綜合布線6A系統的探討---屏蔽線纜的優勢
對于雙絞線傳輸萬兆的標準,TIA/EIATR-42.7子委員會及其與IEEE協調委員會是于2007年7月28日發布了TIA/EIA568B.2-10***的第五份草案,作為附錄10放入TIA/EIA568B.2標準。該草案針對IEEE802.3an10Gbase-T的100m傳輸距離及500MHZ帶寬要求定義了一套全新的增強型6類(Cat6A)布線系統包括連接器件、線纜、跳線技術性能標準以及現場測試ANEXT的方法,其中關于測試插頭回波損耗、非平衡直流電阻等技術參數有待進一步確定。
經過又一輪的認真論證和投票,TIATR42工程委員會終于于2008年2月8日批準頒布TIA6A標準(TIA568B.2-10),其代表了500MHz定義下網絡電纜要求的高級設置。6A標準與先前的標準完全兼容,包括Category6、Category5e和Category5。
IBM ACS對于***的超六類(Cat.6A)10G銅纜傳輸標準,采用了S/FTP線對單對鋁箔屏蔽加上包裹在四對線的外層的銅質編織網屏蔽的線纜結構。
屏蔽布線系統源于歐洲,它是在普通非屏蔽布線系統的外面加上金屬屏蔽層,利用金屬屏蔽層的反射、吸收及趨膚效應實現防止電磁干擾及電磁輻射的功能,屏蔽系統綜合利用了雙絞線的平衡原理及屏蔽層的屏蔽作用,因而具有非常好的電磁兼容(EMC)特性。
電磁兼容(EMC)是指電子設備或網絡系統具有一定的抵抗電磁干擾的能力,同時不能產生過量的電磁輻射。也就是說,要求該設備或網絡系統能夠在比較惡劣的電磁環境中正常工作,同時又不能輻射過量的電磁波干擾周圍其它設備及網絡的正常工作。
U/UTP(非屏蔽)電纜的平衡特性并不只取決于部件本身的質量(如絞對),而會受到周圍環境的影響。因為U/UTP(非屏蔽)周圍的金屬、隱蔽的“地”、施工中的牽拉、彎曲等等情況都會破壞其平衡特性,從而降低EMC性能。
所以,要獲得持久不變的平衡特性,只有一個解決方案:在所有芯線外加多一層鋁箔進行接地。鋁箔為脆弱的雙絞芯線增加了保護,同時為U/UTP(非屏蔽)電纜人為的創造了一個平衡環境。從而形成我們現在所說的屏蔽線纜。
屏蔽電纜的屏蔽原理不同于雙絞的平衡抵消原理,屏蔽電纜是在四對雙絞線的外面加多一層或兩層鋁箔,利用金屬對電磁波的反射、吸收和趨膚效應原理(所謂趨膚效應是指電流在導體截面的分布隨頻率的升高而趨于導體表面分布,頻率越高,趨膚深度越小,即頻率越高,電磁波的穿透能力越弱),有效的防止外部電磁干擾進入電纜,同時也阻止內部信號輻射出去,干擾其它設備的工作。
實驗表明,頻率超過5MHz的電磁波只能透過38μm厚的鋁箔。如果讓屏蔽層的厚度超過38μm,就使能夠透過屏蔽層進入電纜內部的電磁干擾的頻率主要在5MHz以下。而對于5MHz以下的低頻干擾可應用雙絞線的平衡原理有效的抵消。
根據布線最早的定義,分為非屏蔽線纜-UTP和屏蔽線纜-STP兩種。后來隨著技術的發展和各家不同的工藝,衍生出了很多不同屏蔽的種類
1. F/UTP – Foil Screened Cable 單層的鋁箔屏蔽結構
2. Foil and Braid Screened Cable 鋁箔和銅質編織網雙層屏蔽結構
a) SF/UTP 鋁箔和銅質編織網同時包裹在四對線的外層
b) S/FTP (PIMF) 線對單對鋁箔屏蔽加上包裹在四對線的外層的銅質編織網
PIMF = Pair in Metal Foil
c) SS/UTP 雙層的鋁箔屏蔽結構
屏蔽電纜抵抗外界干擾主要體現在:信號傳輸的完整性可以通過屏蔽系統得到一定的保證。屏蔽布線系統可以防止傳輸數據受到外界電磁干擾和射頻干擾的影響。電磁干擾(EMI)主要是低頻干擾,馬達、熒光燈以及電源線是通常的電磁干擾源。射頻干擾(RFI)是高頻干擾,主要是無線頻率干擾,包括無線電、電視轉播、雷達及其他無線通信。
對于抵抗電磁干擾,選擇編織層屏蔽最為有效,也就是金屬網屏蔽,因其具有較低的臨界電阻。而對于射頻干擾,金屬箔層屏蔽最有效,因為金屬網屏蔽所產生的縫隙可使得高頻信號自由地進出。對于高低頻混合的干擾場,則要采用金屬箔層加金屬網的組合屏蔽方式,也就是S/FTP形式的雙層屏蔽電纜,這樣可使得金屬網屏蔽適用于低頻范圍的干擾,金屬箔屏蔽適用于高頻范圍的干擾。
對于綜合布線的傳輸品質而言,屏蔽綜合布線能夠提供更高的性能。
比較綜合布線的性能,首先要從數據傳輸品質說起。衡量數據傳輸品質的基本參數是誤碼率,根據實驗室對于非屏蔽綜合布線與屏蔽綜合布線的誤碼率的對比測試,屏蔽接地以后,即使是單端接地,誤碼率也要比非屏蔽低2個數量級,傳輸品質就大大高于非屏蔽線纜。
另一方面,我們又比較了數據的傳輸率,根據香濃定理:***數據傳輸率 (bps) = 帶寬x Logv ( 1 + SNR) ,可以看出,影響***數據傳輸率的因素有兩個1是帶寬和2是噪音;
同一類別的屏蔽線纜和非屏蔽線纜的帶寬是相同的,但是對于噪音的抑制能力卻有著顯著的區別。
STP: 屏蔽接地的線纜上允許受到的***噪音級別為:
0.5V (with 40 dB screen efficiency)
UTP: 線纜上允許的***噪音級別: 0.015 V
STP 在接地系統上的耐受噪音級別是 UTP 30倍以上!!
從而,可以看到屏蔽系統比非屏蔽系統在抵抗噪音方面有著先天的優勢。隨著技術的發展,噪音的抑制在數據的傳輸過程中越來越重要,尤其是對于***的超六類(Cat.6A)10G銅纜傳輸標準而言,除了標準中有提出的關于外部線纜與線纜間的干擾之外,在實際的場合中,還會受到各種強電及無線電對于線纜的干擾,此時屏蔽線纜的傳輸性能及傳輸速率與非屏蔽線纜相比將會表現的尤為出色及明顯;同時,對于***的超六類(Cat.6A)10G銅纜傳輸標準,施工也會變得愈加重要,非屏蔽線纜微小的結點都會造成線對間絞距的破壞,從而影響整個系統的性能;屏蔽線纜由于屏蔽層的存在,反而可以忽視掉這些微小的損耗,提高施工的效率。
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