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雙絞線(xiàn)以太網(wǎng)布線(xiàn)被認為是一種成熟和可靠的技術(shù)，多年來(lái)一直是進(jìn)行 10Base-T 和 100Base-T 數據速率傳輸的可靠選擇。然而，隨著(zhù)高速以太網(wǎng)流量達到每秒 1 千兆位 (Gb/s) 和更高的速度，設計者不得不面對這樣的現實(shí)：信號對電纜不一致的寬容度降低，變得更容易受到干擾、串擾、阻抗損失、反射信號引起的回波損耗和衰減的影響。 隨著(zhù)電纜長(cháng)度的增加，例如在工業(yè)自動(dòng)化設施中，這些問(wèn)題會(huì )變得更加嚴重。在設計布局以及用在像機器人和其他機械這樣的應用中時(shí)，這些問(wèn)題會(huì )增加以太網(wǎng)電纜扭曲和彎曲的復雜性。這種反復彎曲會(huì )使雙絞線(xiàn)分離，影響電纜的電氣性能。由此產(chǎn)生的信號衰減會(huì )帶來(lái)間歇性的數據損失，并隨著(zhù)時(shí)間推移而惡化。這些類(lèi)型的錯誤是出了名的難以識別和排除的，導致漫長(cháng)而昂貴的系統停機時(shí)間。 本文討論了在雙絞線(xiàn)上發(fā)送高速數字以太網(wǎng)數據的挑戰。它解釋了如何使用粘連線(xiàn)對以太網(wǎng)電纜為長(cháng)距離的高速以太網(wǎng)數據提供一致的性能，包括減少信號損失和承受物理濫用。然后會(huì )介紹兩個(gè)來(lái)自 Belden 的粘連線(xiàn)對以太網(wǎng)電纜實(shí)例，并展示如何用它們來(lái)確保工業(yè)環(huán)境中以太網(wǎng)信號的完整性。 可靠地發(fā)送千兆位以太網(wǎng)數據 標準以太網(wǎng)電纜通過(guò)雙絞線(xiàn)銅線(xiàn)發(fā)送數據。在過(guò)去，價(jià)格較低的電纜可能只使用兩根雙絞線(xiàn)，但現代的傳統以太網(wǎng)電纜有四根雙絞線(xiàn)，用于高速數據傳輸和以太網(wǎng)供電 (PoE)。由于電纜結構、電纜長(cháng)度、干擾和數據速率，所有以太網(wǎng)電纜都在一定程度上遭受信號衰減。如果高速數據是通過(guò) 10 米 (m) 或更長(cháng)的電纜發(fā)送的，則要由電纜結構負責防止過(guò)度的信號衰減。 大多數商業(yè)和低速工業(yè)以太網(wǎng)電纜使用絞合銅線(xiàn)雙絞線(xiàn)。非常柔軟，易于操作，從而使電纜可以在拐角處彎曲，在地板和安裝點(diǎn)上貼上膠帶后可以保持原位。然而，與實(shí)心銅線(xiàn)相比，絞合銅線(xiàn)對電流流動(dòng)的阻力更大，尤其是在長(cháng)距離傳輸時(shí)。這使得實(shí)心銅線(xiàn)更適合于高速數據，高速數據通常使用較低的信號電壓，使得高速數據更容易受到信號衰減和電線(xiàn)電阻造成的數據損失的影響。對于 PoE 來(lái)說(shuō)，與絞合銅相比，實(shí)心銅還可以承載更多的電流，產(chǎn)生的熱量也更少，因此是更合適的選擇。 實(shí)心銅線(xiàn)的缺點(diǎn)是，它不能很好地彎曲，比絞合銅線(xiàn)更抗彎曲，因此在鋪設電纜時(shí)可能需要一些額外的努力。 雙絞線(xiàn)以太網(wǎng)電纜在 RJ45 插頭處對接收器和發(fā)射器呈現出一種特性阻抗。通常情況下，這個(gè)阻抗是 100 歐姆 (Ω)，并且需要沿著(zhù)電纜的長(cháng)度保持一致。