【正文】 纜手冊(cè)》）單位是NP/km(1NP/km=)，其中R是電纜導(dǎo)體的直流電組，G是電纜導(dǎo)體的電導(dǎo)，L是電纜的對(duì)稱回路電感，C是電纜的工作電容，ω是電纜中信號(hào)電流的角頻率。雖然我認(rèn)為這兩個(gè)公式在高頻下即ω值非常大時(shí)沒有合理性和準(zhǔn)確性，但是眾多工程設(shè)計(jì)人員仍然樂(lè)意采用這兩個(gè)公式作為電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)。減小直流電阻R可以通過(guò)增大導(dǎo)體截面積、選用高電導(dǎo)率的金屬材料。發(fā)泡絕緣工藝就是盡量采用空氣絕緣的思路來(lái)降低絕緣體的介電常數(shù)的。金屬屏蔽對(duì)對(duì)稱電纜衰減的影響是明顯的?！禤N3727 TIA/ ——4對(duì)100Ω 6類數(shù)據(jù)電纜傳輸性能規(guī)范 》對(duì)cat 6數(shù)據(jù)電纜的衰減指標(biāo)沒有給出明確強(qiáng)制性要求。為了保證處理器能夠及時(shí)有效的識(shí)別有效的脈沖信號(hào)，我們一般從以下幾個(gè)方面入手：A、 保證數(shù)據(jù)電纜作為信道的長(zhǎng)度，一般在100米以內(nèi)。這也是高頻對(duì)稱電纜設(shè)計(jì)中可用的另一種理念。電磁場(chǎng)產(chǎn)生沿傳播方向的電磁矢量以及垂直于傳播方向的電磁矢量，電磁場(chǎng)的不均勻性換言之阻抗的不均勻性會(huì)使垂直于傳播方向的電磁能量增加從而引起串音增加。但這種理念卻可以應(yīng)用在外被上，并會(huì)起到很好地改善串音的作用。串音主要是由系統(tǒng)性耦合和機(jī)遇性耦合造成的。解決好系統(tǒng)性耦合的問(wèn)題主要是考慮如何確定導(dǎo)體直徑、絕緣厚度、對(duì)絞節(jié)距、成纜節(jié)距，既確定成熟的生產(chǎn)工藝。串音計(jì)算涉及到多個(gè)指標(biāo)，其中近端串音值得計(jì)算公式是：《PN3727 TIA/ ——4對(duì)100Ω 6類數(shù)據(jù)電纜傳輸性能規(guī)范 》中對(duì)CAT 6類數(shù)據(jù)電纜的線對(duì)間近端串音損耗功率檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)給出如下公式： 式（222） 頻率f區(qū)間為（，250MHZ）標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)給出CAT 6類數(shù)據(jù)電纜線對(duì)間最差近端回波損耗指標(biāo)如下： 表 221數(shù)據(jù)電纜在完成布線之后近端串音損耗值會(huì)發(fā)生變化，它的指標(biāo)計(jì)算公式為：網(wǎng)絡(luò)信道近端串音損耗值 式（223）NEXTCONN是連接器組件近端串音損耗值：式（224）頻率f區(qū)間為（1MHZ，250MHZ）下面是近端串音功率和標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算公式，我們可以與NEXTcable、NEXTchannel、NEXTpermlink的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算公式進(jìn)行比較：式（225） 式（226） 式（227） 《PN3727 TIA/ ——4對(duì)100Ω 6類數(shù)據(jù)電纜傳輸性能規(guī)范 》給出永久性網(wǎng)絡(luò)連接線近端串音損耗值的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算公式： 式（228）我們可以看出網(wǎng)絡(luò)的串音損耗值與網(wǎng)絡(luò)信道（網(wǎng)絡(luò)線）的串音損耗值是不同的。