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线缆的基本知识(二)


www.nigat.com 2017年9月25日

    



一.常规电线种类的介绍说明

导体 

 

通讯电缆一般采用铜材质作为导体,用以传输电流或电磁信号. 

常用铜导体可分为裸铜,镀铜,铜包钢,铜合金,铜箔丝等。 

裸铜---导体电阻小,易氧化 

镀锡铜---抗氧化性增强,便于后续焊接 

镀银铜---导电性强,价格高,多用于射频电缆及氟塑料高温线 

铜包钢---强度高,常用于架空电缆 

铜合金---强度高(铜中加入少量其它金属) 

铜箔丝---抗弯折能力强,柔软度高(将铜压成薄片后包裹在弹性纤维上) 


绞线 

将已完成之绝缘芯线绞合一起称之为集合,集合有绞向之分; 绞向分成左向、右向,所谓左右向是简易称呼,正确应以S绞(右 绞) 、Z 绞(左绞)称呼。 

Lay Direction(绞向) :导体或芯线绞合之方向,正确看法应以一 定点面向机器看其轴心旋转方向或以绞合的捻合方向(Direction of Lay)来看,其简易看法为取一段完成品直立于目视者前方, 若线材向右顷斜则为右向,反之为左向。但在曲线半成品集合 时,绞向会影响曲线Coil部份之弹性,若Coil为左向(逆时针) 时,集合绞距必须为左向,若方向不一时曲线弹性会有影响。 

 

 


线缆的类别 


以线材的结构和用途来分,目前市场上各家生产的消费类线缆主要分为DVI线、USB线、IEEE 1394线、同轴线、SCSI线、IEEE 1284线、单芯或对绞型计算机用线、ATA 150线、电话线、网络线及杂规线等,今天分享的第九课,我们主要介绍这些线缆的基本结构及用途,为让大家更好的理解,附上线缆截面图标,下面逐一介绍: 

DVI  Cable 

DVI 是 ( Digital Video Interface ) 的缩写﹐称为数字视讯界面﹒它用于显示卡与显示器间之信号传输用,是液晶显示器用线。DVI其主要分为三类,分别为: 

DVI-D(DVI-Digital) -- 数字信号传输,其又分两种形式: 

a) DVI-D Single Link:单链接,四对分别传输R.G.B信号及时脉(Clock)信号﹔ 

b) DVI-D Dual Link :双链接,与单链接相比,传输两组R.G.B信号,共享1对时脉信号, 传输相当于单链接二倍的信号. 

DVI-A (DVI-Analog)-- 模拟信号传输 

DVI-I -- 模拟与数字信号共存传输 

DVI-D的结构包括4对或7对信号线,绝缘体为发泡聚乙烯FM-PE,中间加地线,再以铝箔、麦拉包覆,我公司常规颜色为“棕*白、红*白、绿*白、蓝*白”,还包括一对非屏蔽绞线,用于控制屏幕上下和左右移动,以及3芯电源线. 

DVI-A的结构是用RGB同轴线作为信号传输的桥梁,绝缘体为发泡聚乙烯FM-PE,颜色为“红、绿或灰、蓝”,其余的和DVI-D的基本相同. 

DVI-I的结构就是DVI-D和 DVI-A的合成,它们的结构分别如下: 

 

 

IEEE1394 Cable
 

IEEE 1394a 计算机多媒体用线 

结构由两对信号线(红*绿、蓝*橙)和两根电源线(黑、白)组成,也有的规格不用电源线﹔信号线绝缘体为发泡PE,都用铝箔及镀锡铜线编织隔离,总包覆为麦拉、铝箔加编织。它是一种高频传输用线,主要用在视频、数字相机、数字电器、彩色扫描仪等,其结构如下: 

 

 

 

IEEE1394b 计算机多媒体用线 

结构上和a版不同就是在信号对线旁加了两根地线,还有就是包覆有异,b版的信号线对包覆为铝箔、麦拉,没有编织。在电气特性方面,b版的衰减要求提高了很多,传输的速率也比a 版的要快的多,它的结构如下: 

 

 

Coaxial Cable 同轴线 

同轴线在我公司的生产也是相当大的一部分,我们把它分为四部分介绍,第一部分是采用MIL-C-17F(美国军方标准)的RG型高频同轴线缆,第二部分是采用JIS(日本工业标准)规格的同轴线缆,第三部分是RGB同轴线,最后第四部分就是一般的单芯同轴线缆. 

