Останнім часом велика увага приділяється електромагнітної сумісності в різних інформаційних додатках кабелів на основі екранованої кручений пари # 40; STP # 41; в порівнянні з кабелями на основі неекранованої кручений пари # 40; UTP # 41;
Помилковий погляд на робочі характеристики
У міру збільшення швидкостей передачі інформації в телекомунікаційних системах, зростає увага до проблем шуму і його руйнівну дію на телекомунікаційні мережі. Електромагнітна сумісність (EMC - Electromagnetic Compatibility) є показником здатності кабельної системи мінімізувати рівні випромінюваної енергії (випускання випромінювання) і бути стійкою до шумових перешкод від зовнішніх джерел (несприйнятливість). Важливо пам'ятати, що робочі характеристики EMC визначаються загальним якістю кабельної системи і мережевого устаткування. Кабельна система з чудовими робочими характеристиками не може поліпшити робочі характеристики EMC погано сконструйованого телекомунікаційного обладнання. І навпаки, кабель з поганими робочими характеристиками може стати причиною погіршення робочих характеристик EMC добре сконструйованого обладнання.
Передають характеристики кручений пари
Розуміння ефективних способів зниження рівнів випромінювання і підвищення несприйнятливості залежить від розуміння принципів, на яких заснована передача збалансованого сигналу по парі кручених провідників. Збалансований сигнал складається з двох однакових за амплітудою і протифазних сигналів, що поширюються по двом провідникам пари. Приймач інтерпретує сигнал, що приходить по лінії передачі кручена пара як різницю напруг між двома провідниками. У додатку до кабелю термін "баланс" означає наскільки точно відповідають один одному провідники в одній парі. В ідеально збалансованої кабельної системі електричні наведення викликають однакові шумові сигнали в обох провідниках пари. Внаслідок того, що шуми в провідниках рівні по амплітуді, але не противофазно, приймач, який виявляє тільки різницю напруг, їх ігнорує. Крім того, при ідеальних умовах, два однакових за амплітудою і протифазних сигналу, які генеруються передавачем, утворюють рівні по напруженості і протифазні електромагнітні поля, які є самокомпенсірующімі і дають сумарний ефект відсутності випромінювання.
Несприйнятливість до шуму
На додаток до випромінювання реальні кабельні системи схильні до впливу шумових перешкод. Несприйнятливість - це здатність кабельної системи протистояти впливу шумів і перешкод. Перешкоди можуть генеруватися передавальними антенами (наприклад, радіостанціями), випромінюванням від інших електронних пристроїв (наприклад, від близько розташованого принтера ПК) або наведеним шумом від електричних приладів (наприклад, від електродвигунів і електровимикачі).
У кабелях UTP і STP застосовуються дві різні стратегії протистояння шумовим перешкодам. У неекранованих кабелях кручена пара для підвищення несприйнятливості до шуму основна ставка робиться на хороший баланс пар в кабелі. Коли збалансованість кабельної UTP-системи наближається до ідеальної, наведені шумові струми на кручених провідниках вирівнюються і приймач, який здатний виявляти тільки різницю напруг на парі, ставати несприйнятливою до шумових перешкод. Таким чином, навіть без захисту за допомогою фізичного "екрану" ідеально збалансована пара буде демонструвати відмінну несприйнятливість до шуму.
В екранованих кабелях кручена пара для поліпшення несприйнятливості до шуму використовується легко разрушімая і дорога техніка. Поле шумової перешкоди наводить струм в металевому екрані кабелю. В результаті стікання на землю наведеного струму на сигнальних провідниках під екраном буде наводитися однаковий за амплітудою і разнофазний струм. У міру наближення якості екрану до ідеального два струму стають рівними по амплітуді і протифазні, компенсуючи вплив шумових перешкод.
Складне взаємозалежні співвідношення існує між явищами шумових перешкод і випусканням випромінювання. Ідеально збалансована кабельна система має нескінченно високою несприйнятністю до шуму і не випускає електромагнітне випромінювання (в разі якщо передавач і приймач також ідеально збалансовані).
