При кажущейся одинаковости жил в многопарном кабеле индуктивно-емкостные связи между ними различны. Чтобы объяснить каким образом жилы, свитые между собой, оказываются защищёнными, далее несколько рисунков.
Первый рисунок поясняет, что при хорошей изоляции между жилами кабеля между ними всё равно существует индуктивная и емкостная связь.
Емкостная возникает из-за того, что две жилы, лежащие параллельно, по сути, являются пластинами конденсатора, а конденсатор переменный ток, в общем-то, проводит.
Индуктивная при кажущемся отсутствии витков то же присутствует. Оба провода являются частью витка бесконечно большого кольца, и соответственно являются обмотками трансформатора.
На рисунках стрелками показан не постоянный ток, а переменный или импульсный (ток в определённый момент времени), так как постоянный, кроме импульса включения ни каких наводок не создаст. Но изображение процессов стрелками нагляднее.
Стоит заметить, что уровень наводки будет увеличиваться с возрастанием частоты первичного сигнала и с отклонением формы сигнала от синусоидального. Например срабатывание контактов реле или прямоугольные импульсы какой-либо электроники способны навести больший сигнал на жилу кабеля, чем синусоидальная переменка того же напряжения и тока.
Как защищается от наводок пара
Подобный рисунок изображают при объяснении причин скрещивания проводов в воздушных линиях связи (на столбах), но то же самое происходит и в кабелях, и во всевозможных шнурах.
Возьмём свитую пару проводов и провод одиночный, лежащий параллельно паре. Мгновенный ток протекающий в паре будет течь по одному направлению в жиле "А" и в противоположном в жиле "Б". В длине кабеля провод "В" будет на некоторых участках ближе к проводу "А", на некоторых к проводу "Б". Соответственно, большее влияние на провод "В" будет оказывать то "А", то "Б". Теперь глядим на направление тока (красные стрелки): на каждом участке они имеют противоположное направление, то есть, сложившись, будут примерно равны нулю.
Будет работать и обратный эффект. То есть, подав сигнал-помеху в провод "В" на Rнагр. пары он окажется с противоположными направлениями и соответственно ≈0.
В реальном кабеле пар больше, но по шагу повива они не совпадают и переходные процессы в них почти всегда можно свести к подобной схеме.
Стоит заметить, что всё это работает не только в телефонных кабелях. Недавно один из коллег по работе захотел удлинить USB шнур. Разрезал его посередине и впаял тонкие провода по цветам, просто соединив разрезанные концы. Шнур не заработал.
Посмотрели на это дело внимательнее. Оказывается в USB шнуре четыре провода свиты в две пары. Свили так же и провода вставки — всё заработало.
Повив парами хорошо заметен в кабеле для Ethernet и, конечно же, используется во многих проводах для скоростной передачи данных.
Переходные процессы при четвёрочной (звёздной) скрутке
Скрутка четвёркой (звёздная)
Подобный тип скрутки кабельных жил менее понятен. Как умудряются не создавать помехи пары, свитые в один четырёхжильный пучок? Почему оказываются защищёнными пары при включении по диагонали и всё незащищено при включении соседних жил? И мало того, звёздная скрутка оказывается имеет значительно лучшие характеристики по сравнению со скруткой парной.
Далее объяснение без формул, по картинкам.
Правильное включение четвёрки
Для наглядности так же как и в паре буду использовать обозначения постоянного тока (ток в определённый момент времени).
Здесь и далее вид
жил кабеля с торца
Раз синяя пара включена в какой-то цепи ток в её жилах будет течь в разных направлениях. На рисунке это красный плюс и синяя точка. Протекающий в жиле ток создаёт вокруг себя поле и наводит помеху с определённым знаком на красные жилы четвёрки (на рисунке красные стрелки). Второй провод пары, с синей точкой, наводит точно такую же помеху, но с противоположным знаком (на рисунке синие стрелки). Учитывая, что жилы синий пары находятся на одинаковом расстоянии от жил красной, а помехи возникающие от разных жил равны по модулю и противоположны по знаку, то наводка на обе жилы красной пары окажется равной нулю.
