据我所知,在电话中使用 STP 或双绞线电缆。这会产生平衡的线路阻抗,有助于减轻与共模相关的干扰。
因此,在电话和音频中使用平衡电缆对于消除任何 EM 或 RF 干扰至关重要。
另一方面,在电视广播或许多射频系统中使用同轴电缆。而且我见过的大部分同轴电缆都是不平衡的。我可以看到 50 欧姆的概念很好地消除了传输线理论中的反射。但是为什么同轴电缆的不平衡不会引起阻抗平衡问题呢?
据我所知,在电话中使用 STP 或双绞线电缆。这会产生平衡的线路阻抗,有助于减轻与共模相关的干扰。
因此,在电话和音频中使用平衡电缆对于消除任何 EM 或 RF 干扰至关重要。
另一方面,在电视广播或许多射频系统中使用同轴电缆。而且我见过的大部分同轴电缆都是不平衡的。我可以看到 50 欧姆的概念很好地消除了传输线理论中的反射。但是为什么同轴电缆的不平衡不会引起阻抗平衡问题呢?
但是为什么同轴电缆的不平衡在阻抗平衡问题上没有问题呢?
同轴电缆的美妙之处在于,屏蔽层将大部分外部电场干扰分流到地面,而内部导线基本上不受影响。对于外部磁场干扰,会发生一件微妙的事情;由于场的存在而在屏蔽层中流动的电流沿屏蔽层产生电压降,并且由于屏蔽层和内部之间接近 1:1 的耦合,内核上存在相同的电压降。
因此,如果您使用差分接收器并且发送端在屏蔽层和内部对地的阻抗大致相同,则差分接收器可以抑制共模干扰。
如果您对通过同轴电缆发送的常规信号产生的外部场进行数学计算,并分别分析来自发送和返回电流的场,您会发现在屏蔽层外的所有点,相反的磁场完全抵消为零。来自常规同轴信号的同轴电缆外部没有磁场。
这样做的影响是信号的磁场只在内外屏蔽之间的间隙中产生。这样做的后果是屏蔽因此必须具有零电感。这是因为外部磁场为零(又名零感应),信号的内部磁场对管状导体(又名屏蔽)没有影响,因此,屏蔽的行为就像围绕内部的无限厚的接地外壳。
这可能有点难以接受,但如果你回到与管状电流相关的磁场理论,则会产生外场但不会产生内场。反过来是完全正确的;管内的磁场不会沿管感应电压,并且在没有外部磁场的情况下,屏蔽层的电感为零。
我所有漫无边际的结果是,尽管内屏蔽层和外屏蔽层之间的阻抗机制明显不平衡,但它仍然有效。立即看到我同意你并不是那么容易,所以希望我已经做到了一些正义。
Andy 谈到了同轴电缆的一般工作原理,但另一点是视频通常没有与音频相同的 SNR 要求。每个颜色通道 8 到 10 位的数据提供了非常好的图像,这表示 SNR 只有 50 到 60 dB。
另一方面,要被视为“CD 质量”,音频必须具有至少 16 位的分辨率,相当于几乎 100 dB 的 SNR。
电话是一种特殊情况。虽然它不需要很多带宽,但它确实需要相当于 13-14 位的动态范围。(但使用的编码将 SNR 降低到大约 7 位)。使用 UTP(非屏蔽双绞线)只是因为它的制造成本很低,而且需要的量也很大。
主要的技术区别在于它们如何拒绝干扰。双绞线依赖于同样影响两条线的干扰,产生容易被差分接收器抑制的共模噪声。这适用于低至极低频率的磁干扰。
同轴电缆依靠磁干扰在屏蔽层中感应出相反的电流,从而抵消内部的磁场。磁场对电缆的渗透受到集肤效应的限制。这在 RF 频率下效果很好,但在音频和电源线频率下效果不佳。在 50Hz 时,趋肤深度约为 9mm,因此干扰会直接穿过屏蔽层。
因此,哪个最好在很大程度上取决于所涉及的频率和可能存在的干扰类型,但这并不是选择其中一个而不是另一个的唯一原因。
模拟电话线通常必须在靠近电源线的地方长距离运行,同时传输相当低电平的音频信号。人耳对同轴电缆无法抑制的电源线谐波非常敏感。同轴电缆也更笨重且更昂贵,当您必须在数公里内运行数千根同轴电缆时,这是一件大事。想象一下,但是将 1800 根单独的同轴电缆捆绑在一起......
双绞线也可以在较高频率下很好地工作,但电缆尺寸可能不方便。电视机过去使用 300Ω 的“带状”电缆,在 VHF 频率下,它的损耗实际上低于标准同轴电缆。但是使用起来很烦人,因为它必须远离金属屋顶等,容易受到天气损坏,并且需要一个巴伦在接收器处转换为 75Ω 不平衡。
在更高的频率下,同轴电缆具有更低损耗和更宽带宽的优势,具有出色的屏蔽性能,并且不平衡信号更容易连接。电缆线路通常很短,因此成本不是什么大问题 - 除了 CATV,但是(与电话不同)每个用户不需要自己的电路,因此一根电缆可以为数千名观众提供服务(现代 CATV 主要是光纤光学的,因此同轴电缆的运行时间要短得多)。
同轴电缆通常用于音频中以连接组件和内部设备,尽管它对低频磁干扰不是很有效。然而,电路阻抗通常在 1k 到 1M 范围内,因此磁干扰(产生高电流但低电压)不是问题。同轴电缆仍然可以防止电场(在更高阻抗时效果更大)和所有类型的射频干扰。低电平的音频信号可能需要更好的保护,因此经常使用屏蔽双绞线。这结合了两种电缆类型的优点。
我可以看到 50 欧姆的概念很好地消除了传输线理论中的反射。但是为什么同轴电缆的不平衡不会引起阻抗平衡问题呢?
平衡或不平衡对于阻抗匹配没有区别,而且并不总是需要精确匹配。如果电缆长度比信号波长短得多,那么反射在大多数应用中都不是问题。没有人关心音频应用中的同轴电缆阻抗,即使是复合视频(带宽约为 6MHz)也不会受到设备电缆中不匹配电缆的明显影响。