Symetrické dátové káble a ich parametre 2

Článok nadväzuje na predchádzajúci diel, ktorý sa venoval základnému rozdeleniu a konštrukcii dátových káblov. Druhý diel článku o symetrických dátových kábloch sa zaoberá popisom vybraných nízkofrekvenčných a vysokofrekvenčných elektrických parametrov.

Nízkofrekvenčné a vysokofrekvenčné elektrické parametre

Prenosovú charakteristiku kábla definujú elektrické parametre, ktoré sa v zásade rozdeľujú na nízkofrekvenčné (LF) a vysokofrekvenčné parametre (HF).

Nízkofrekvenčné parametre

Elektrický odpor žily/slučky
Vzájomná kapacita medzi pármi (Mutual capacitance)
Kapacitná nerovnováha (Capacitance unbalance)
Izolačný odpor (medzi pármi a medzi pármi a tienením kábla)

Elektrický odpor

Elektrický odpor je odpor jedného vodiča. Jeho maximálna hodnota je definovaná na základe šírky prenášaného frekvenčného pásma a nesmie presiahnuť odpor určený normou. Štandardne sa udáva normalizovaná hodnota 100m dĺžky pri teplote 20°C. Je často meraný v slučke medzi dvoma vodičmi páru.

Pre výpočet sa využíva základný vzorec

Kde ρ predstavuje materiálovú konštantu – merný odpor spravidla medi. l je dĺžka a S je prierez vodiča.

Obr. 1 Principiálne meranie elektrického odporu dátových káblov

Následne sa vyhodnocuje percentuálny rozdiel odporov jednotlivých párov. Tento rozdiel nesmie presiahnuť 2%.

Vzájomná kapacita medzi pármi (Mutual capacitance)

Vzájomná kapacita medzi pármi je definovaná výrobcom podľa kategórie kábla. Rádovo sa táto hodnota pohybuje v rozmedzí desiatok nanofaradov.

Následne sa vyhodnocuje kapacitná nerovnováha, ktorá hovorí o kapacite žily voči zemi. Táto hodnota nemá podľa normy presiahnuť 1600 pF/km.

Obr. 2 Principiálne meranie vzájomnej kapacity a kapacitnej nerovnováhy

Izolačný odpor

Test izolácie kábla sa meria medzi pármi a medzi žilami a vonkajším tienením kábla. Hodnota izolačného odporu musí byť vyššia ako 5000 MΩ.km.

Vysokofrekvenčné parametre

Oneskorenie signálu (Delay) a rozdiel oneskorení medzi pármi (Skew)
Útlm (Attenuation)
Impedancia
Spätný odraz (Return Loss)
Presluchy na blízkom a vzdialenom konci kábla (NEXT, FEXT)
Parametre symetrie TCL a EL TCTL
Väzobný útlm (Coupling Attenuation)

Oneskorenie signálu (Delay) a rozdiel oneskorení medzi pármi (Skew)

Fázové oneskorenie signálu (delay) predstavuje čas, za ktorý sa signál pripojený na vstupe vedenia objaví na výstupe vedenia. Nakoľko sú jednotlivé páry stočené v rôznych skrutoch, fázové oneskorenie signálu je medzi pármi rozdielne. Tento rozdiel oneskorení medzi pármi sa nazýva Skew.

Fázové oneskorenie a rovnako ich rozdiel sa vyhodnocuje vo frekvenčnom pásme definujúcom kategóriu kábla.

Impedancia

Vstupná impedancia je parameter, ktorý je sledovaný z hľadiska frekvenčnej závislosti. Impedancia vedenia nesmie presiahnuť hodnotu stanovenú normou. Stredná hodnota impedancie má byť v pásme 100Ω ±5Ω.

Útlm (Attenuation)

Útlm kábla predstavuje parameter, ktorý definuje mieru „dovoleného poškodenia“ signálu prechádzajúceho jednotlivými pármi kábla. Tento parameter je kvantifikovaný v decibeloch a teda porovnáva pokles signálu medzi vstupom a výstupom v káble.

Spätný odrazy (Return Loss)

Spätný odraz reprezentuje signál, ktorý sa odráža od porúch na vedení späť na vstup. V signále spätného odrazu sa tým prejavujú aj mechanické poškodenia žíl kábla. V prípade periodicky sa opakujúcich porúch sa signál s príslušnou frekvenciou na vstupe prejaví ako špička.

Presluchy na blízkom a vzdialenom konci kábla (NEXT, FEXT)

Presluchom sa rozumie nechcené ovplyvňovanie signálu z vedľajších párov. Rozlišuje sa presluch na blízkom konci vedenia (Near-end crosstalk), kedy sa určuje úroveň rušenia na rovnakom konci ako je aplikovaný pôvodný signál. Podobne sa odmeria aj presluch na vzdialenom konci vedenia (Far-end crosstalk).

Parametre symetrie TCL a EL TCTL

Parametre TCL a EL TCTL vyjadrujú mieru symetrie kábla. V prípade TCL (Transverse convertion loss) sa na do žíl kábla vysiela signál v diferenčnom móde a vyhodnocuje sa základný mód jednotlivých žíl v základnom móde.

Podobne pre EL TCTL (Equal level transverse convertion transfer loss) sa do žíl páru vysiela signál v diferenciálnom móde a na vzdialenom konci sa vyhodnocuje signál v základnom móde. Keďže je dĺžka stočených párov rozdielna, tento parameter je určený vzhľadom k útlmu páru.

Väzobný útlm (Coupling Attenuation)

Väzobný útlm určuje mieru odolnosti a vyžarovania signálu do a z okolia. Meranie je možné interpretovať aj ako mieru elektrickej symetrie kábla. Využíva sa metóda bezkontaktných svoriek. Meranie nie je možné vykonávať na inštalovaných kábloch ale iba v laboratórnych podmienkach.

Zdroje: IEC61156, ISO/IEC 11801, EN 50173

Autori:

Ing. Michal Jurčišin, PhD. [email protected]
Ing. Marián Modranský [email protected]