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双绞线为什么要测电阻和电阻差?
发布日期:2020-02-20 11:37:36



数据传输线缆,为什么要强调铜缆的双绞线要测电阻呢?

双绞线是用铜线做的,铜线粗细不同导致电阻不一样。铜线越粗则电阻越小,线路损耗小,越细,则电阻值越大,线路损耗越大。在100年前还不能现场测试电阻,为了验证铜缆是否合格,是用游标卡尺来量铜丝的直径,看看没有人为地参杂做假。如果直径不符合要求,就说明它有偷工减料的问题。但是后来发现这个做法有很大的问题,因为线径虽然做不了假,但材质可以作假:例如可以用铜合金、铜包铝、铜包铁等材质来代替。这样的话,直径是符合要求的,但是电阻值却不符合要求,这是时至今日任然存在的一种作弊方法。所以测量直径的办法,后来就被迫做了一些改进 — 就是称重。大家知道铜的比重比铁、铝、铜合金等都大。所以,只要将铜制双绞线、控制电缆、电力线等截下一段将塑料烧掉,去掉塑料残骸后称重,如果它的重量符合要求,那么就证明它的材质是符合要求的。


测量直径和称重的办法太原始了吧?

从五六十年代开始,普遍采用测电阻方法。因为电阻是一定的,如果材质不是全铜的,电阻会比较大,线径比较细,电阻也会比较大,所以用测电阻这个办法可以很简单的证明它的材质是否符合标准要求。你可以看到,在双绞线的测试指标当中,最基础的一个指标就是电阻。但是你会发现,跟之前相比,近十年来,电阻测试有一些不同的地方 — 除了要测双绞线的环路电阻以外,还要求测两根导线电阻的差(选项)。因为如果两根导线的粗细不一样或者两根导线的材质有差异的话,那么两根导线的电阻是不一样的。这样除了可以进一步检测作弊的情况以外,更主要的是为了检测这两根导线的电阻是否保持“平衡”— 电阻平衡是双绞线传输平衡信号的时候一个必要的条件。否则,在信号传输的时候,两根线的传导能力就会不一样,这会造成信号的传输能力在两根线上出现差异,从而使“平衡电缆”在抵抗外来干扰的时候能力下降。


那为什么平衡电阻也就是电阻差近些年才要求测试呢?

这里主要的原因,是因为早期,双绞线工作的环境一般以智能建筑物为主,要知道,30年前,建筑物中的环境干扰还不严重。而在工业总线当中,虽然也使用了平衡电缆,但是由于数据传输的速率、频率很低,所以那个时候对外来的干扰都不是很重视。


随着传输速率越来越高,机房当中的干扰,比如谐波干扰、接地回路干扰等,还有来自无线基站、手机Wi-Fi、蓝牙等设备的干扰,越来越大。再就是诸如工业环境当中以太网的大量使用,当中的电力干扰、辐射干扰、接地回路干扰,还有像来自高功率变频电机、电焊、机器人等的干扰量增加了很多,这个时候我们就不得不考虑要对不平衡电阻进行检测。


那标准里对电阻不平衡的要求是什么呢?


电阻不平衡,一般要求小于3%或者绝对值小于0.2欧姆,这样才能够达到确定的指标。另外在最新的PoE++(以太网供电)当中,由于PoE的功率提高到了90瓦(以后可能还会进一步加大),如果电阻不平衡,就会使得两根铜线上的电流不一样,这将带来PoE上的信号传输问题 — 也就是信号变压器的高频磁芯饱和的问题 — 高频磁芯一旦饱和或者接近饱和,则信号传输会失真或完全失效。为了不让高频磁芯饱和,要求就是两根铜线上的电流要一样,也就是要求两根铜线的电阻也一样。如果两个电阻差异比较大,就会出现比较大的电流差,导致磁芯的直流磁偏置偏差过大或者饱和,这是必须要避免的。


为什么磁芯会饱和呢?

高频磁芯是高频信号变压器的一个部件。但这个部件有一个特点,那就是线圈中的直流电流最好为零,如果不为零,就会有初始直流磁化现象存在。少量的直流磁化(直流磁偏置)没有问题,但磁偏置太大,就会让磁芯进入磁饱和区域,而一旦进入磁饱和区域,磁芯也就完全失去变压器功能,信号传输就会中断。更经常的情形是:磁偏置偏大,但磁芯还未进入饱和区域,只是进入了非线性区域,这就会让平衡信号的传输失真,导致误码率、丢包率上升。


小结

测量铜线的电阻是为了衡量它的材质是否符合要求;测量电阻差是为了改善它的平衡性,也就是抗干扰能力;另外在POE供电当中,则是为了避免高频磁芯变压器出现电流差过大,带来的失真或饱和失效。