1、視頻信號的雙絞線傳輸與應用  利用雙絞線傳輸視頻信號，是近年來發展起來的一項新技術。這里所說的視頻，包括復合視頻（VIDEO）、分離視頻（S-VIDEO）、色差分量視頻（Y V U）、RGB分量視頻（RGBHV）等多種視頻信號。而用于傳輸視頻信號的雙絞線，則主要是超五類雙絞線（CAT5）。本文著重討論視頻信號的超五類雙絞線傳輸與應用。1  視頻信號的雙絞線傳輸原理按照線路的形式，傳輸線可分為非平衡式和平衡式兩種。同軸電纜屬于非平衡傳輸線，雙絞線屬于平衡傳輸線。視頻設備，包括信號源及顯示設備，其接口通常是非平衡式，因此，可直接與同軸電纜匹配連接。要用雙絞線傳輸視頻信號，必需在

2、發送端將非平衡信號轉換為平衡信號；以便驅動雙絞線，在接收端再將平衡信號轉換為非平衡信號，與顯示設備連接。一個基本的雙絞線視頻傳輸系統如圖所示。圖中的A1是差分信號發送放大器，完成非平衡到平衡的轉換，A2是差分信號接收放大器，完成平衡到非平衡的轉換。圖1        2超五類雙絞線（CAT5）消除串擾的原理作為信號傳輸的媒介，我們要求傳輸線不僅能有效地傳輸信號，同時具有很好的抑制干擾的能力。在雙絞線中，干擾主要來自以下兩方面：第一，外部干擾。第二，同一電纜內部各線對之間的相互串擾。下面，我們對雙絞線消除干擾的原理作一分析。2.1 雙絞

3、線對外部干擾的抑制2.1.1 干擾信號對未扭絞的雙線回路的干擾，見圖2。Ue為干擾信號源，干擾電流Ie在雙線回路的兩條導線L1、L2上產生的干擾電流分別是I1和I2。由于L1距離干擾源較近，因此，I1>I2，I3=I1I20，有干擾電流存在。 圖2  2.1.2 干擾信號對扭絞的雙線回路的干擾，見圖3。與圖2不同的是，雙線回路在中點位置進行了一次扭絞。在中點的兩邊，各自存在干擾電流I1和I2，I1I11I21，I2=I22I12。由于兩段線路的條件完全相同，所以I1=I2。總干擾電流I3=I1I2=0。通過分析，可以得出結論：只要合理地設置線路的扭絞，就能達到消除了干

4、擾的目的。圖3 2.2同一電纜內部各線對之間的串擾2.2.1兩個未作扭絞的雙線回路間的串擾，見圖4。其中回路1為主串回路，回路2為被串回路。回路1的導線L1上的電流I1在被串回路L3和L4中產生感應電流I13和I14。由于L1與L3的距離較近，所以I13>I14，二者方向相對，抵消后尚余差值I4。同樣，回路1的導線L2上的電流I2在被串回路L3和L4中產生感應電流I23和I24，I23>I24。二者相互抵消后，余下差值I3。由于導線L2與回路2的距離比導線L1近，其差值電流I3一定大于I4， I3與I4的差為I5，在回路2內形成干擾。 圖4   

5、60;     2.2.2 兩個扭絞相同的回路如圖5所示。回路1和回路2同時在線路中點位置作扭絞，因此，兩個回路的4根導線之間的相對關系與未作扭絞是完全相同的，根據以上分析可知，是不能起到消除回路間串擾的作用的。Us1和Us2分別在對方回路中產生干擾電流I12和I21，見圖5。由此可得出結論：兩個絞合的雙線回路扭距相同時，不能消除串擾。圖52.2.3 兩個扭距不同的雙線回路見圖6。回路1在線路的中點作扭絞。回路2除在線路的中點作扭絞外，還在A段和B段的二分之一處分別作扭絞。下面以回路1為主串回路，回路2為被串回路。我們將整個線路分為A、B兩段，先分析A段