阻抗受雙絞線(xiàn)中兩根導體的中心間距的影響。重物撞擊或電纜拉伸或擠壓產(chǎn)生的應力會(huì )使雙絞線(xiàn)分離，從而改變某些部分的中心間距。這導致了電纜阻抗的變化，使信號下降。在 10 兆位/秒 (Mb/s) (10Base-T) 或 100 兆位/秒 (100Base-T) 的速度下，這可能并不明顯，但在千兆位速度下 (1000Base-T) 就可能會(huì )造成數據丟失。 串擾是造成信號衰減的另一個(gè)原因。兩條高速線(xiàn)并聯(lián)運行將導致每個(gè)導體在另一條線(xiàn)上感應出電流，這是串擾的最壞情況。為了盡量減少串擾和信號損失的風(fēng)險，導線(xiàn)采用自屏蔽雙絞線(xiàn)。然而，與阻抗損失一樣，如果雙絞線(xiàn)中的兩根線(xiàn)被電纜上的外力推擠或移位，會(huì )增加線(xiàn)對之間的串擾，降低信號的可靠性。 阻抗損失與串擾的結合，加上電纜的距離電阻，會(huì )因為信號反射回其源頭而造成回波損耗。雖然回波損耗是預期的，并且在終端使用回波消除進(jìn)行補償，但過(guò)多的回波損耗可能是一個(gè)嚴重的問(wèn)題，導致間歇性的數據丟失。這個(gè)問(wèn)題可能是出了名的難以診斷，并可能導致過(guò)多的停機時(shí)間。在高振動(dòng)的工業(yè)環(huán)境中，這個(gè)問(wèn)題會(huì )更加嚴重，因為以太網(wǎng)電纜的位置在移動(dòng)，導致電氣特征發(fā)生變化，從而導致數據信號問(wèn)題，當振動(dòng)或移動(dòng)停止時(shí)，這些問(wèn)題就會(huì )神秘地消失。 粘連線(xiàn)對以太網(wǎng)電纜 如上所述，阻抗損耗、串擾和回波損耗都受到電纜長(cháng)度上雙絞線(xiàn)中心間距不一致的嚴重影響。對于在惡劣環(huán)境中進(jìn)行高速以太網(wǎng)連接布線(xiàn)的設計者來(lái)說(shuō)，Belden 已經(jīng)通過(guò)其用于千兆位以太網(wǎng)的 10GX CAT6 和 CAT5E 粘連線(xiàn)對模塊化以太網(wǎng)電纜解決了這個(gè)問(wèn)題。 粘連線(xiàn)對通過(guò)將雙絞線(xiàn)物理粘接在一起，在雙絞線(xiàn)導體之間保持固定的導體中心間距，甚至可防止臨時(shí)分離（圖 1）。這大大減少了阻抗損失和串擾的風(fēng)險。 
圖 1：左邊的非粘連雙絞線(xiàn)由于扭曲或彎曲，造成了雙絞線(xiàn)間隙而失去了導體與導體的中心性。盡管有外力作用，右邊的粘連雙絞線(xiàn)仍能保持其中心性。（圖片來(lái)源：Belden） Belden 粘連線(xiàn)對以太網(wǎng)電纜還使用實(shí)心銅導體作為雙絞線(xiàn)，以減少電阻。此外，與 PoE 應用中的絞合銅線(xiàn)相比，實(shí)心銅線(xiàn)可傳輸更大的功率且損失更少。這也通過(guò)減少電纜電阻引起的熱量而提高了安全性。 綜合來(lái)看，降低電纜的電阻，減少阻抗損失，最大限度地減少串擾，使千兆位以太網(wǎng)的數據完整性得到明顯改善，即使是在惡劣的環(huán)境中也是如此。 對于千兆位以太網(wǎng)接插線(xiàn)，Belden 提供了 C601106010 10 英尺粘連線(xiàn)對以太網(wǎng)電纜組件（圖 2）。這是一根 CAT6+ 電纜組件，有四個(gè)由 24 AWG 實(shí)心銅線(xiàn)組成的粘連雙絞線(xiàn)對。兩端用 RJ45 插頭端接，其彈性護套模壓在聚氯乙烯 (PVC) 外護套上，形成一個(gè)強大的應力消除裝置，防止分離。它還可以防止 RJ45 端接處的雙絞線(xiàn)扭曲或分離，并提供防水和防塵保護。
