雙絞線電纜高速通信概覽

　　我們從19世紀下半葉就開始安裝和使用雙絞線電纜。進入21世紀，雙絞線電纜仍廣泛應用于高速數據通信。雙絞線電纜(見圖1)通常被作為電話線來使用，包括為數以百萬計的家庭提供高速互聯網連接的DSL服務。雙絞線電纜還用于以太網連接以及電視機、計算機顯示器等設備的HDMI和DVI連接。雖然雙絞線電纜在日常生活中隨處可見，但是對這種電纜的屬性進行深入分析的文章卻寥寥無幾。

　　我們可以看到有大量資料在討論同軸電纜、PCB跡線。雖然雙絞線得以廣泛運用，但闡述雙絞線在各種情況中應用的資料卻不多見。筆者在研究中發現缺乏雙絞線電纜分析的原因是這種分析將很快陷入復雜的數學問題。在分析同軸電纜或PCB布局時，可以使用二維分析獲得良好的電纜行為模型，但雙絞線電纜本質上是三維結構—如果沒有這第三維，那么雙絞線和非雙絞線就沒有什么區別了。因此，本文旨在為設計人員提供雙絞線電纜高速通信的概覽，并識別從A點到B點獲得高速數據可能遇到的問題。

　　雙絞線電纜的一個最大優點是它允許信號在對稱線對中發送，信號不是接地，而是接入雙絞線電纜的對側。在對稱線對中，如果有干擾磁場或電場，它們將均勻接入雙絞線對的兩根線。由于接收器能識別雙絞線對中兩根線間的差異，因此干擾的影響被降低。由于對干擾的相對不敏感性，可以使用較小信號擺幅的差分信號，在相似環境中比單端系統省電。

　　差分電纜中的信號損耗

　　雖然在確定雙絞線衰減特征中涉及的數學問題比同軸電纜復雜得多，但最終結果卻是相似的—有三種損耗機制：

　　● 電阻性損耗：由電纜的電阻引起。這種影響與頻率無關，而且非常小。在大多數情況下，這稱不上影響因素。發送超低速數據信號或通過長距離電纜傳送電力時，需要考慮這個因素。

　　● 趨膚效應損耗：其中，衰減根據頻率平方根的函數增加。這種效應變為主要的衰減形式并不需要很高的頻率，因此對大多數有用的雙絞線電纜應用，這是主要的損耗來源。關于趨膚效應損耗的更詳細描述，請參閱www.en-genius.net/includes/files/iot_011209.pdf《優異的電纜均衡器對工程師大有益處》。

　　● 介電損耗：隨頻率線性增加，但起初影響很低。

　　如果從數據傳輸速率角度考慮信號，在超低速率時，主要的衰減形式是電阻性損耗，但速率稍有增加，集膚效應損耗將起主導作用。一旦數據傳輸速率達到1Gbps或2Gbps，介電損耗開始發揮作用，并迅速占據主導地位。由于介電損耗與數據傳輸速率和電纜長度成正比，一旦發生介電損耗，情況將迅速變糟，這就是可以使用電纜的數據傳輸速率的上限。