Полезно просмотреть, как ведёт себя четвёрка при неправильном включении. Итак, жизненная ситуация горе-спайщик включил пары не правильно.
Ток течёт по верхним жилам. Теперь равных расстояний не получается, и наводка от плюсовой жилы не уравновешивается такой же наводкой от минусовой. То же самое происходит с минусовой. На рисунке присутствие соответствующей наводки обозначил слегка подтёртыми плюсом и точкой.
Четвёрочная скрутка используется реже, чем лет 10-15 назад. Раньше этот способ повива использовался для соединительных линий в основном из-за лучших частотных характеристик. Сейчас стало гораздо удобней и выгодней на такие дистанции закладывать оптоволоконный кабель, а четвёрочная скрутка используется в основном в кабелях типа КСПП для связи с различного вида мини-АТС.
Ещё раз об асимметрии
Разбираясь в рисунках полезно вспомнить о таком пункте в измерениях, как асимметрия. Защищённость как парной скрутки, так и четвёрочной основана на том, что обе жилы создают одинаковую, но противоположную по направлению помеху. При большой асимметрии вся эта защищённость теряется.
| Тема разбитости пар (разнопарки, битости, прослушки), расстояний до неё, измерений переходных затуханий и теории защищённости пар от шумов и наводок: |
При кажущейся одинаковости жил в многопарном кабеле индуктивно-емкостные связи между ними различны. Чтобы объяснить каким образом жилы, свитые между собой, оказываются защищёнными, далее несколько рисунков.
Первый рисунок поясняет, что при хорошей изоляции между жилами кабеля между ними всё равно существует индуктивная и емкостная связь.
Емкостная возникает из-за того, что две жилы, лежащие параллельно, по сути, являются пластинами конденсатора, а конденсатор переменный ток, в общем-то, проводит.
Индуктивная при кажущемся отсутствии витков то же присутствует. Оба провода являются частью витка бесконечно большого кольца, и соответственно являются обмотками трансформатора.
На рисунках стрелками показан не постоянный ток, а переменный или импульсный (ток в определённый момент времени), так как постоянный, кроме импульса включения ни каких наводок не создаст. Но изображение процессов стрелками нагляднее.
Стоит заметить, что уровень наводки будет увеличиваться с возрастанием частоты первичного сигнала и с отклонением формы сигнала от синусоидального. Например срабатывание контактов реле или прямоугольные импульсы какой-либо электроники способны навести больший сигнал на жилу кабеля, чем синусоидальная переменка того же напряжения и тока.
Как защищается от наводок пара
Подобный рисунок изображают при объяснении причин скрещивания проводов в воздушных линиях связи (на столбах), но то же самое происходит и в кабелях, и во всевозможных шнурах.
Возьмём свитую пару проводов и провод одиночный, лежащий параллельно паре. Мгновенный ток протекающий в паре будет течь по одному направлению в жиле "А" и в противоположном в жиле "Б". В длине кабеля провод "В" будет на некоторых участках ближе к проводу "А", на некоторых к проводу "Б". Соответственно, большее влияние на провод "В" будет оказывать то "А", то "Б". Теперь глядим на направление тока (красные стрелки): на каждом участке они имеют противоположное направление, то есть, сложившись, будут примерно равны нулю.
Будет работать и обратный эффект. То есть, подав сигнал-помеху в провод "В" на Rнагр. пары он окажется с противоположными направлениями и соответственно ≈0.
В реальном кабеле пар больше, но по шагу повива они не совпадают и переходные процессы в них почти всегда можно свести к подобной схеме.
Стоит заметить, что всё это работает не только в телефонных кабелях. Недавно один из коллег по работе захотел удлинить USB шнур. Разрезал его посередине и впаял тонкие провода по цветам, просто соединив разрезанные концы. Шнур не заработал.
Посмотрели на это дело внимательнее. Оказывается в USB шнуре четыре провода свиты в две пары. Свили так же и провода вставки — всё заработало.
Повив парами хорошо заметен в кабеле для Ethernet и, конечно же, используется во многих проводах для скоростной передачи данных.
