duì)雙絞線消除干擾的原理作一分析。2.1

3、 雙絞線對(duì)外部干擾的抑制干擾信號(hào)對(duì)未扭絞的雙線回路的干擾，見(jiàn)圖2。Ue為干擾信號(hào)源，干擾電流Ie在雙線回路的兩條導(dǎo)線L1、L2上產(chǎn)生的干擾電流分別是I1和I2。由于L1距離干擾源較近，因此，I1>I2，I3=I1I20，有干擾電流存在。 圖2  干擾信號(hào)對(duì)扭絞的雙線回路的干擾，見(jiàn)圖3。與圖2不同的是，雙線回路在中點(diǎn)位置進(jìn)行了一次扭絞。在中點(diǎn)的兩邊，各自存在干擾電流I1和I2，I1I11I21，I2=I22I12。由于兩段線路的條件完全相同，所以I1=I2。總干擾電流I3=I1I2=0。通過(guò)分析，可以得出結(jié)論：只要合理地設(shè)置線路的扭絞，就能達(dá)到消除了干擾的目的。圖3 2

4、.2同一電纜內(nèi)部各線對(duì)之間的串?dāng)_ 圖4  兩個(gè)絞合的雙線回路扭距相同時(shí)，不能消除串?dāng)_。圖5B段的情況與A段完全相同，在B段串?dāng)_電流也為零。因此，回路1對(duì)回路2的總串?dāng)_為零。由此可以得出結(jié)論：兩個(gè)各自扭絞雙線回路，只要合理的設(shè)計(jì)扭距，可以消除相互串?dāng)_。圖6       3 超五類雙絞線的結(jié)構(gòu)與技術(shù)指標(biāo)。3.1超五類雙絞線的結(jié)構(gòu)一條超五類雙絞線電纜由4對(duì)線組成。每對(duì)線各自按反時(shí)針?lè)较蚺そg。4對(duì)線的扭距是各不相同的。采取這些措施，不僅可消除外部干擾，同時(shí)可消除線對(duì)間的串?dāng)_。超五類雙絞線各線對(duì)的扭距見(jiàn)下表1。 &

5、#160;藍(lán)白藍(lán)棕白棕橙白橙綠白綠扭距（cm）1.21.41.61.8表1 超五類雙絞線的扭距3.2 超五類雙絞線的主要技術(shù)指標(biāo)超五類雙絞線的主要技術(shù)指標(biāo)有特性阻抗、衰減與回路串?dāng)_。特性阻抗是指在雙絞線輸入端施以交流信號(hào)電壓時(shí)，輸入電壓與電流的比值。線路的特性阻抗與線路的直流電阻是完全不同的兩個(gè)概念。線路的直流電阻與線路的長(zhǎng)度成正比。而線路的特性阻抗完全由線路的結(jié)構(gòu)和材料決定，與線路的長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。傳輸線的分布參數(shù)在高頻狀態(tài)下的等效電路如圖7。由圖可見(jiàn)，線路的分布電阻和分布電感串聯(lián)在回路中，分布電容和分布電漏并聯(lián)在回路中。線路可以認(rèn)為是由無(wú)數(shù)個(gè)這樣的基本節(jié)連接起來(lái)的。這樣的一個(gè)混聯(lián)電路，不論線路多

6、長(zhǎng)，輸入阻抗是一個(gè)定值。根據(jù)分析，在信號(hào)達(dá)到一定頻率時(shí)，線路阻抗Z的值是:式中：L為一個(gè)基本節(jié)的電感，C為一個(gè)基本節(jié)的電容。通常使用的非屏蔽超五類雙絞線的阻抗為100歐姆。 圖7 雙絞線的等效電路        信號(hào)通過(guò)雙絞線會(huì)產(chǎn)生衰減。雙絞線的衰減B是頻率的函數(shù)：式中頻率f的單位是MHZ，B的單位是dB.雙絞線的回路串?dāng)_擾防衛(wèi)度是表示同一電纜中的一個(gè)回路對(duì)來(lái)自另一個(gè)回路的干擾的防衛(wèi)能力，用Bc表示。       式中，Us為主串回路信號(hào)電壓，Uc為被串回

7、路干擾電壓。雙絞線的串?dāng)_與頻率有關(guān)。隨著頻率的增高，回路串?dāng)_防衛(wèi)度降低。       超五類雙絞線的特性阻抗、衰減、串?dāng)_數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。頻率(Hz特性阻抗衰減值 (dh/100Max串?dāng)_(db 1M 100歐姆27210M6.35720M8.95250M14.150100M20.042150M24.535表2          4 超五類雙絞線的視頻信號(hào)傳輸       以上分析了