6、的串擾。在A段內，回路1未作扭絞，而回路2在二分之一處作扭絞。我們進一步來看回路1的導線L1對回路2的干擾的情況，不難發現，與2.1.2節討論的情況完全相同。根據2.1.2的分析可知，由于回路2在A段的中點扭絞，干擾電流為零。同樣道理，導線L2對回路2的干擾電流也為零。因此，在A段，回路1對回路的串擾電流為零。B段的情況與A段完全相同，在B段串擾電流也為零。因此，回路1對回路2的總串擾為零。由此可以得出結論：兩個各自扭絞雙線回路，只要合理的設計扭距，可以消除相互串擾。圖6       3 超五類雙絞線的結構與技術指標。3.1超五類雙絞

7、線的結構一條超五類雙絞線電纜由4對線組成。每對線各自按反時針方向扭絞。4對線的扭距是各不相同的。采取這些措施，不僅可消除外部干擾，同時可消除線對間的串擾。超五類雙絞線各線對的扭距見下表1。  藍白藍棕白棕橙白橙綠白綠扭距（cm）1.21.41.61.8表1 超五類雙絞線的扭距3.2 超五類雙絞線的主要技術指標超五類雙絞線的主要技術指標有特性阻抗、衰減與回路串擾。3.2.1 特性阻抗特性阻抗是指在雙絞線輸入端施以交流信號電壓時，輸入電壓與電流的比值。線路的特性阻抗與線路的直流電阻是完全不同的兩個概念。線路的直流電阻與線路的長度成正比。而線路的特性阻抗完全由線路的結構和材料決定

8、，與線路的長度無關。傳輸線的分布參數在高頻狀態下的等效電路如圖7。由圖可見，線路的分布電阻和分布電感串聯在回路中，分布電容和分布電漏并聯在回路中。線路可以認為是由無數個這樣的基本節連接起來的。這樣的一個混聯電路，不論線路多長，輸入阻抗是一個定值。根據分析，在信號達到一定頻率時，線路阻抗Z的值是:式中：L為一個基本節的電感，C為一個基本節的電容。通常使用的非屏蔽超五類雙絞線的阻抗為100歐姆。 圖7 雙絞線的等效電路        3.2.2 衰減      

9、; 信號通過雙絞線會產生衰減。雙絞線的衰減B是頻率的函數：式中頻率f的單位是MHZ，B的單位是dB.3.2.3回路串擾防衛度雙絞線的回路串擾擾防衛度是表示同一電纜中的一個回路對來自另一個回路的干擾的防衛能力，用Bc表示。       式中，Us為主串回路信號電壓，Uc為被串回路干擾電壓。雙絞線的串擾與頻率有關。隨著頻率的增高，回路串擾防衛度降低。       超五類雙絞線的特性阻抗、衰減、串擾數據見表2。頻率(Hz)特性阻抗衰減值 (dh/100)Max串擾(db) 1M&#

10、160;100歐姆27210M6.35720M8.95250M14.150100M20.042150M24.535表2          4 超五類雙絞線的視頻信號傳輸       以上分析了利用雙絞線傳輸視頻信號的一般原理。但是，要利用雙絞線傳輸視頻信號，尚有兩個技術問題需要解決：一，信號衰減問題。二，圖象分色問題。       4.1信號衰減與補償   

11、    根據3.2.2節的討論結果，可畫出超五類雙絞線的傳輸頻率特性曲線，見圖8的曲線1。由于縱坐標為增益，所以傳輸特性為負值。圖8        由于結構和材料的因素，超五類雙絞線的衰減相當于73-3同軸電纜的2倍，傳輸RGB信號，一般不可超過20米，因此必須采取補償放大措施。超五類雙絞線的衰減特性呈二次曲線狀，隨著頻率的升高，衰減也增大。線路的這一衰減特性表現在圖象上是：一，圖象細節模糊。二，圖象有拖尾現象。普通放大器的在通帶內提供的是一平直的特性，是不能起到有效的補償作用的。要有效的補償線

12、路損耗，放大器的增益頻率特性在通帶內必須與線路傳輸特性相反。圖8的曲線2是一個頻率補償放大器的特性曲線。曲線1和曲線2迭加，得到曲線3，即為補償放大后的頻率特性。fc為-3dB頻率點，也即帶寬。       4.2圖象分色與解決方法       4.2.1 圖象分色產生的原因根據第2節分析，超五類雙絞線為了消除干擾和相互間的串擾，4對線采取不同的扭距，見表2。于是產生了一個新的問題，即圖象分色問題。這是由于4對線的扭距不同，各自的增長系數也就不同，根據測試，超五類雙絞線藍、棕