Переходные процессы при четвёрочной (звёздной) скрутке
Скрутка четвёркой (звёздная)
Подобный тип скрутки кабельных жил менее понятен. Как умудряются не создавать помехи пары, свитые в один четырёхжильный пучок? Почему оказываются защищёнными пары при включении по диагонали и всё незащищено при включении соседних жил? И мало того, звёздная скрутка оказывается имеет значительно лучшие характеристики по сравнению со скруткой парной.
Далее объяснение без формул, по картинкам.
Правильное включение четвёрки
Для наглядности так же как и в паре буду использовать обозначения постоянного тока (ток в определённый момент времени).
Здесь и далее вид
жил кабеля с торца
Раз синяя пара включена в какой-то цепи ток в её жилах будет течь в разных направлениях. На рисунке это красный плюс и синяя точка. Протекающий в жиле ток создаёт вокруг себя поле и наводит помеху с определённым знаком на красные жилы четвёрки (на рисунке красные стрелки). Второй провод пары, с синей точкой, наводит точно такую же помеху, но с противоположным знаком (на рисунке синие стрелки). Учитывая, что жилы синий пары находятся на одинаковом расстоянии от жил красной, а помехи возникающие от разных жил равны по модулю и противоположны по знаку, то наводка на обе жилы красной пары окажется равной нулю.
Полезно просмотреть, как ведёт себя четвёрка при неправильном включении. Итак, жизненная ситуация горе-спайщик включил пары не правильно.
Ток течёт по верхним жилам. Теперь равных расстояний не получается, и наводка от плюсовой жилы не уравновешивается такой же наводкой от минусовой. То же самое происходит с минусовой. На рисунке присутствие соответствующей наводки обозначил слегка подтёртыми плюсом и точкой.
Четвёрочная скрутка используется реже, чем лет 10-15 назад. Раньше этот способ повива использовался для соединительных линий в основном из-за лучших частотных характеристик. Сейчас стало гораздо удобней и выгодней на такие дистанции закладывать оптоволоконный кабель, а четвёрочная скрутка используется в основном в кабелях типа КСПП для связи с различного вида мини-АТС.
Ещё раз об асимметрии
Разбираясь в рисунках полезно вспомнить о таком пункте в измерениях, как асимметрия. Защищённость как парной скрутки, так и четвёрочной основана на том, что обе жилы создают одинаковую, но противоположную по направлению помеху. При большой асимметрии вся эта защищённость теряется.
| Тема разбитости пар (разнопарки, битости, прослушки), расстояний до неё, измерений переходных затуханий и теории защищённости пар от шумов и наводок: |
В интернете не прекращаются обсуждения вопроса, какой кабель лучше купить, для подключения современных электронных устройств будь то соединение по HDMI или кабель для подключения акустики, а также и множество других аналогичных кабелей.
Есть мнение что одни кабели превосходят другие по качеству, это наблюдается, при подключении одним кабелем картинка прекрасная другим даже визуально видно что хуже, но зачастую на форумах можно встретить записи и такого характера, купил кабель за 100$ подключил работает хуже чем родной который шёл в комплекте. Почему так происходит? И от чего зависит качество кабеля.
Типы кабелей для передачи видео общая информация
- Симметричные-у них используются пары проводов (два провода скручены между собой, создаётся повив) это нужно для компенсации влияния электромагнитного излучения на соседние пары. Ток протекающий по проводам в одну сторону по одному проводу, в другую по обратному создаёт электромагнитное поле компенсирующее друг друга и благодаря этому нет влияния на соседние пары. Используются для передачи как аналоговых так и цифровых сигналов.
- Коаксиальные кабели один внутренний проводник и экран обеспечивают передачу высокочастотных сигналов. Могут также использоваться для передачи аналоговых и цифровых сигналов.
- Оптические кабели передают цифровую информацию лазерным лучом в стеклянной трубке.
Некоторые особо сложные специализированные кабели могут включать в себя несколько типов кабелей симметричные и коаксиальные и даже оптические.