 

RG Cable  高频同轴线缆 

定义: 同轴电缆,包含两个同心轴导体, 两导体之间以适当之介质分隔开, 外导体通常是接地电位, 其作用是使通过中心导体之电流有一条回路, 防止电缆能量之辐射, 外导体通常是编织或用金属被覆,绝缘体是PE或FM-PE,FEP. 如RG58、RG316、RG179等,一般结构如下图: 

 

 

高频同轴线缆必须具有高速性、长距离性及低漏性, 除此之外隔离效果需符合FCC RFI/EMI之要求,采用低烟无毒材料以符合高密度线及防火效果之要求。它适用于传输系统及信号控制系统,如高频机器之连接线、内部配线、天线馈线、载波信道用线及给电线. 

 

JIS规格同轴线缆 

JIS规格同轴线缆适用于传输系统及信号控制系统或是高频机器之接续或内部配线,绝缘体是PE,可依客户要求加上铝箔纵包隔离,编织屏蔽。它的品名有3C-2V CS、2.5C-2V等。以下就是其结构图及品名记号的解释: 

 

 

RGB 同轴线缆 

RGB是红(Red)、绿(Green)或灰(Gray)、蓝(Blue)三种颜色英文缩写首个字母的组合,也称Monitor Cable 显示器用线,是专门用于计算机屏幕的连接线。单芯同轴线的绝缘体是发泡PE,特性阻抗在10MHz时要求为75±5Ω﹔表面一般做成齿状,结构图如下 

 

 

 

一般同轴线缆也称单芯隔离线缆,是指如1185同轴线、1354同轴线同轴线、1365同轴线、1792同轴线等,它们都是UL AWM 型号的单芯线,这些单芯的线同时也是构成其它复合线缆的基本单元之一,如RGB里的单芯同轴线. 

 

SCSI小型计算器系统用电缆系列 

SCSI(Small computer systemsinterface)线缆符合SCIS协会标准,SCSI是小型计算器系统的界面。目前我公司生产的SCSI线有25对和34对,绝缘体用FM-PE. 根据其多线对、低衰减、大容量等特点,广泛应用于高速打印机、多接口数字传输界面等小型计算器接口设备.
 

 

 

 

IEEE 1284 Cable 列表机用线 

IEEE 1284 列表机用线标准规格为18P对绞线,用聚丙烯(PP)绝缘,各对线集合后PP膜纵包,再加上铝箔、镀锡铜线85%以上遮蔽率编织屏蔽。它用于列表机的连接. 

 

 

单芯或对绞型计算机用线                                                                                       

顾名思义,这是单芯线或对绞线组成的线缆。依据它们结构的差异性和用途的不同可以将它们分为以下几个部分来说明: 

 

Scanner Cable (UL20276)  扫描仪用线 

由12对之对绞线及1芯单芯线(即12对半)构成,导体为28AWG镀锡绞铜线,绝缘体是PP. 应用于扫描仪连接用线. 

 

 

 

 ComputerCable (UL2464)  单、双层遮蔽计算机线                                                    

 单芯型计算机线,芯线为UL1061,数据传输电缆,应用于广播, 视听器具, 仪器, 计算机线,符合EIA RS-232国际电工规范. 

 

 

对绞型计算机线,芯线为UL1061,数据传输电缆,应用于广播、视听器具、仪器、计算机线,符合EIA RS-232国际电工规范. 

 

 

Computer Cable (UL2960)   双层遮蔽计算机线 

对绞型计算机线,芯线绝缘体为PP,数据传输电缆。应用于广播、视听器具、仪器、计算机线,符合EIA RS-232国际电工规范. 

 

 

SerialATA Cable   串行ATA线缆 

SerialATA 是“Serial Advanced Technology Attachment(串行先进技术配件)”的缩写,是一种串行通讯协议,有两对信号线,分别用来传输双向数据数据,另可配置15PIN的电源线可提供3V、5V及12V的电源或使用其它电源。信号对线用发泡PE绝缘体,铝箔屏蔽,另外还有四根地线。它主要用在连接PC和硬盘,常见的结构外形如下: 

 

LAN Cable 区域网络线 

区域网络线有22AWG和24AWG的,网络线缆主要是以四对线为主,用高密度PE绝缘,常规颜色分别“蓝*白/蓝、橙*白/橙、绿*白/绿、棕*白/棕”,有CAT3、CAT4、CAT5、CAT5e、CAT6这些线材,导体分单铜和绞铜的,包括有屏蔽的(FTP、SFTP)和无屏蔽(UTP)的,区域网络线支持多种布线结构和多种传输媒体,如话音、数字、电文、图像、视频通信等局域网络环境, 用于高速率、大容量如多媒体的综合业务、 数据通信网络智能化大楼中. 

