视频信号的双绞线传输与应用(一)

    利用双绞线传输视频信号，是近年来发展起来的一项新技术。这里所说的视频，包括复合视频（VIDEO）、分离视频（S-VIDEO）、色差分量视频（Y V U）、RGB分量视频（RGBHV）等多种视频信号。而用于传输视频信号的双绞线，则主要是超五类双绞线（CAT5）。本文着重讨论视频信号的超五类双绞线传输与应用。

    1． 视频信号的双绞线传输原理

    按照线路的形式，传输线可分为非平衡式和平衡式两种。同轴电缆属于非平衡传输线，双绞线属于平衡传输线。视频设备，包括信号源及显示设备，其接口通常是非平衡式，因此，可直接与同轴电缆匹配连接。要用双绞线传输视频信号，必需在发送端将非平衡信号转换为平衡信号；以便驱动双绞线，在接收端再将平衡信号转换为非平衡信号，与显示设备连接。一个基本的双绞线视频传输系统如图１所示。图中的A1是差分信号发送放大器，完成非平衡到平衡的转换，A2是差分信号接收放大器，完成平衡到非平衡的转换。

    图1

    2．超五类双绞线（CAT5）消除串扰的原理

    作为信号传输的媒介，我们要求传输线不仅能有效地传输信号，同时具有很好的抑制干扰的能力。在双绞线中，干扰主要来自以下两方面：第一，外部干扰。第二，同一电缆内部各线对之间的相互串扰。下面，我们对双绞线消除干扰的原理作一分析。

    2.1 双绞线对外部干扰的抑制

    2.1.1 干扰信号对未扭绞的双线回路的干扰，见图2。Ue为干扰信号源，干扰电流Ie在双线回路的两条导线L1、L2上产生的干扰电流分别是I1和I2。由于L1距离干扰源较近，因此，I1>I2，I3=I1―I2≠0，有干扰电流存在。

    图2

    2.1.2 干扰信号对扭绞的双线回路的干扰，见图3。与图2不同的是，双线回路在中点位置进行了一次扭绞。在中点的两边，各自存在干扰电流I1和I2，I1＝I11―I21，I2=I22―I12。由于两段线路的条件完全相同，所以I1=I2。总干扰电流I3=I1―I2=0。通过分析，可以得出结论：只要合理地设置线路的扭绞，就能达到消除了干扰的目的。

    图3

    2.2同一电缆内部各线对之间的串扰

    2.2.1两个未作扭绞的双线回路间的串扰，见图4。其中回路1为主串回路，回路2为被串回路。回路1的导线L1上的电流I1在被串回路L3和L4中产生感应电流I13和I14。由于L1与L3的距离较近，所以I13>I14，二者方向相对，抵消后尚余差值I4。同样，回路1的导线L2上的电流I2在被串回路L3和L4中产生感应电流I23和I24，I23>I24。二者相互抵消后，余下差值I3。由于导线L2与回路2的距离比导线L1近，其差值电流I3一定大于I4， I3与I4的差为I5，在回路2内形成干扰。

    图4

    2.2.2 两个扭绞相同的回路如图5所示。回路1和回路2同时在线路中点位置作扭绞，因此，两个回路的4根导线之间的相对关系与未作扭绞是完全相同的，根据以上分析可知，是不能起到消除回路间串扰的作用的。Us1和Us2分别在对方回路中产生干扰电流I12和I21，见图5。由此可得出结论：两个绞合的双线回路扭距相同时，不能消除串扰。

    图5

    2.2.3 两个扭距不同的双线回路见图6。回路1在线路的中点作扭绞。回路2除在线路的中点作扭绞外，还在A段和B段的二分之一处分别作扭绞。

    下面以回路1为主串回路，回路2为被串回路。我们将整个线路分为A、B两段，先分析A段的串扰。在A段内，回路1未作扭绞，而回路2在二分之一处作扭绞。我们进一步来看回路1的导线L1对回路2的干扰的情况，不难发现，与2.1.2节讨论的情况完全相同。根据2.1.2的分析可知，由于回路2在A段的中点扭绞，干扰电流为零。同样道理，导线L2对回路2的干扰电流也为零。因此，在A段，回路1对回路的串扰电流为零。

    B段的情况与A段完全相同，在B段串扰电流也为零。因此，回路1对回路2的总串扰为零。由此可以得出结论：两个各自扭绞双线回路，只要合理的设计扭距，可以消除相互串扰。

    图6

    3 超五类双绞线的结构与技术指标。

    3.1超五类双绞线的结构

    一条超五类双绞线电缆由4对线组成。每对线各自按反时针方向扭绞。4对线的扭距是各不相同的。采取这些措施，不仅可消除外部干扰，同时可消除线对间的串扰。超五类双绞线各线对的扭距见下表1。

    蓝白／蓝  棕白／棕 橙白／橙 绿白／绿

    扭距（cm） 1.2 1.4 1.6 1.8

    表1

    3.2 超五类双绞线的主要技术指标

    超五类双绞线的主要技术指标有特性阻抗、衰减与回路串扰。

    3.2.1 特性阻抗

    特性阻抗是指在双绞线输入端施以交流信号电压时，输入电压与电流的比值。线路的特性阻抗与线路的直流电阻是完全不同的两个概念。线路的直流电阻与线路的长度成正比。而线路的特性阻抗完全由线路的结构和材料决定，与线路的长度无关。传输线的分布参数在高频状态下的等效电路如图7。由图可见，线路的分布电阻和分布电感串联在回路中，分布电容和分布电漏并联在回路中。线路可以认为是由无数个这样的基本节连接起来的。这样的一个混联电路，不论线路多长，输入阻抗是一个定值。根据分析，在信号达到一定频率时，线路阻抗Z的值是:式中：L为一个基本节的电感，C为一个基本节的电容。通常使用的非屏蔽超五类双绞线的阻抗为100欧姆。

    图7

    3.2.2 衰减

    信号通过双绞线会产生衰减。双绞线的衰减B是频率的函数：式中频率f的单位是MHZ，B的单位是dB.

    3.2.3回路串扰防卫度

    双绞线的回路串扰扰防卫度是表示同一电缆中的一个回路对来自另一个回路的干扰的防卫能力，用Bc表示。

    式中，Us为主串回路信号电压，Uc为被串回路干扰电压。双绞线的串扰与频率有关。随着频率的增高，回路串扰防卫度降低。

    超五类双绞线的特性阻抗、衰减、串扰数据见表2。

    频率(Hz) 特性阻抗 衰减值 (dh/100)Max 串扰

    (db)

    1M 100欧姆 2  72

    10M 6.3  57

    20M 8.9  52

    50M  14.1  50

    100M 20.0  42

    150M 24.5  35

    表2