Однак в реальних ситуаціях, якщо сигнальні провідники "відкриті" для незбалансованих шумових струмів, не тільки реєструється шум на стороні приймача, але і незбалансований струм створює описаний раніше ефект контурної антени. Отже, незбалансована передає система на кручений парі або неправильно заземлена передає STP-система будуть не тільки випускати випромінювання, але будуть також схильні до шумовим перешкодам від зовнішніх джерел. Як розробники систем та обладнання, так і кінцеві користувачі під час прийняття рішень, що стосуються кабельних систем, повинні ретельно дослідити можливість виникнення цих явищ:
Інженери і розробники систем та обладнання
Розробники систем і устаткування, що займаються проектуванням пристроїв для передачі і прийому телекомунікаційних сигналів, часто розглядають проблеми випромінювання і несприйнятливості до шуму як питання, які потребують компромісного рішення. Для відповідності вимогам до випромінювання (таким як FCC Part 15 і IEC CISPR22), часто знижується амплітуда сигналу, що передається. На жаль низькі рівні сигналів збільшують сприйнятливість системи до шуму. З точки зору розробника хороша кабельна система - це система, яка дозволяє вести передачу сигналу з рівнями, достатніми для подолання залишкового шуму, і в той же час задовольняють вимоги до випромінювання, встановлені для передбачуваного ринку.
Головною турботою для величезної більшості кінцевих користувачів є те, наскільки добре буде функціонувати система в різних конфігураціях і при різних кабельних рішеннях. Несприйнятливість до впливу з боку електромагнітних шумів є головним критерієм при визначенні робочих характеристик встановленої системи (часто виражається як BER - bit-error-rate - рівень бітової помилки). У разі LAN погіршення робочих характеристик може значно збільшити час реакції системи і в екстремальних ситуаціях викликати аварію в мережі. З точки зору кінцевого користувача хороша кабельна система дозволяє реалізувати множинні конфігурації (тобто кількість користувачів, кількість підключень, довжини кабельних сегментів) і в той же час зберігати прийнятні робочі характеристики BER. З цієї причини екрановані кабелі мають інтуїтивної привабливістю для тих, хто не підозрює про небезпеки, що створюються неправильно терминировать екраном, і не знає про гарну несприйнятливості до шуму і відмінних робочих характеристиках кабельних систем UTP, призначених для передачі даних.
Фізичні характеристики кабелю UTP в порівнянні з STP
Неекранований кабель кручена пара складається з двох або більше одножильних мідних провідників, в основному розміром 24 AWG, окремо поміщених в ізолюючі пластикові оболонки. Ізоляція, як правило, виготовляється з термопластичного матеріалу, такого як полівінілхлорид (PVC - ПВХ) для кабелів нижчого класу і з поліетилену для кабелів вищих класів. Ізольовані провідники зазвичай свити з різним кроком витків для підвищення збалансованості пар і поліпшення несприйнятливості до шуму між парами (NEXT).
Екранований кабель вита пара складається з свити пар (як описано вище), які оточені екраном, що представляє собою луджену сітку, фольгу або комбінацію обох. Два найбільш поширених типу техніки екранування - це індивідуальне екранування кожної пари і екранування всього кабельного пучка. Практика індивідуального захисту, кручених пар має на меті зменшення випромінювання і підвищення несприйнятливості до шумових перешкод, а також для поліпшення робочих характеристик NEXT. Загальна екранування кабелю знижує рівень випромінювання і підвищує несприйнятливість до шумових перешкод, але не покращує робочі характеристики NEXT між парами. Недоліком кабелів, екранованих тільки оболонкою з фольги є те, що вони схильні до низькочастотному EMI-шуму, наприклад, генерується потужними електричними двигунами. Крім того, екранування в загальному випадку погіршує характеристики кабелю по загасання сигналу. Це підвищене значення загасання є наслідком додаткової ємності між екраном і крученими парами.
В ATT Bell Laboratories було проведено порівняльне дослідження робочих характеристик екранованого кабелю кручена пара і неекранованого кабелю кручена пара за допомогою двох тестових процедур. Була досліджена чутливість кабелю до шуму при захисті тільки за допомогою екранування (вимір вдруге наведеного струму). Результати цього тесту є індикатором проникнення шуму через екран. Ще одна серія досліджень була виконана для порівняння відносних рівнів помехового напруги, що наводиться на кабелях UTP Category 3, UTP Category 5 і Type 1 STP в результаті впливу шуму (вимір різниці напруг).
