從EMI防治觀點(diǎn)來看雙絞線
我們知道合于標(biāo)準(zhǔn)的話筒線、DMX512、AES線、網(wǎng)線、HDMI...都是雙絞線，那為什么是雙絞線?
---肯定是為了更好的傳輸！
那究竟有那些點(diǎn)是需要注意的?而且雙絞線能起到那些效果?
為什么有些電纜導(dǎo)體是對(duì)絞的，而有些則不是？絞線是電纜結(jié)構(gòu)的一個(gè)細(xì)節(jié)，很簡(jiǎn)單!
但令人驚訝的是，許多工程師并不真正了解它的優(yōu)勢(shì)。大多數(shù)人都認(rèn)為對(duì)絞對(duì)電磁干擾(EMI)有好處，但當(dāng)被問到時(shí)，他們通常不知道為什么能有效。
在電纜中絞合線對(duì)有四大好處。
兩個(gè)很明顯”obvious”。
兩個(gè)很微妙”subtle”。
當(dāng)兩條相鄰的導(dǎo)線承載信號(hào)并以相反方向返回電流時(shí)，絞合可提高性能。對(duì)于電源和返回電流，同樣有用。
01 磁場(chǎng)消除 磁場(chǎng)向外發(fā)射MagneticField Emissions
在以相反方向承載電流的兩條平行導(dǎo)線之間的空間中，磁場(chǎng)是相加的。如果電線沒有對(duì)絞，電線附近的磁場(chǎng)將是非零的。更高的電流幅度和更大的導(dǎo)線之間的距離會(huì)產(chǎn)生更大的磁場(chǎng)。
這樣一來與該磁場(chǎng)相交的電路回路（例如同一束中的另一對(duì)未絞合的線對(duì)）將經(jīng)歷感應(yīng)電壓。
當(dāng)電線絞在一起時(shí)，相鄰半絞中的磁場(chǎng)方向相反并趨于抵消。更密的對(duì)絞提供更好的場(chǎng)抵消。
在這一段對(duì)絞長(zhǎng)度上，從電線發(fā)出的凈磁場(chǎng)接近于零，因此相鄰的電路回路感應(yīng)到的電壓將接近于零。
磁場(chǎng)敏感性MagneticField Susceptibility
如上所述，未絞合的線對(duì)會(huì)形成一個(gè)電路回路，如果暴露在磁場(chǎng)中，則會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓。電纜末端的電路遭遇到不對(duì)絞的線對(duì)，會(huì)看到更多的感應(yīng)噪聲，因此更容易受到影響。
而將導(dǎo)線絞合在一起會(huì)導(dǎo)致入射磁場(chǎng)在相鄰的半絞中感應(yīng)出具有相反極性的電壓。最終效應(yīng)是降低感應(yīng)電壓并提高抗噪性。
02 減少電場(chǎng)拾取和輻射 電場(chǎng)發(fā)射ElectricField Emissions
大多數(shù)情況下，電路的線對(duì)之間存在電位差。電源和回路之間可能有交流或直流電壓，差分信號(hào)對(duì)攜帶重復(fù)交換極性的電壓，單端信號(hào)在低電位差（數(shù)字信號(hào) 0）和高電位差（數(shù)字信號(hào)1）之間交替。
電場(chǎng)起源于具有最高電位的導(dǎo)體并終止于具有最低電位的導(dǎo)體。
更高的電壓差會(huì)產(chǎn)生更強(qiáng)的電場(chǎng)。
電線之間的距離越大，產(chǎn)生的邊緣就越寬。
如果電場(chǎng)在附近的導(dǎo)體上終止，就會(huì)感應(yīng)出電流。
當(dāng)承載電壓的線對(duì)絞在一起時(shí)，由于來自相鄰半絞的電場(chǎng)線方向相反，并趨向于相互抵消。更多的對(duì)絞交互抵消改善了電場(chǎng)。在它們的長(zhǎng)度上，從電線發(fā)射的凈電場(chǎng)接近于零，因此相鄰電路受到的影響較小。