8、利用雙絞線傳輸視頻信號(hào)的一般原理。但是，要利用雙絞線傳輸視頻信號(hào)，尚有兩個(gè)技術(shù)問(wèn)題需要解決：一，信號(hào)衰減問(wèn)題。二，圖象分色問(wèn)題。       4.1信號(hào)衰減與補(bǔ)償圖8        由于結(jié)構(gòu)和材料的因素，超五類雙絞線的衰減相當(dāng)于73-3同軸電纜的2倍，傳輸RGB信號(hào)，一般不可超過(guò)20米，因此必須采取補(bǔ)償放大措施。超五類雙絞線的衰減特性呈二次曲線狀，隨著頻率的升高，衰減也增大。線路的這一衰減特性表現(xiàn)在圖象上是：一，圖象細(xì)節(jié)模糊。二，圖象有拖尾現(xiàn)象。普通放大器的在通帶內(nèi)

9、提供的是一平直的特性，是不能起到有效的補(bǔ)償作用的。要有效的補(bǔ)償線路損耗，放大器的增益頻率特性在通帶內(nèi)必須與線路傳輸特性相反。圖8的曲線2是一個(gè)頻率補(bǔ)償放大器的特性曲線。曲線1和曲線2迭加，得到曲線3，即為補(bǔ)償放大后的頻率特性。fc為-3dB頻率點(diǎn)，也即帶寬。       4.2圖象分色與解決方法根據(jù)第2節(jié)分析，超五類雙絞線為了消除干擾和相互間的串?dāng)_，4對(duì)線采取不同的扭距，見(jiàn)表2。于是產(chǎn)生了一個(gè)新的問(wèn)題，即圖象分色問(wèn)題。這是由于4對(duì)線的扭距不同，各自的增長(zhǎng)系數(shù)也就不同，根據(jù)測(cè)試，超五類雙絞線藍(lán)、棕、橙、綠四對(duì)線的實(shí)際長(zhǎng)度差值依次為百分之

10、一。如以綠線的長(zhǎng)度為基準(zhǔn)值L，則4對(duì)線的長(zhǎng)度見(jiàn)表2。  綠白綠橙白橙棕白棕藍(lán)白藍(lán)實(shí)際長(zhǎng)度L1.01L1.02L1.03L表2如利用超五類雙絞線傳輸復(fù)合視頻信號(hào)，電纜長(zhǎng)度差是不會(huì)對(duì)信號(hào)產(chǎn)生影響的，這是因?yàn)閺?fù)合視頻信號(hào)是用一對(duì)線來(lái)傳輸?shù)摹５?，要傳輸分量視頻信號(hào)，情況就不同了?，F(xiàn)以計(jì)算機(jī)VGA信號(hào)的傳輸為例分析如下。要用一條超五類雙絞線電纜傳輸VGA信號(hào)，RGB信號(hào)需分別占用一對(duì)線，行同步和場(chǎng)同步轉(zhuǎn)換為復(fù)合同步信號(hào)S，占用一對(duì)線。由于雙絞線有長(zhǎng)度差，R、G、B三路信號(hào)到達(dá)終端就會(huì)有時(shí)間差，在圖象上出現(xiàn)了RGB三色的錯(cuò)位，也即分色。這種分色在線路較短時(shí)影響不大，但當(dāng)線路達(dá)到一定長(zhǎng)

11、度時(shí)，將會(huì)嚴(yán)重影響觀看效果。       矯正RGB分色的根本方法是使用一種等長(zhǎng)雙絞線電纜。這種電纜通過(guò)一定的制造工藝，使一條電纜中的4對(duì)雙絞線長(zhǎng)度相等。但是等長(zhǎng)雙絞線電纜的價(jià)格很高，難以推廣。本文要討論的是，如何基于現(xiàn)有的超五類雙絞線電纜，通過(guò)一定的方法，減小或消除分色，實(shí)現(xiàn)VGA信號(hào)的傳輸。以下介紹兩種矯正方法。在傳輸RGB信號(hào)時(shí)，可將4對(duì)雙絞線優(yōu)化組合，使分色降到最小。根據(jù)表2，超五類雙絞線電纜的4對(duì)線中，最長(zhǎng)的是藍(lán)線，最短的是綠線。只要避免同時(shí)使用最長(zhǎng)的和最短的兩條線傳RGB信號(hào)，就可達(dá)到減小分色的目的。表3列出的兩種組合方案