На рисунке приведён вид кабеля HDMI c снятой оболочкой и видно что часть пар имеет экран, по ним передаётся информация, другая часть пар или проводов просто собраны в пучок, по ним передаётся служебная информация к которой не требуется экранирование, например определение подключения устройства и.т.д.
Материалы для изготовления HDMI кабелей
Из какого материала кабель лучше? В производстве соединительных кабелей применяются следующие материалы.
- Алюминий
- Медь
- Серебро
- Золото
Какой материал наиболее подходит и обеспечивает наилучшие характеристики, для это надо обратится к удельному сопротивлению выше приведённых металлов и так. Сопротивление измеряется в Омах и приводится сопротивление проводника имеющего сечение 1мм квадратный на 1 метр длины.
- Серебро-0,015..0,0162
- Медь-0,01724..0,018
- Золото-0,023
- Алюминий-0,0262..0,0295
Итак из приведённых данных видно что наилучшие характеристики (наименьшее сопротивление) имеет серебро, а например золото находится между медью и алюминием.
Рассмотрим эти данные на практике, заявление например производителя, что в его кабеле применены позолочённые жилы отнюдь не означает что кабель будет иметь улучшенные характеристики, применение же посеребренных жил или вообще жил из серебра улучшает параметры кабеля.
Что влияет на качество HDMI и других кабелей
Но тем не менее применяемый материал токопроводящих жил имеет важное но не единственное условие, а на качество кабеля влияет совокупность следующих составляющих.
- качество повива пар и их экранирование
- качество материала из которого изготовлены сами проводники и экраны
- сечение проводников
- качество применяемых оконечных разъёмов
- качество пайки жил на разъёмы
Эти параметры как раз и играют основную роль в качестве кабеля, теперь рассмотрим более подробно как выше приведённые параметры влияют на качество работы кабеля.
Качество повива, при повиве двух проводов должен соблюдаться определённый шаг повива чем более меньше шаг повива, тем более высокочастотный сигнал можно передать по паре без искажения сигнала, как пример виды повивов проводов в паре. А также не маловажную роль играет размещение пар проводов в самом кабеле, повив пар между собой.
повив в кабеле категории 5E
повив в кабеле связи низкочастотном
Материал из которого изготавливаются жилы и экраны, в идеале это электротехническая медь (имеющая минимальное содержание примесей) медь выплавленная в безкислородной среде имеет состав чистой меди 99,95%, обеспечивает наилучшие характеристики и соотношение цена качество, в особо ответственных кабелях может применяться медь покрытая серебром, а как бюджетный вариант, алюминий покрытый напылением меди.
Сечение проводников, чем больше сечение тем будет меньше сопротивление жилы или пары в кабеле на один метр, значит кабель можно сделать длиннее.
Пайка жил на разъёме, большой процент потери сигнала происходит на местах соединений, при пайке проводников на разъём в идеале должно быть практически не нарушен повив но этого достичь довольно трудно, поэтому потери на разъёмах есть норма.
Сами разъёмы и их качество, качество разъёма практически сводится к его контактам, для того что бы обеспечить хороший контакт применяют позолоту контактов, золото в электронике применяется именно в контактах, золото инертный метал не окисляется не вступает в реакцию с другими металлами. В отличие например от меди которая окисляется на воздухе, чернеет, сверху образуется плохо проводящий электричество слой поэтому медь вообще не применяется для контактов, серебро также постепенно теряет свои свойства в поверхностном слое со временем хотя намного меньше меди, но также практически не применяется в контактах. Бывает применяют просто железные контакты но это только в дешёвых кабелях по которым не передаются высокочастотные сигналы.
Поэтому если производитель применил качественную медь, правильно рассчитал и выполнил повив жил, качественно распаял хорошие разъёмы, такой кабель имея даже не очень большую цену обеспечит хорошие параметры передающего сигнала. Обеспечит передачу сигналов с наименьшими потерями и искажениями, это и есть основной параметр характеризующий качество соединительного кабеля.
Конечно при покупке нельзя заглянуть внутрь кабеля, но дорогие кабели могут иметь одинаковые параметры с средними кабелями по цене. Поэтому лучше покупать кабеля известных производителей средней ценовой категории.