优化工业网络的信号清晰度

　　差分模式传输通过计算两条线上的“差值”能够从源信号中去除噪声。在完美平衡的电缆系统中，感生的普通模式信号在两条线上的电压相同，可以被变送器执行减法运算而消除，因此做到了完美的噪声消除。

　　易受噪声影响：在安装、缠绕和加工的时候双绞线容易被拆开。

　　别找捷径

　　在工业网络应用中，双绞线电缆能够提供多种好处。然而，如果想从电缆质量上寻求捷径恐怕会适得其反，导致停机或者成本高昂的维护。

　　缺乏机械强度：与其他类型电缆类似，双绞线在安装过程中很容易受到拉扯和弯曲的影响而降低性能。如果线对上被施加了拉力，而连接器之间的拉力又不同，那么就会出现问题。

　　信号反射：当双绞线被拆开时，会产生阻抗不规则性，进而导致信号反射(回波损耗)。阻抗不均匀也是会积累的。

　　差分以太网如何工作?Cat5e电缆和Cat6e电缆使用不同的信号传输模型，在双绞线上的每根线上的极性相反，振幅相同。在通道的接收端，测量振幅相同但是极性相反的信号“差值”电平。如果信号振幅是2V，那么信号差值就是4V。

　　这种转化反过来会影响对于环境噪声的抗扰度，还会增加不平衡电缆线对之间的串扰。只有高度平衡的线对才能够消除这种影响。

　　环境噪声是电容性或者电感性的，通过外部干扰的电磁场耦合到平衡线对中，这些干扰包括电机噪声、荧光灯镇流器和射频(RF)源(影响按前后顺序依次增强)。接地循环噪声产生于建筑物不同位置或者不同建筑物之间的导体终端电位或者物理地电位的不同。

　　每一对双绞线都可以 看做是一个天线，能够接受或者传输信号;这样随着双绞线电缆长度增加，每对导线之间的作用也在积累，就越容易受到EMI和RFI的影响，影响信号传输和网络性能。

　　实际上，双绞线也不是完美平衡的，(美国电信工业联合会)对电缆规格上做出了一定限制，至少保证双绞线能实现基本的平衡。DCR失衡、电容失衡(CUB)以及横向变换损耗(TCL )就是为了确保线对平衡和给出的一些要求。

　　屏蔽能够通过限制从环境耦合到双绞线中的噪声来降低模态转换的电压。屏蔽的作用就像一个噪声衰减器，干扰信号被尽可能地衰减，直到不足以对屏蔽层下方的双绞线造成影响。屏蔽并不能完全除去噪声，只能使噪声衰减。平衡双绞线利用差分信号来移除噪声。平衡程度越高，噪声移除的效果就越好。噪声越大，对于线对平衡度的要求就越高。

　　平衡双绞线包括多种策略，双绞线越平衡，信号的稳定性就越高。使用双绞线电缆常见的挑战如下：

　　平衡线对中的信号相位也很重要，因为内每一个信号都必须以合适的相位到达线对的终点，两条线必须具有相同的电气长度，才能保证两条线上的信号是“相等”的反向信号。

　　差分模式传输的优美之处就在于它可以通过计算两条线之间的“差异”，轻松地从源信号中消除噪声(见图。)4V差分信号(-2V到2V)和1V普通模式的干扰(每条线上1V干扰)，两条线上的差分电压强度仍旧是4V(3V到-1V)。

　　有三种噪声会被引入双绞线电缆：差分噪声、环境噪声和接地循环噪声。来自于同根电缆的相邻部位的差分噪声被称作NEXT(来自电缆内部)，来自于相邻的不同电缆的噪声被称为ANEXT(来自相邻电缆)。

　　线对之间的串扰：所有的双绞线以太网电缆都有串扰问题或者线对之间的耦合问题，这是由于每对线都有不同的捻距。不同的捻距会加剧串扰并在电缆中积累。

　　粘连线对技术

　　超过50%的的网络安装问题都发生在OSI模型的第一层(物理层)，需要强调的是对于工业应用的网络基础设施来说，信号清晰度是一个非常重要的关注点。工业网络基础设施常常使用双绞线电缆，它比同轴电缆更加灵活且价格低廉，Cat5e电缆和Cat6e电缆经常被推荐使用在很多安装场合;因此，双绞线电缆的结构对于确保高质量的信号传输非常关键。

　　选择平衡电缆很重要，它能够抵抗噪声、信号反射、串扰和其他会影响信号清晰度的问题。

　　对于完美的 平衡电缆系统来说，感生的普通模式信号在两条线上的电压相同，可以被变送器执行减法运算而消除，因此做到了完美的噪声消除。

　　接地环路中的噪声

　　如果双绞线的平衡并不完美，在RF频率下平衡的信号就会转化成不平衡的信号。20-30MHz频率或者更高频率下的差分模式信号会转化成普通模式信号，反之亦然。

　　如果噪声进入了对称线对通道，那么它和通用信号的模型的表征是一样的。两条线上的信号“相同”，具有相同的振幅和相位。这种干扰信号并不会独立于数据信号单独变化，而是与电压信号融为一体，组成混合波形。

　　粘连线对(Bonded-pair)技术能够减轻双绞线电缆面临的诸多挑战，使其具有了一度只有同轴设计和双芯设计才能具有的一致性。如果连接器做成了一对(即轴向相邻布置)，连接器就能够保证相同的间距和一对相同的双绞绝缘导体，这种技术还能够保证耐用性，确保在生产或者安装过程中双绞线不会松开或者分离。

　　连接体问题：使用不良的连接体会使双绞线在内部分开，导致信号缺乏完整性。追踪连接体内部的问题是一个耗时且昂贵的过程。

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