1、視頻信號的雙絞線傳輸與應(yīng)用  利用雙絞線傳輸視頻信號，是近年來發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)。這里所說的視頻，包括復(fù)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(yīng)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(shè)備，包括信號源及顯示設(shè)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(fā)送端將非平衡信號轉(zhuǎn)換為平衡信號；以便驅(qū)動雙絞線，在接收端再將平衡信號轉(zhuǎn)換為非平衡信號，與顯示設(shè)備連接。一個基本的雙絞線視頻傳輸系統(tǒng)如圖所示。圖中的A1是差分信號發(fā)送放大器，完成非平衡到平衡的轉(zhuǎn)換，A2是差分信號接收放大器，完成平衡到非平衡的轉(zhuǎn)換。圖1        2超五類雙絞線（CAT5）消除串?dāng)_的原理作為信號傳輸?shù)拿浇椋覀円髠鬏斁€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(nèi)部各線對之間的相互串?dāng)_。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(dǎo)線L1、L2上產(chǎn)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(diǎn)位置進(jìn)行了一次扭絞。在中點(diǎn)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(jié)論：只要合理地設(shè)置線路的扭絞，就能達(dá)到消除了干

4、擾的目的。圖3 2.2同一電纜內(nèi)部各線對之間的串?dāng)_2.2.1兩個未作扭絞的雙線回路間的串?dāng)_，見圖4。其中回路1為主串回路，回路2為被串回路?；芈?的導(dǎo)線L1上的電流I1在被串回路L3和L4中產(chǎn)生感應(yīng)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(dǎo)線L2上的電流I2在被串回路L3和L4中產(chǎn)生感應(yīng)電流I23和I24，I23>I24。二者相互抵消后，余下差值I3。由于導(dǎo)線L2與回路2的距離比導(dǎo)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(nèi)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?；芈?和回路2同時在線路中點(diǎn)位置作扭絞，因此，兩個回路的4根導(dǎo)線之間的相對關(guān)系與未作扭絞是完全相同的，根據(jù)以上分析可知，是不能起到消除回路間串?dāng)_的作用的。Us1和Us2分別在對方回路中產(chǎn)生干擾電流I12和I21，見圖5。由此可得出結(jié)論：兩個絞合的雙線回路扭距相同時，不能消除串?dāng)_。圖52.2.3 兩個扭距不同的雙線回路見圖6?；芈?在線路的中點(diǎn)作扭絞?；芈?除在線路的中點(diǎn)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?dāng)_。在A段內(nèi)，回路1未作扭絞，而回路2在二分之一處作扭絞。我們進(jìn)一步來看回路1的導(dǎo)線L1對回路2的干擾的情況，不難發(fā)現(xiàn)，與2.1.2節(jié)討論的情況完全相同。根據(jù)2.1.2的分析可知，由于回路2在A段的中點(diǎn)扭絞，干擾電流為零。同樣道理，導(dǎo)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?dāng)_電流為零。B段的情況與A段完全相同，在B段串?dāng)_電流也為零。因此，回路1對回路2的總串?dāng)_為零。由此可以得出結(jié)論：兩個各自扭絞雙線回路，只要合理的設(shè)計扭距，可以消除相互串?dāng)_。圖6       3 超五類雙絞線的結(jié)構(gòu)與技術(shù)指標(biāo)。3.1超五類雙絞

7、線的結(jié)構(gòu)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?dāng)_。超五類雙絞線各線對的扭距見下表1。  藍(lán)白藍(lán)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(shù)指標(biāo)超五類雙絞線的主要技術(shù)指標(biāo)有特性阻抗、衰減與回路串?dāng)_。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(jié)構(gòu)和材料決定

8、，與線路的長度無關(guān)。傳輸線的分布參數(shù)在高頻狀態(tài)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(lián)在回路中，分布電容和分布電漏并聯(lián)在回路中。線路可以認(rèn)為是由無數(shù)個這樣的基本節(jié)連接起來的。這樣的一個混聯(lián)電路，不論線路多長，輸入阻抗是一個定值。根據(jù)分析，在信號達(dá)到一定頻率時，線路阻抗Z的值是:式中：L為一個基本節(jié)的電感，C為一個基本節(jié)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(chǎn)生衰減。雙絞線的衰減B是頻率的函數(shù)：式中頻率f的單位是MHZ，B的單位是dB.3.2.3回路串?dāng)_防衛(wèi)度雙絞線的回路串?dāng)_擾防衛(wèi)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(wèi)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?dāng)_與頻率有關(guān)。隨著頻率的增高，回路串?dāng)_防衛(wèi)度降低。       超五類雙絞線的特性阻抗、衰減、串?dāng)_數(shù)據(jù)見表2。頻率(Hz)特性阻抗衰減值 (dh/100)Max串?dāng)_(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(shù)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(bǔ)償   