圖 2：Belden C601106010 以太網(wǎng)線(xiàn)采用兩個(gè) RJ45 插頭進(jìn)行端接，在 PVC 護套上模壓了一個(gè)彈性護套應力消除裝置，以保護電纜端接免受灰塵和濕氣的影響。（圖片來(lái)源：Belden） 藍色以太網(wǎng)電纜的直徑為 5.715 毫米 (mm)，是典型的以太網(wǎng)電纜直徑。C601106010 采用粘連線(xiàn)對和實(shí)心線(xiàn)結構，不會(huì )給電纜組件增加任何額外的體積，因此適用于任何需要鋪設商業(yè)電纜的應用。 該電纜組件每個(gè)觸點(diǎn)的額定電流為 1.500 安培 (A)。結合千兆位的速度等級，因此 C601106010 適用于工業(yè) PoE 應用，如機器人和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 端點(diǎn)。最大接觸電阻為 0.020 Ω，在 1.500 A 條件下僅產(chǎn)生 0.300 瓦的熱量，對于工業(yè)應用來(lái)說(shuō)是可以接受的。 這種 CAT6+ 電纜組件的額定值適合 1000Base-T 應用，工作溫度為 -10°C 至 +60°C，因此適用于溫度極端性較高的高速工業(yè)自動(dòng)化應用。 為實(shí)現更長(cháng)的距離，Belden 制造了 CA21106025 25 英尺粘連線(xiàn)對以太網(wǎng)電纜組件。這是一個(gè) CAT6a 電纜組件，其基本電氣規格與 Belden C601106010 相同，并且與圖 2 中的端接方式相同。然而，由于 CA21106025 電纜較長(cháng)，它更容易受到外部干擾：25 英尺電纜上的千兆速度就像一個(gè)天線(xiàn)，可能會(huì )接收周?chē)?a href="http://selenalain.com/keyword/電子" target="_blank" class="relatedlink">電子產(chǎn)品的電磁輻射。為了確保信號的完整性，CA21106025 有一個(gè)鋁箔外屏蔽層。這導致直徑達 6.731 毫米，比商業(yè)電纜略粗，但完全在電纜導向器和普通布線(xiàn)方法的公差范圍內。 有了這種屏蔽，Belden CA21106025 電纜組件的額定速率為 10GBase-T (10 Gb/s)，使其適用于非常高端的工業(yè)自動(dòng)化應用，以及在整個(gè)設施中傳輸高清視頻。 結語(yǔ) 千兆位以太網(wǎng)正在為工業(yè)自動(dòng)化設施帶來(lái)更高的數據速率。隨著(zhù)這些數據速率的增加，干擾、串擾和回波損耗的風(fēng)險也隨之增加，這可能導致數據連接的中斷。這在工業(yè)應用中尤其如此，因為電纜可能會(huì )被反復彎曲，造成電纜電氣性能的損失。 使用確保中心間距固定的粘合雙絞線(xiàn)以太網(wǎng)電纜，設計者可以在更遠的距離上舒適地使用更高的速度，同時(shí)滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò )升級和新部署的 PoE 要求。 來(lái)源：Digi-Key 作者：Bill Giovino |
