优化工业网络中的信号清晰度
物理层问题占网络安装问题的一半以上——噪声、地环路、信号反射和它们之间的串扰。用这个建议提高信号清晰度。
OSI第一层(物理层)问题占网络安装报告问题的50%以上，强调在规划工业应用的网络基础设施时，信号清晰度是一个重要的考虑因素。双绞线布线是工业网络基础设施的主要组成部分。比同轴电缆更灵活，更便宜，在许多安装中建议使用Cat5e和Cat6电缆;因此，双绞线的结构对保证高质量的传输至关重要。
微分以太网
差分以太网是如何工作的?Cat5e类和Cat6类电缆采用差分模式传输信号，双绞线中每根线极性相反、幅值相等。在信道的接收端，相等但极性相反的信号被评估为“差”电位。如果我们有一个2v的信号，信号之间的幅度差将是4v。当噪声被耦合到平衡对通道中时，它充当共模信号。它是“共同”的两线，是相同的幅度和相位。该干扰信号不与数据信号分开传播，而是与整体电压信号集成成为复合波形。
差模传输的美妙之处在于，当计算两条线之间的“差”时，它优雅地从源信号中去除噪声。(见图)。用一个4v差分信号(- 2v到+ 2v)和一个1v共模干扰器(每根导线上+ 1v)，两根导线之间的电压幅值差仍然是4v (3v到-1 V)。在一个完美平衡的布线系统中，感应共模信号将出现为两个相等的电压，被收发器简单地减去，从而产生完美的抗噪性。
在现实中，双绞线电缆不是完全平衡的，TIA(电信工业协会)对电缆规范有限制，旨在确保至少维持基本水平的双绞线平衡。DCR不平衡、电容不平衡(CUB)和横向转换损耗(TCL)是为确保对平衡而设计的规范示例。
平衡双绞线
平衡双绞线涉及许多策略，双绞线布线平衡得越好，信号就越可靠。使用双绞线布线时，一些最常见的挑战是:
- 易受噪音影响:在安装、弯曲或搬运过程中，双绞线容易因运动而分离。每一对都可以被描绘成一个可以接收或发射信号的天线;因此，导体间距的变化是累积的，并导致对EMI和RFI的敏感性，从而降低信号传输和网络性能。
- 信号反射:当双绞线分开时，它们产生的阻抗不规则会导致信号反射(回波损耗)。阻抗变化也是累积的。
- 对对串扰:所有双绞线以太网线缆都存在串扰或对对耦合，这是由于每对线缆的绞数不同造成的。(长度)。敷设长度的变化会增加沿电缆长度累积的串扰。
- 连接器问题:在端接不当的连接器中，双绞线可能会分离，从而导致信号完整性不足。跟踪连接器内部的退化是一个耗时且昂贵的过程。
- 缺乏机械坚固性:与其他类型的电缆一样，双绞线在安装过程中会受到拉伸和弯曲的影响而退化。当一个导体对另一个导体施加不相等的力时，就会出现问题。
噪声包括接地回路
如果双绞线不是完全平衡的，则在射频频率上将发生平衡信号到非平衡信号的模态转换。20- 30mhz或更高的差分模式信号可以转换为共模信号，反之亦然。转换伪影会对环境的抗噪性产生不利影响，并导致对之间和其他平衡电缆之间的串扰。只有高度平衡的双绞线才能减轻模态转换的影响。
平衡对中的信号相位也很重要，因为每个信号必须以适当的相位到达对的末端。两根电线必须是相同的电长度，这样差分过程作用于“相等”但相反的信号。
三种类型的噪声可以耦合到双绞线上:差分、环境和接地环路。差分噪声，即来自电缆中相邻对的噪声，称为NEXT(电缆内部)，而来自附近电缆的噪声称为ANEXT(来自相邻电缆)。环境噪声是电容性或电感性耦合到来自外部电磁场的平衡对，这些干扰来自电动机噪声、荧光灯镇流器和射频(RF)源(按严重程度递增)。地环路噪声是由建筑物内或建筑物之间导体两端或物理接地点的电位差引起的。
屏蔽
屏蔽可以通过限制从环境中耦合到双绞线上的噪声来降低模态转换的可能性。屏蔽作为噪声衰减器，使干扰信号在影响屏蔽下的双绞线之前尽可能小。屏蔽不能消除噪音;它只能减弱噪音。利用差分信号平衡双绞线，消除噪声。它们的平衡越完美，平衡对就能消除越多的噪音。噪声源越大，良好的对平衡就越重要。
Bonded-pair技术
bond -pair技术可以减轻双绞线电缆的许多挑战，呈现出传统上只有同轴电缆和双引线设计才能实现的一致性。当导线连接(即沿其纵轴连接)时，它们可以提供均匀的导体间距，绝缘导线均匀扭曲成对，以及确保在制造或安装过程中对的扭曲不会松动或分离的坚固性。
不要偷工减料
双绞线布线在工业网络应用中提供了多种好处。然而，偷工减料的电缆质量可能导致停机和昂贵的维护。选择能够防止噪声、信号反射、串扰和其他可能影响信号清晰度的变量的平衡对数据布线非常重要。
Gareis是Belden公司的首席产品工程师。编辑:Mark T. Hoske，内容经理，控制工程， CFE传媒。
百通提供了一份电缆寻找指南:
https://www.belden.com/resourcecenter/tools/cablefinder/index.cfm
//www.globalelove.com/networks
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