11、    根據(jù)3.2.2節(jié)的討論結(jié)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(biāo)為增益，所以傳輸特性為負(fù)值。圖8        由于結(jié)構(gòu)和材料的因素，超五類雙絞線的衰減相當(dāng)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(bǔ)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(xiàn)在圖象上是：一，圖象細(xì)節(jié)模糊。二，圖象有拖尾現(xiàn)象。普通放大器的在通帶內(nèi)提供的是一平直的特性，是不能起到有效的補(bǔ)償作用的。要有效的補(bǔ)償線

12、路損耗，放大器的增益頻率特性在通帶內(nèi)必須與線路傳輸特性相反。圖8的曲線2是一個頻率補(bǔ)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(bǔ)償放大后的頻率特性。fc為-3dB頻率點(diǎn)，也即帶寬。       4.2圖象分色與解決方法       4.2.1 圖象分色產(chǎn)生的原因根據(jù)第2節(jié)分析，超五類雙絞線為了消除干擾和相互間的串?dāng)_，4對線采取不同的扭距，見表2。于是產(chǎn)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(shù)也就不同，根據(jù)測試，超五類雙絞線藍(lán)、棕

13、、橙、綠四對線的實(shí)際長度差值依次為百分之一。如以綠線的長度為基準(zhǔn)值L，則4對線的長度見表2。  綠白綠橙白橙棕白棕藍(lán)白藍(lán)實(shí)際長度L1.01L1.02L1.03L表2如利用超五類雙絞線傳輸復(fù)合視頻信號，電纜長度差是不會對信號產(chǎn)生影響的，這是因?yàn)閺?fù)合視頻信號是用一對線來傳輸?shù)?。但是，要傳輸分量視頻信號，情況就不同了?，F(xiàn)以計算機(jī)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(zhuǎn)換為復(fù)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(dá)終端就會有時間差，在圖象上出現(xiàn)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(dāng)線路達(dá)到一定長度時，將會嚴(yán)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(xiàn)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(shí)現(xiàn)VGA信號的傳輸。以下介紹兩種矯正方法。4.2.2.1 優(yōu)化組合在傳輸RGB信號時，可將4對雙絞線優(yōu)化組合，使分色降到最小。根據(jù)表2，超五類雙絞線電纜的4對線中，最長的是藍(lán)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(dá)到減小分色的目的。表3列出的兩種組合方案。 藍(lán)白藍(lán)棕白棕橙白橙綠白綠實(shí)際長度L1.01L1.02L1.03L方案同步方案同步表       通過優(yōu)化組合的方法，傳輸效果究竟如何，現(xiàn)以分辨率1024×76860HZ信號為例，作一分析。據(jù)計算，信號點(diǎn)頻為70MHZ，點(diǎn)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(diǎn)周期是可用的，即：t7.15ns。根據(jù)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(jié)果說明，按照RGB錯位時間t不超過0.5倍點(diǎn)周期的要求，使用超五類雙絞線電纜傳輸計算機(jī)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(diǎn) 頻點(diǎn)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(diào)整，使RGB信號到達(dá)的時間相同，消除分色。這種方法比優(yōu)化組合更為有效。只要電路設(shè)計得好，可以基本消除分色。延時矯正通常在發(fā)送器內(nèi)進(jìn)行。延時矯正的量值必須可調(diào)，以適應(yīng)不同長度線路。5. 雙絞線傳輸?shù)膽?yīng)用5.1 雙絞線傳輸?shù)奶攸c(diǎn)與同軸電纜比較，雙絞線傳輸具有以下優(yōu)點(diǎn)。第一，雙絞線布線與施工簡便，線路造價低。第二，可抑制系統(tǒng)中的電源和地線干擾。這是由于雙絞線收發(fā)器采用差分方式傳輸信號，對共模干擾具有很強(qiáng)的抑制能力。雙絞線傳輸?shù)囊陨蟽蓷l優(yōu)點(diǎn)，使其在某些場合具有獨(dú)到的優(yōu)勢。尤其是在系統(tǒng)地線復(fù)雜，存在嚴(yán)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