Вимірювання вдруге наведеного струму
Багато проектувальники систем і устаткування, а також кінцеві користувачі впевнені в тому, що якість їх кабельних систем на основі STP є наслідком фізичної присутності "екрану". Однак, будь-який екран, якщо він виготовлений і терминировать неякісно, буде вести себе як антена, випромінюючи або поглинаючи шуми. Ефективно екранована кабельна система повинна бути правильно терминировать з обох кінців і повинна підтримувати цілісність екрану в кожному з'єднанні по всій кабельній системі. При вимірі вдруге наведеного струму порівнюють результуюче вплив шуму, що відбулося внаслідок порушення системи заземлення, з впливом шуму на добре заземлений кабель.
За результатами цього тесту несприйнятливість екрану до шуму змінювалася від граничної (10% для заземлюючого відведення довжиною 1 дюйм) до поганої (50% для заземлюючого відведення довжиною 8 дюймів) і результуючий вплив на сигнал змінювалося відповідним чином. Це зауваження є дуже важливим, так як на практиці дуже часто екран заземлюється за допомогою заземлюючого відведення.
Результати вимірювань вдруге наведеного струму чітко демонструють, що будь-яка деградація екрану може погіршувати несприйнятливість до шуму до такої міри, що починають відбуватися спотворення сигналу. Очевидно, що фізичне наявність екрану само по собі недостатньо для забезпечення несприйнятливості до шуму. Більш того, якість параметрів завершення екрану по всій телекомунікаційній системі та якість монтажу системи заземлення визначають рівень несприйнятливості до шуму. Насправді збалансована лінія передачі з неправильно терминированной системою екранування може бути більш схильна до шумовим перешкодам, ніж якби вона не була екранована зовсім.
Вимірювання різниці напруг
Важливим фактором при виборі кабельної продукції як для розробників систем і устаткування, так і для кінцевих користувачів є загальний рівень працездатності кабелю. Вимірювання різниці напруг, засноване на вимірі рівнів перешкод, викликаних шумом, були проведені для кабелів UTP Category 3, UTP Category 5 і Type 1 STP.
На підставі результатів вимірювань інженери Bell Labs зробили висновок, що "при дотриманні певних правил, в реальних робочих умовах неекранований кабель кручена пара може досягати таких же високих робочих характеристик по опірності до шуму, які притаманні екранованому кабелю кручена пара. Результуючі диференціальні шумові напруги, виміряні в кабелях UTP Category 5 і STP були досить низькими для забезпечення точної передачі даних, враховуючи жорсткі умови експерименту ".
Висновки за результатами вимірювань
Результати вимірювань різниці напруг і вдруге наведеного струму привели до висновку, що і UTP і STP здатні забезпечувати ступінь несприйнятливість до електромагнітних завад від хорошого до відмінною. За визначенням фахівців Bell Labs ступінь несприйнятливості "залежить від збалансованості системи UTP і якості екранування системи STP. Кабелі UTP для високочастотних додатків з жорстко контрольованим балансом можуть забезпечувати робочі характеристики EMC, які можна порівняти з такими ж характеристиками кабельних систем на основі STP з хорошим екраном. І точно так само, погано екранована система STP або система з дефектним екраном може виявитися більш вразливою до перешкод, ніж добре збалансована система на основі UTP ".
Вимірювання робочих характеристик, проведені ATT розвіяли деякі помилки, пов'язані з робочими характеристиками кабелів на основі екранованої і неекранованої кручений пари. Результати вимірювань вдруге наведеного струму привели до висновку, що "сам по собі екранований кабель не забезпечує несприйнятливості до шуму. Слід розглядати зовнішнє екранування всієї лінії, так як на перший погляд нешкідливі сполуки можуть надавати і роблять значний вплив на ефективність екранування. Крім того, підтримку високої якості екрану в кожній точці ставати дорогим, а розробник системи повинен знайти компроміс між вимогами, що пред'являються до системи, враховуючи необхідні робочі характеристики EMC, а також вартість компонентів і обслуговування системи ". На закінчення можна констатувати, що при використанні звичайних кабельних конфігурацій, неекранований кабель повністю здатний забезпечувати такий же рівень стійкості до шуму, як і екранований кабель.
"Radio Frequency Devices" Federal Communications Commision, Volume II, Part 15.
"Limits and methods of measurements of radio interference characteristics of information technology equipment" IEC C.I.S.P.R. Publication 22, 1985.