13、、橙、綠四對線的實際長度差值依次為百分之一。如以綠線的長度為基準值L，則4對線的長度見表2。  綠白綠橙白橙棕白棕藍白藍實際長度L1.01L1.02L1.03L表2如利用超五類雙絞線傳輸復合視頻信號，電纜長度差是不會對信號產生影響的，這是因為復合視頻信號是用一對線來傳輸的。但是，要傳輸分量視頻信號，情況就不同了。現以計算機VGA信號的傳輸為例分析如下。要用一條超五類雙絞線電纜傳輸VGA信號，RGB信號需分別占用一對線，行同步和場同步轉換為復合同步信號S，占用一對線。由于雙絞線有長度差，R、G、B三路信號到達終端就會有時間差，在圖象上出現了RGB三色的錯位，也即分色。這種分色

14、在線路較短時影響不大，但當線路達到一定長度時，將會嚴重影響觀看效果。4.2.2 圖象分色的矯正       矯正RGB分色的根本方法是使用一種等長雙絞線電纜。這種電纜通過一定的制造工藝，使一條電纜中的4對雙絞線長度相等。但是等長雙絞線電纜的價格很高，難以推廣。本文要討論的是，如何基于現有的超五類雙絞線電纜，通過一定的方法，減小或消除分色，實現VGA信號的傳輸。以下介紹兩種矯正方法。4.2.2.1 優化組合在傳輸RGB信號時，可將4對雙絞線優化組合，使分色降到最小。根據表2，超五類雙絞線電纜的4對線中，最長的是藍線，最短的是綠線。只要避

15、免同時使用最長的和最短的兩條線傳RGB信號，就可達到減小分色的目的。表3列出的兩種組合方案。 藍白藍棕白棕橙白橙綠白綠實際長度L1.01L1.02L1.03L方案同步方案同步表       通過優化組合的方法，傳輸效果究竟如何，現以分辨率1024×76860HZ信號為例，作一分析。據計算，信號點頻為70MHZ，點周期為14.3 ns。一般的說，RGB三色錯位時間t不超過0.5倍點周期是可用的，即：t7.15ns。根據表3，RGB的最大長度差為0.02L。電磁波在線路上傳播速度可近似等于光速（30萬公里秒），則傳輸1

16、米所需的時間是3.3ns，則RGB信號的最大時間差是：t=3.3×0.02L=0.066L(ns)                          （式）       將t7.15ns代入式，得到：108米      

17、 以上計算結果說明，按照RGB錯位時間t不超過0.5倍點周期的要求，使用超五類雙絞線電纜傳輸計算機1024×76860HZ的信號，最大傳輸距離為108米。表4列出了使用超五類雙絞線電纜，幾種分辨率信號的最大傳輸距離。分辨率點 頻點周期最大傳輸距離（CAT5）1600×120060HZ172MHZ5.79ns44米1280×102460HZ118MHZ8.48ns64米1024×76860HZ70 MHZ14.3 ns86米800×60060HZ43 MHZ23.14 ns175米表44.2.2.1 延時矯正   &

18、#160;   所謂延時矯正，就是通過延時電路的調整，使RGB信號到達的時間相同，消除分色。這種方法比優化組合更為有效。只要電路設計得好，可以基本消除分色。延時矯正通常在發送器內進行。延時矯正的量值必須可調，以適應不同長度線路。5. 雙絞線傳輸的應用5.1 雙絞線傳輸的特點與同軸電纜比較，雙絞線傳輸具有以下優點。第一，雙絞線布線與施工簡便，線路造價低。第二，可抑制系統中的電源和地線干擾。這是由于雙絞線收發器采用差分方式傳輸信號，對共模干擾具有很強的抑制能力。雙絞線傳輸的以上兩條優點，使其在某些場合具有獨到的優勢。尤其是在系統地線復雜，存在嚴重干擾的情況下，使用雙絞線傳輸，可有效地消除干擾。雙絞線也有傳輸衰減較大的