 

 

 

 

TelephoneCord 电话线 

电话线相信大家都很熟悉了,一般是扁平线,芯线数为2到10芯,聚丙烯PP绝缘,用于电子设备电话直线和卷线. 

 

 

USB  Cable 

USB是Universal SerialBus Cable 的缩写,意思是通用串行总线架构线缆,其主要用于监视器和声音的输入/输出系统、键盘、鼠标、调制解调器及打印机等。依版本分为USB1.0版、USB1.1版和USB2.0版,USB3.0版本,USB3.1版本及即将在下半年发布的USB3.2版本,USB2.0的结构是相同的,不同是它们的传输速度及电气特性的要求,总的说来就是版本越高传输速度越快,电气特性要求就越严格,USB的结构包括一对信号线(绿、白)和两根电源线(红、黑) ,总屏蔽为铝箔和编织,结构图如下 

 

USB2.0

USB3.0


 

HDMI  Cable 

推荐精品文章:你必须了解的HDMI1.0到HDMI2.1规格变化【干货】 

最早的 HDMI 版本,2002 年 12 月推出1.0版本,可说是专为当年的 Blu-ray 等全高清软件而设,其最大特点是同时整合了影像和音频传输,比起电脑上的 DVI、DisplayPort 纯影像传输介面,更加适合影音器材使用,HDMI 1.0 已经支持 DVD 及 Blu-ray 视讯,最高频宽达到 4.95 Gbps,当中 3.96 Gbps 用作传输视频流,可以支持 1080/60p 或者 UXGA 解析度;音频方面支持 8 声道的 LPCM 24bit/192kHz,换言之已经播到多声道 Hi-Res,在同期的线缆规格对比,实属相当之强.现在已经升级更新到HDMI2.1版本.后面版本的变更主要在设计参数上面,线材结构没有做变更! 

 


 

 


 

.线材基本电气特性名词解释

Spark test 火花测试 

火花测试用于发现绝缘导体的绝缘皮不良.火花测试机通常用于芯线押出或芯线对绞工段.有时也用于总绞工段.一般带屏蔽的电缆(编织线,铝箔向外)押出外被时也用火花机测其不良点.基本方法为在与被测物相接触的电极与接地 导体之间施加一电压.若绝缘介质不良(如太薄或一部分缺失),施加的电压会在接地导体上产生电弧.从而激发与此相连的指示器(如蜂鸣器.灯.计数器等).;火花测试中存在危险高压,故相关设备必须完全接地.一般测试机可采用AC或DC电压,老使用AC可使用不同的频率.为了安全,测试电流通常限制为无致命危险的水平.   

Conductor Continuity 导体导通测试 

电线电缆的导体导通是一关键特性. 

除非另有规定.应用100V或更低的d-c电压测试导体导通性.手动导通测试时用一9V电池与一可视或可听的指示器串联.去除导体两端绝缘皮.把导体分开.使用自动测试仪时把每一根导体分别固定于测试治具上.若使用手动测试,通常把电线一端的所有导体连接于一共同测试端,把电压依次加于每一根导体两端.用指示灯表明电路导通或不导通. 

Conductor Resistance 导体电阻 

 电线电缆中每一根导体的电阻是一重要特性.但导体电阻的测量通常只对成品进行抽样检查时进行,样本以出货时电线的单位(如轴)计算.若电缆含非常多根导体.测量时也可对导体抽样进行.除非另有规定. 导体电阻测量在68℉(20℃)条件下进行.温度核心依ASTMB 193.电阻随电缆长度变化.导体电阻通常用伏特表1欧姆计或惠斯顾电桥进行测试. 

Conductor Resistance Unbalance 不平衡导体电阻 

任一对导体的电阻差在通讯传输中是一关键特性. 不平衡导体电阻的测量通常与导体电阻的测量同时进行. 电阻值按每 对记录.较大电阻减去较小电阻值即为每对导体电阻的绝对差值. 绝对不平衡电阻通常以   Ω/1000ft或Ω/Km表示.有一使用较多的表示方法如下: 

 

 

Coaxial Capacitance (Capacitance To Water)同轴电容(水中电容) 

 

制程中测水中电容时,按如下进行,绝缘导体通过水槽,测量接地导体与水之间的电容,并自动反馈于控制设备.同轴电容为圆形金属导体外表面与绝缘层外表面之间存在的电容. 测试方法为取一截绝缘线浸入水池中.直接测量接地导体与水之间的电容,一般水温20℃土2 ℃,频率1000土10HZ. 