在本部分我們一起熟悉阻抗和回波損耗兩個(gè)重要性能。連接硬件所有線對(duì)的回波損耗按照附件E的要求進(jìn)行測(cè)量。《PN3727 TIA/ ——4對(duì)100Ω 6類數(shù)據(jù)電纜傳輸性能規(guī)范 》中給出明確的6類數(shù)據(jù)電纜回波損耗須達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)。屏蔽為編織結(jié)構(gòu)、中心導(dǎo)體為絞線結(jié)構(gòu)的對(duì)稱數(shù)據(jù)電纜特性阻抗計(jì)算公式： 式（235）Dt=K1d,K1是絞合系數(shù)；K3是編織影響的經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)，——。由傳輸理論知，當(dāng)頻率超過(guò)一定值時(shí)（例f ＞30 kHz時(shí)），特性阻抗Zc可由下式算出。 λ——線對(duì)總絞合系數(shù)；2310式較完善的闡述了原材料電氣性能、電纜各組件結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)特性阻抗的影響，是對(duì)工程設(shè)計(jì)比較有指導(dǎo)意義的公式。也就是兩個(gè)導(dǎo)體接觸在一起時(shí)產(chǎn)品特性阻抗為零。式（2312）γ——電纜的傳播常數(shù)；ZH——負(fù)載阻抗；l——電纜的長(zhǎng)度；Zc——特性阻抗。結(jié)構(gòu)回波損耗SRL定義如下： 式（2313）式中Zm為擬合阻抗。其中周期性的結(jié)構(gòu)偏差或缺陷對(duì)SRL危害最大。這時(shí)在線路始端測(cè)得的電壓U0應(yīng)為入射電壓波U入和反射電壓波U反之和，即：U0＝U入＋U反；同時(shí)測(cè)得的電流I0應(yīng)為入射波電流I入和反射波電流I反之差，即：I0＝I入－I反。數(shù)據(jù)電纜最基本的結(jié)構(gòu)元件是絕緣單線和絞合線對(duì)，電纜基本的結(jié)構(gòu)元件示意圖如下：圖 231 絞合線對(duì)截面圖圖 232 絕緣單線輸向示意圖前面我們已經(jīng)敘述過(guò)，輸入阻抗Zin波動(dòng)的大小主要取決于反射波輻值的大小及衰減常數(shù)α和相移常數(shù)β，其中起主導(dǎo)作用的還是反射波輻值的大小，我們用反射系數(shù)P來(lái)表示反射波的大小。 由于負(fù)載不匹配引起的反射系數(shù)：P負(fù)= 式(2315)由于特性阻抗ZC不相等引起的反射系數(shù)：PZC= 式(2316)　　因負(fù)載不匹配引起的反射前面已經(jīng)說(shuō)過(guò)了，這里主要分析各段電纜的特性阻抗Zc不相等與反射波大小的關(guān)系?！　≡陔娎|的制造過(guò)程中，要保證結(jié)構(gòu)元件各要素如：導(dǎo)體直徑d、絕緣外徑D、兩線間的距離a、導(dǎo)體與絕緣層的同心度等各要素都100％的均勻是不可能，如圖5所示的絕緣單線在某一點(diǎn)（或區(qū)段）前后直徑不相等的情況，在實(shí)際制造中是相當(dāng)普遍的。 其三：原材料性能及色母粒的分布不均勻。改善相延時(shí)和延時(shí)差，最終有利于延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)電纜信道的長(zhǎng)度，提高信號(hào)帶寬。傳播速度也可以用波速比表示。傳播速度也與電纜的有效介電常數(shù)εD有關(guān)： 式（242）如下是各頻段上傳播速度的計(jì)算公式： 表 241相延時(shí)定義為電纜長(zhǎng)度與傳播速度之比，即信號(hào)在電纜中傳輸需要的時(shí)間。