12、。 藍(lán)白藍(lán)棕白棕橙白橙綠白綠實(shí)際長(zhǎng)度L1.01L1.02L1.03L方案同步方案同步表       通過(guò)優(yōu)化組合的方法，傳輸效果究竟如何，現(xiàn)以分辨率1024×76860HZ信號(hào)為例，作一分析。據(jù)計(jì)算，信號(hào)點(diǎn)頻為70MHZ，點(diǎn)周期為14.3 ns。一般的說(shuō)，RGB三色錯(cuò)位時(shí)間t不超過(guò)0.5倍點(diǎn)周期是可用的，即：t7.15ns。根據(jù)表3，RGB的最大長(zhǎng)度差為0.02L。電磁波在線路上傳播速度可近似等于光速（30萬(wàn)公里秒），則傳輸1米所需的時(shí)間是3.3ns，則RGB信號(hào)的最大時(shí)間差是：t=3.3×0.02L=0

13、.066L(ns                          （式）       將t7.15ns代入式，得到：108米       以上計(jì)算結(jié)果說(shuō)明，按照RGB錯(cuò)位時(shí)間t不超過(guò)0.5倍點(diǎn)周期的要求，使用超五類雙絞線電纜傳輸

14、計(jì)算機(jī)1024×76860HZ的信號(hào)，最大傳輸距離為108米。表4列出了使用超五類雙絞線電纜，幾種分辨率信號(hào)的最大傳輸距離。分辨率點(diǎn) 頻點(diǎn)周期最大傳輸距離（CAT5）1600×120060HZ172MHZ5.79ns44米1280×102460HZ118MHZ8.48ns64米1024×76860HZ70 MHZ14.3 ns86米800×60060HZ43 MHZ23.14 ns175米表4       所謂延時(shí)矯正，就是通過(guò)延時(shí)電路的調(diào)整，使RGB信號(hào)到達(dá)的時(shí)間相同，消除分色。這種

15、方法比優(yōu)化組合更為有效。只要電路設(shè)計(jì)得好，可以基本消除分色。延時(shí)矯正通常在發(fā)送器內(nèi)進(jìn)行。延時(shí)矯正的量值必須可調(diào)，以適應(yīng)不同長(zhǎng)度線路。5. 雙絞線傳輸?shù)膽?yīng)用5.1 雙絞線傳輸?shù)奶攸c(diǎn)與同軸電纜比較，雙絞線傳輸具有以下優(yōu)點(diǎn)。第一，雙絞線布線與施工簡(jiǎn)便，線路造價(jià)低。第二，可抑制系統(tǒng)中的電源和地線干擾。這是由于雙絞線收發(fā)器采用差分方式傳輸信號(hào)，對(duì)共模干擾具有很強(qiáng)的抑制能力。雙絞線傳輸?shù)囊陨蟽蓷l優(yōu)點(diǎn)，使其在某些場(chǎng)合具有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)。尤其是在系統(tǒng)地線復(fù)雜，存在嚴(yán)重干擾的情況下，使用雙絞線傳輸，可有效地消除干擾。雙絞線也有傳輸衰減較大的不足一面，但是，通過(guò)電路補(bǔ)償放大，也是可以解決的。在強(qiáng)調(diào)雙絞線傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)時(shí)，

16、不可否定同軸電纜傳輸，應(yīng)當(dāng)說(shuō)，在線路衰減和抗空間電磁波干擾方面，同軸電纜要占優(yōu)勢(shì)。但是，有一點(diǎn)是可以肯定的，這就是雙絞線傳輸豐富了我們的傳輸手段，增加了一種傳輸系統(tǒng)解決方案。雙絞線傳輸作為一個(gè)新的傳輸方法，需要經(jīng)過(guò)更多的工程檢驗(yàn)，有待人們?nèi)フJ(rèn)識(shí)和了解。5.2 雙絞線傳輸?shù)膽?yīng)用雙絞線和同軸電纜傳輸具有互補(bǔ)性。在工程應(yīng)用中，要根據(jù)實(shí)際情況，合理地運(yùn)用，以達(dá)到最佳的傳輸效果。這里推薦三種應(yīng)用系統(tǒng)，見(jiàn)圖9。 雙絞線同軸傳輸系統(tǒng)同軸雙絞線傳輸系統(tǒng)雙絞線雙絞線傳輸系統(tǒng)圖9一雙絞線同軸傳輸系統(tǒng)。系統(tǒng)中配置一臺(tái)雙絞線同軸矩陣切換器，矩陣的輸入為雙絞線，輸出為VGA或5BNC。所有的信號(hào)源均經(jīng)過(guò)發(fā)送器轉(zhuǎn)換為雙絞線，與矩陣連