 

Mutual Capacitance 相互电容 

 相互电容为一对导体之间的有效电容.在多对导体的电缆中.互容公式如下:  

 

 

测量之前.电缆两端剥去外被.屏蔽层等.至两端露出芯线约2FT.把电缆一端的导体分开.保证导体不短路.不接地. 电缆另一端的导体剥去绝缘皮后.把所有导体短接后接地再量测.除非另有规定,互容为交流频率为1000土100HZ时的电容.

 

 

 

Capacitance Unbalance –- (Pair To Ground)  对线与地线间不平衡电容 

对地不平衡电容如下图解.  A和B为一对导体..Cag. Cbg.分别为导体A和B与屏蔽之间的直接电容.Cap和Cbp为导体A和B与其他对导体之间直接电容. 公式如下:  

 

 

Capacitance Unbalance –- (Pair To pair) 对与对间的不平衡电容                        其中,a-b为一对,c-d为一对. 

 

 

不平衡电容n  Cupp=(Cad+Cbc)-(Cac+Cbd) 

 


Attenuation 衰减 

 衰减为一讯号行经电线电缆的信号损失强度.受绝缘导体材料和几何性的影响,单位为分贝(dB),dB值 (Decibel)之缩写,为衰减,串音与音量的单位,其观念与定义均由能量或功率的观念出发,即功率等于能量对时间的微分或单位时间输出能. 

 

 

Propagation Delay 传输延迟 

传输延迟为讯号经过待测物所需的时间,介质的介电常数愈小,传播速度愈快,损耗愈小. 

 Velocity of propagation 传播速率 

传播速率亦即波长缩短率(同轴线特性之一),其定义为真空之介质系数与绝缘体介质系数之平方根比值,由于真空之介质系数为1,故以公式表示如下: 

 

 

即信号传送之速度在电缆中与自由真空中之比较, 

 


 Cross talk 串音 

 

 

是邻接两导体之间由于传输信号时发生互相干扰现象而产生。串音产生之原因很多,在通信电缆而言通常是由于相邻对之绞距设计不当而引起.常见有下列几种 

Worst Pair Near-End Cross talk (NEXT) 近端串音 

 

 

Power Sum Near End Cross talk (PSNEXT) 功率和近端串音 

Equal Lever Far-End Cross talk (ELFEXT) 远端串音 

 

 

Power Sum Equal Lever Far End Cross talk (PSELFEXT) 功率和远端串音 

Return Loss (RL) 反射损耗 

 

 

Structural Return Loss (SRL)结构性反射损耗 

SRL从输入阻抗中得出(开路/短路阻抗的平方根),RL从终端阻抗扫瞄中得出.SRL把输入阻抗与特性阻抗相比,而RL则把终端阻抗与负载阻抗(如100Ω)相比,因而两种测量不同.独立的特性阻抗和SRL特性曲线通常是特性说明的首选方法.因为两种曲线易于清楚的分开.从测量角度看,RL方法有时会更可取,因为它不要求输入阻抗的函数,拟合而使用负载阻抗作为参考值.  

 

 

  Impedance 特性阻抗 

在一定交流电路中电阻,容抗与感抗之总和,单位为欧姆(Ω) 

即以 Z=R2+(XL-XC)2  来表示,式中Z为阻抗,R为电阻,XL为感抗,XC为容抗.常见的有下列两种: 

Input Impedance 输入阻抗 

Characteristic Impedance 特性阻抗 

Input Impedance (输入阻抗)的测试方法有两种 

开路和短路法(Open/Short Method)的测量方法  

开路和短路的测量方法基本原理如下: 

 

 

 

以网路分析仪测试,将实测出的开路与短路的数据带入上列式中算出输入阻抗 

负载法的输入阻抗(Matched Load Method)测量方法  

负载法的测量方法基本原理如下: 

 

 

 

于测试线材尾端连接一个与待测线阻抗相匹配的负载,以网路分析仪测试,仪器将自动依上述公式计算完成,即输入阻抗. 

 

  Characteristic Impedance 特性阻抗 

以阵列方式拟合输入阻抗值大小依频率变化求出一渐进线 




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