時(shí)延差由下式確定：式（246）中：?T為時(shí)延差，單位為s；VP1是第一對(duì)線的傳播速度，單位為m/s；VP2是另一對(duì)線的傳播速度，單位為m/s；L是電纜長(zhǎng)度，單位是m。3℃） 表242相時(shí)延是決定高頻對(duì)稱電纜通信距離的關(guān)鍵參數(shù)之一。減小線對(duì)間總的絞合系數(shù)差值或調(diào)整絕緣發(fā)泡度或微調(diào)絕緣外徑是解決相時(shí)延差的主要措施。3．以太網(wǎng)絡(luò)所允許的最大延遲為512比特時(shí)間（1比特時(shí)間=10納秒）。 當(dāng)雙絞線信道長(zhǎng)度超過(guò)100米極限時(shí)，輕則導(dǎo)致傳輸速率大幅下降、網(wǎng)絡(luò)延遲明顯增加、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用無(wú)法保障，重則無(wú)法實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程終端的通信，甚至導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓。因此，對(duì)于那些傳輸距離較遠(yuǎn)的信息點(diǎn)，不僅應(yīng)當(dāng)選擇具有良好電氣性能的配線架、信息模塊、端接跳線、雙絞線和水晶頭，而且還必須采用同一廠商的產(chǎn)品，使之完美地相互匹配和兼容，保證阻抗的穩(wěn)定性和EMC性能，降低信號(hào)衰減和傳輸延遲，減少誤碼率，取得最佳的通信效果。最后，接插件之間的連接一定要緊密，以最大限度地減少信號(hào)損耗。實(shí)驗(yàn)表明，國(guó)際知名品牌的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備往往能夠到達(dá)更遠(yuǎn)的距離。 若欲將網(wǎng)絡(luò)延伸至比150米更遠(yuǎn)的距離，只有借助專用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)延伸器使用一個(gè)上聯(lián)端口實(shí)現(xiàn)與局域網(wǎng)的連接，下聯(lián)端口則用于連接遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)。這種交換機(jī)甚至可以不必使用五類非屏蔽雙絞線，而通過(guò)現(xiàn)有電話線即可執(zhí)行全部功能，也就是說(shuō)，即使只有一條電話線也能夠安裝LRE。標(biāo)準(zhǔn)568B：橙白1，橙2，綠白3，藍(lán)4，藍(lán)白5，綠6，棕白7，棕—8。即一端為：白橙、橙，白綠、蘭，白蘭、綠，白棕、棕； 另一端：白綠、綠，白橙、白棕、棕，橙，蘭，白蘭 。 下圖為智能建筑（小區(qū)）的配線柜：【選修資料】近端串音(NEXT)是一種當(dāng)連接器被安裝到雙絞線上時(shí)，出現(xiàn)的錯(cuò)誤狀態(tài)。串音機(jī)制串音是由高頻信號(hào)所引起的電磁場(chǎng)交互作用而產(chǎn)生的；包括芯片（Chip）內(nèi)部、PCB（Printed Circuit Board）板、鏈接器（Connector）、芯片封裝，以及通信電纜中，都可能出現(xiàn)。在此已考慮了傳輸線效應(yīng)，所以可用離散模型以一個(gè)（）LC網(wǎng)絡(luò)來(lái)描述耦合傳輸線的結(jié)構(gòu)，實(shí)際上等效電路應(yīng)包含R、L、G、C四個(gè)組件，但因此處暫不考慮傳輸線損耗的情形下，所以只需考慮L、C兩組件即可。事實(shí)上，如果受擾線很鄰近于干擾線，那么磁場(chǎng)將傳遞到達(dá)了受擾線（），受擾在線便會(huì)感應(yīng)出電流噪聲。　　