電場(chǎng)敏感性ElectricField Susceptibility
就像對(duì)絞可以降低輻射一樣，對(duì)絞可以提高對(duì)電場(chǎng)拾取的免疫力(*1)。暴露在與電線不平行的電場(chǎng)中的線對(duì)將在電線上產(chǎn)生感應(yīng)電流。如果將導(dǎo)線絞在一起，則每個(gè)相鄰半絞中的感應(yīng)電流方向相反，因此凈效應(yīng)接近于零感應(yīng)電流，并提高了電路抗干擾程度。
(*1)翻譯編按:這邊的論述是不當(dāng)?shù)膽?yīng)改為:對(duì)絞可以提高對(duì)電場(chǎng)拾取的”均勻度”兩線透過對(duì)絞均勻的收到一樣的”共模干擾”這在后面可以被差動(dòng)放大組件所排除。
03 將電線保持在一起
微妙但重要Subtle,but important
對(duì)絞具有自動(dòng)將電線緊緊拉在一起的額外好處。并保持它們之間的距離均勻，彼此間的距離是電線絕緣層厚度的兩倍。
線對(duì)的特性阻抗與線芯之間分離直接相關(guān)。通過在其長(zhǎng)度上保持導(dǎo)線之間的均勻間距，特性阻抗將是恒定的，這是對(duì)信號(hào)完整性非常重要的特性。
從線對(duì)發(fā)射并耦合到線對(duì)的電場(chǎng)和磁場(chǎng)與線纜之間的距離直接相關(guān)。因此最大限度地減少電線分離，能最大限度地減少排放和拾取。
04 平衡共模阻抗
更微妙，也很重要。
線對(duì)通常在導(dǎo)體表面(conductingsurface),接地平面附近布線。
無論是汽車、飛機(jī)、設(shè)備機(jī)架、電纜橋架和金屬外殼中的任何安裝的線束都是如此。
如果一根導(dǎo)線比另一根更靠近地平面，則兩根導(dǎo)線對(duì)地的射頻阻抗將不同。它們的共模阻抗將是不平衡的。
即使兩根導(dǎo)線彼此均勻地間隔開并且它們的末端電路經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)和平衡，整個(gè)電路也將是不平衡的。
在共模不平衡的電路中，差分信號(hào)當(dāng)中的一部分，即兩根導(dǎo)線之間的信號(hào)，將會(huì)混入共模噪聲，即信號(hào)導(dǎo)體和接地層之間的噪聲。除了造成信號(hào)完整性下降之外，來自電線的輻射會(huì)更高，終端電路更容易受到噪聲的影響。
另一方面，如果電線被對(duì)絞，在它們單位長(zhǎng)度上取平均值，因?yàn)殡娋€與地平面的距離將相同。它們的共模阻抗將被平均，電路將表現(xiàn)出更低的輻射發(fā)射和更強(qiáng)的噪聲拾取抗干擾程度。
05 為什么不是所有的電線都對(duì)絞？
與雙絞線相比，非雙絞線占用的空間更小且更短。無對(duì)絞更便宜(無捻入,省成本)。在有優(yōu)勢(shì)的電磁環(huán)境中可能不需要雙絞線，非雙絞線可能是合適的選擇。但在大多數(shù)應(yīng)用中，對(duì)絞卻能以最低的成本提供了顯著的好處。
為每條信號(hào)線提供專用返回線return wire(通常是屏蔽層)并不總是可行的。當(dāng)兩根、三根或更多信號(hào)線共享一條回線時(shí)，將信號(hào)線與返回線絞合在一起比起完全不絞合仍然是有益的。只要確保通過雙絞線組的凈信號(hào)電流名義上為零。對(duì)絞提供的阻抗平衡部分磁場(chǎng)場(chǎng)抵消、環(huán)路面積減少對(duì)于電路仍是有益的。
