一文看懂车用双绞线的工作原理及绞距的定义

2021年7月19日
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线束中有的电线为何要互绞在一起?绞线是汽车线束中最常用的传输介质,是由两根或以上具有绝缘保护层的铜导线组成的。本文主要介绍双绞线的工作原理及绞距的定义。

双绞线的定义

把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起,每一根导线在传输中辐射出来的电波会被另一根线上发出的电波抵消,有效降低信号干扰的程度。

一文看懂车用双绞线的工作原理及绞距的定义

双绞线是由一对相互绝缘的金属导线绞合而成。

采用这种方式,不仅可以抵御一部分来自外界的电磁波干扰,也可以降低多对绞线之间的相互干扰。

把两根绝缘的导线互相绞在一起,干扰信号作用在这两根相互绞缠在一起的导线上是一致的(这个干扰信号叫做共模信号)。在接收信号的差分电路中可以将共模信号消除,从而提取出有用信号(差模信号)。

双绞线的作用

双绞线的作用是使外部干扰在两根导线上产生的噪声(在专业领域里,把无用的信号叫做噪声)相同,以便后续的差分电路提取出有用信号。

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差分电路是一个减法电路,两个输入端同相的信号(共模信号)相互抵消(m-n),反相的信号相当于x-(-y),得到增强。

理论上,在双绞线及差分电路中m=n,x=y,相当于干扰信号被完全消除,有用信号加倍,但在实际运行中是有一定差异的。

一文看懂车用双绞线的工作原理及绞距的定义

(图L1即为节距)

双绞线一个扭绞周期的长度,叫做节距,节距越小(扭线越密),抗干扰能力越强。一般的OEM对绞线的节距离是有要求的。

双绞线的性能指标Performance Indicators

有人问,绞线的屏蔽功能与屏蔽线相比如何?其实效果差不了多少。在很多汽车线束中,很多屏蔽线是过余设计。

从VAVE(价值分析与价值工程)法的角度,其实很多屏蔽线可以换成绞线的,比如汽车上常见的ABS传感器线。

当然屏蔽线外部多了一层护套,对屏蔽线的耐磨保护效果较好一点。同时有的屏蔽线加了铝箔或编织金属层,那就更比不起来了。毕竟一分钱一分货。

如果在设计之初,设计团队能够多认识到一些原理或者基本知识,这样可以很好的节省线束的成本。比较当初设计定义的成本还是占大头的。

当然对于绞线,使用者最关心的是表征其性能的几个指标。这些指标包括衰减、近端串扰、阻抗特性、分布电容、直流电阻等。

1.衰减(Attenuation)

衰减是沿链路的信号损失度量。

衰减与线缆的长度有关系,随着长度的增加,信号衰减也随之增加。衰减用“db”作单位,表示源传送端信号到接收端信号强度的比率。

由于衰减随频率而变化,因此,应测量在应用范围内的全部频率上的衰减。

2.近端串扰

串扰分近端串扰(NEXT)和远端串扰(FEXT),测试仪主要是测量NEXT,由于存在线路损耗,因此FEXT的量值的影响较小。

近端串扰(NEXT)损耗是测量一条非屏蔽双绞线链路中从一对线到另一对线的信号耦合。

对于非屏蔽双绞线链路,NEXT是一个关键的性能指标,也是最难精确测量的一个指标。随着信号频率的增加,其测量难度将加大。

NEXT并不表示在近端点所产生的串扰值,它只是表示在近端点所测量到的串扰值。这个量值会随电缆长度不同而变,电缆越长,其值变得越小。同时发送端的信号也会衰减,对其它线对的串扰也相对变小。

实验证明,只有在40米内测量得到的NEXT是较真实的。如果另一端是远于40米的信息插座,那么它会产生一定程度的串扰,但测试仪可能无法测量到这个串扰值。因此,最好在两个端点都进行NEXT测量。

大部分测试仪都配有相应设备,使得在链路一端就能测量出两端的NEXT值。

3.直流电阻

直流环路电阻会消耗一部分信号,并将其转变成热量。

它是指一对导线电阻的和,11801规格的双绞线的直流电阻不得大于19.2欧姆。每对间的差异不能太大(小于0.1欧姆),否则表示接触不良,必须检查连接点。

4.特性抗阻

与环路直流电阻不同,特性阻抗包括电阻及频率为1~100MHz的电感阻抗及电容阻抗,它与一对电线之间的距离及绝缘体的电气性能有关。

各种电缆有不同的特性阻抗,而双绞线电缆则有100欧姆、120欧姆及150欧姆几种。

5.衰减串扰比(ACR)

在某些频率范围,串扰与衰减量的比例关系是反映电缆性能的另一个重要参数。

ACR有时也以信噪比(SNR :Signal-Noice ratio)表示,它由最差的衰减量与NEXT量值的差值计算。ACR值较大,表示抗干扰的能力更强。一般系统要求至少大于10分贝。

6.电缆特性

通信信道的品质是由它的电缆特性描述的。

SNR是在考虑到干扰信号的情况下,对数据信号强度的一个度量。如果SNR过低,将导致数据信号在被接收时,接收器不能分辨数据信号和噪音信号,最终引起数据错误。

因此,为了将数据错误限制在一定范围内,必须定义一个最小的可接收的SNR。

绞线一般用在线束中的发动机舱与气囊线中,气囊是生命线,发动机中线束比较密集,干扰性比较大。

所以气囊线与发动机舱内的线束对信号的屏蔽有一定的要求。

构成绞线的单线多而细,不仅增加了电线电缆的柔软性,还提高线路连通的可靠性。

有些电线电缆的导体并不要求大的截面,但也采用了绞合形式,正是为了具有更好的柔软性或高度的可靠性。

在一般情况下,节距比愈小,柔软性愈好;各根单线之间的空隙愈小,即绞合得愈密实;而且节距与单线在一个节距的实际长度相差也愈大,同样长度绞线所使用的单线长度也就愈长。

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