磁場(chǎng)的分布互容Cm感應(yīng)電壓從干擾線到受擾線，感應(yīng)電壓是因?yàn)殡妶?chǎng)的緣故。Cm則是和導(dǎo)線間的距離成反比；導(dǎo)線間距越大，Cm越小。參照（圖 ）。如果這些傳輸線沒有經(jīng)過(guò)合理的設(shè)計(jì)，而仍然以低頻的角度來(lái)看待這些傳輸線，那么 串音噪聲分析串音是由于臨近兩導(dǎo)體之間的互容和互感所引起的。將受擾在線靠近干擾線接收端方向的串音稱為遠(yuǎn)程串音（有時(shí)候也稱為前向串音（Forward Crosstalk）。延遲時(shí)間（Time Delay）的計(jì)算式：（3）X表示導(dǎo)線的長(zhǎng)度，L、C表示每單位線長(zhǎng)的自感值、自容值。上述的情形都是假設(shè)在傳輸線阻抗匹配之下。在不同結(jié)構(gòu)中這些耦合系數(shù)的變化趨勢(shì)是一個(gè)設(shè)計(jì)者必須要知道的，因?yàn)檫@些認(rèn)知可以于設(shè)計(jì)時(shí)間時(shí)考慮在內(nèi)，可避免掉一些日后煩雜的Debug程序。因?yàn)橐粋€(gè)完整的數(shù)字信號(hào)有上升及下降時(shí)間，因此便不難想象到受擾在線之近遠(yuǎn)程串音噪聲也會(huì)產(chǎn)生一正一負(fù)的情形，如（）所示。因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必須考慮到這些方面的影響。為了算出兩相鄰的傳輸線在奇模傳輸模式下，傳輸線特征阻抗和傳輸速率的變化情況，我們可以參考（）與（）。為了算出兩相鄰的傳輸線在偶模傳輸模式下，傳輸線特征阻抗和傳輸速率的變化情況，我們可以參考（）與（）利用KCL與KVL導(dǎo)出其計(jì)算式。 偶模等效電容　其計(jì)算式為：（10）（11）而奇、偶模在傳播時(shí)的電場(chǎng)與磁場(chǎng)示意圖，如圖（）所示。這是因?yàn)榈吞匦宰杩箤?dǎo)線呈現(xiàn)大量的耦合到相關(guān)的板層。（例如縮短H），因?yàn)殡姶艌?chǎng)會(huì)被吸引到Ground層。結(jié)論在分析與仿真的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)到電路中的線長(zhǎng)、線寬、線距、介質(zhì)厚度、介電系數(shù)…等等參數(shù)，都左右著高速數(shù)字電路的性能，因此設(shè)計(jì)時(shí)非常強(qiáng)調(diào)被動(dòng)組件（passive element）的行為，被動(dòng)組件包括電路板、導(dǎo)線、via…等等。史密斯圓圖 本文的主要目的是復(fù)習(xí)史密斯圓圖的結(jié)構(gòu)和背景知識(shí)，并且總結(jié)它在實(shí)際中的應(yīng)用方法。反射系數(shù)的表達(dá)式定義為：為了建立圓圖，方程必需重新整理以符合標(biāo)準(zhǔn)幾何圖形的形式(如圓或射線)。它以(r/r+1, 0)為圓心，半徑為1/1+r.更多細(xì)節(jié)參見圖4a。例如，r＝1的圓，以(, 0)為圓心。與此對(duì)應(yīng)的是最大的反射系數(shù)1，即所有的入射波都被反射回來(lái)。下面是最重要的幾個(gè)方面： 無(wú)限大的電阻對(duì)應(yīng)的圓退化為一個(gè)點(diǎn)(1, 0) + (yb)178。所有的圓(x為常數(shù))都包括點(diǎn)(1, 0)。完成圓圖為了完成史密斯圓圖，我們將兩簇圓周放在一起。過(guò)程如下：確定阻抗在史密斯圓圖上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)找到與此阻抗對(duì)應(yīng)的反射系數(shù)(Γ)已知特性阻抗和Γ，找出阻抗將阻抗轉(zhuǎn)換為導(dǎo)納找出等效的阻抗找出與反射系數(shù)對(duì)應(yīng)的元件值(尤其是匹配網(wǎng)絡(luò)的元件，見圖7)推論因?yàn)槭访芩箞A圖是一種基于圖形的解法，所得結(jié)果的精確度直接依賴于圖形的精度。畫出阻抗點(diǎn)(等阻抗圓和等電抗圓的交點(diǎn))，只要讀出它們?cè)谥苯亲鴺?biāo)水平軸和垂直軸上的投影，就得到了反射系數(shù)的實(shí)部Γr和虛部Γi (見圖6)。然而，增加并聯(lián)元件時(shí)分析過(guò)程就不是這么簡(jiǎn)單了，需要考慮其它的參數(shù)。并且，如果Z是復(fù)數(shù)，則Y也一定是復(fù)數(shù)。但是如何計(jì)算反射系數(shù)呢？通過(guò)下面的式子進(jìn)行推導(dǎo)：結(jié)果是G的表達(dá)式符號(hào)與z相反，并有Γ(y) = Γ(z).如果知道z，就能通過(guò)將的符號(hào)取反找到一個(gè)與(0，0)的距離相等但在反方向的點(diǎn)。度旋轉(zhuǎn)后的結(jié)果因此在圓圖上讀出的數(shù)值單位是姆歐。后得到與之對(duì)應(yīng)的導(dǎo)納點(diǎn)。所有圓周的交點(diǎn)(等電導(dǎo)圓和等電納圓)自然出現(xiàn)在點(diǎn)(1, 0)。 = R178。 = R178。 當(dāng)解決同時(shí)存在串聯(lián)和并聯(lián)元件的混合電路時(shí)，可以使用同一個(gè)史密斯圓圖，在需要進(jìn)行從z到y(tǒng)或從y到z的轉(zhuǎn)換時(shí)將圖形旋轉(zhuǎn)。串聯(lián)電抗(x)對(duì)電感元件而言為正數(shù)，對(duì)電容元件而言為負(fù)數(shù)。 這個(gè)電路需要進(jìn)行簡(jiǎn)化(見圖9)?，F(xiàn)在我們將平面旋轉(zhuǎn)180176。圖9. 將圖8網(wǎng)絡(luò)中的元件拆開進(jìn)行分析回到阻抗模式。最后，我們回到阻抗模式增加最后一個(gè)元件(串聯(lián)電感)。圖10. 在史密斯圓圖上畫出的網(wǎng)絡(luò)元件逐步進(jìn)行阻抗匹配此時(shí)，兩端(通常是信號(hào)源和負(fù)載)阻抗是固定的，如圖12所示。 初看起來(lái)好像并不比找到等效阻抗復(fù)雜。 實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的方法是在史密斯圓圖上不斷增加串聯(lián)和并聯(lián)元件、直到得到我們想要的阻抗。于是 zS= , z*S= + , ZL= 2 。 確定連接電容C后下一個(gè)點(diǎn)出現(xiàn)在圓弧上的位置。B39。)，就需要經(jīng)過(guò)多次的嘗試和檢驗(yàn)。到D的弧長(zhǎng)，前者就是C的歸一化電納值，后者為L(zhǎng)的歸一化電抗值。B到D的弧長(zhǎng)為 x = ,于是X = x Zo= 60Ω。 在擁有功能強(qiáng)大的軟件和高速、高性能計(jì)算機(jī)的今天，人們會(huì)懷疑在解決電路基本問(wèn)題的時(shí)候是否還需要這樣一種基礎(chǔ)和初級(jí)的方法。在程序中加入幾個(gè)數(shù)字然后得出結(jié)果的確是件容易的事情，當(dāng)問(wèn)題的解十分復(fù)雜、并且不唯一時(shí)，讓計(jì)算機(jī)作這樣的工作尤其方便。[6]《YGT 10192001數(shù)字通信用實(shí)心聚烯烴絕緣水平對(duì)絞電纜》通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[7]《ISO/IEC 11801 信息技術(shù)通用電纜用戶要求概要》[8]《PN3727 TIA/ ——4對(duì)100Ω 6類數(shù)據(jù)電纜傳輸性能規(guī)范 》[9]《電線電纜手冊(cè)》40 /