电磁兼容(EMC)设计与整改
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阮薇

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广播电视数字系统的电缆传输应用情况

广播电视在数字系统设备的设计、施工过程中，种类繁多的设备选型固然重要，对用于连接设备的电缆的选择使用也不容忽视。一旦选错电缆，如同选错设备一样会付出代价。对电缆的正确选择、规范安装，需要建立在对有关标准和电缆特性全面了解的基础之上。本文主要介绍数字音视频标准、典型电缆特性以及数字系统中电缆传输应用情况。




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杨天舒

2019-7-9 11:45:11
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陈丹丽

2019-7-9 11:45:16
二. 双绞屏蔽线电缆的数字音频传输
1. 双绞屏蔽线电缆参数

AES/EBU标准由于阻抗范围宽，电缆特性阻抗范围可以从88～132Ω，其中110Ω最为理想。双绞线应当进行屏蔽，如果是多线对电缆，每一组线对都应当单独屏蔽。在永久性的安装中推荐使用箔层屏蔽,而在弯曲应用中则推荐使用箔层加网状屏蔽。一组线对可以传输两个通道的数字音频。电缆可以与XLR连接器端接，也可以进行穿孔，或者焊接于跳线板上。大多数数字音频电缆使用发泡聚乙烯以使尺寸减至最小。标准的发泡聚乙烯很容易挤压，可能造成特性阻抗的改变。电缆制造商使用了一种特殊的发泡高密度聚乙烯，与标准的发泡绝缘体相比大大提高了耐冲击性能。
2. 双绞屏蔽线电缆传输
双绞屏蔽线电缆是最早使用的传输模拟音频信号的手段之一。它的优点是：在传输距离较短时铺设较容易，与其它传输手段相比，投资相对较少，技术也较成熟，维护方便等。其缺点是，传输距离较远时频响较差。AES3规定了长度在100 m以内数字伴音的传送标准，信号源及与负载阻抗均应为110Ω。因为AES/EBU数字伴音的频率高达6 MHz，电容和高频损耗将引起高频跌落，最后信号的边沿变圆，幅度降低，以至于接收器无法识别“1”和“0”，所以100 m以内采用110Ω平衡传输，100 m以上的传输使用不平衡式阻抗为75Ω的同轴电缆传输。
音频电缆上可使用的插头，从RCA到专业XLR，种类繁多。因此，当人们开始考虑专业数字音频信号的传输时，自然地就会想到使用这种带有XLR插头的双绞屏蔽线电缆。AES和EBU都在致力于数字音频信号传输标准化的研究，两个机构紧密合作且标准相似，广电行业使用了AES/EBU界面标准。AES3-1992及其前身AES3-1985标准，典型就是使用双绞屏蔽线电缆和XLR接插头。
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李文

2019-7-9 11:45:23
三. 同轴电缆的数字音频传输
1. 数字音频的同轴电缆传输
如果通过某种方法可将AES数字音频信号的电平变为1 V、阻抗变为非平衡75Ω，那么就可以像传输视频信号那样传输数字音频信号，3～10 MHz带宽的信号可以与目前模拟视频放大器和矩阵开关等实现良好匹配。AES3-ID标准包括了电缆、电缆均衡器及接收器电路等方面的信息，接收器还包括AES3设备与电缆系统进行转换的变换器。
根据AES3-ID标准，可以通过外部变换器与传统数字音频设备上的XLR接插头实现对接。变换器可将电压降至1 Vp-p，使用一个阻抗匹配器将110Ω转换为75Ω，当接收器端需恢复原状态时，又可将75Ω转换为110Ω。许多厂家均可以提供这类变换器。
数字音频设备制造商希望生产一种超越XLR插头、可直接兼容75Ω同轴电缆和模拟视频设备的接口。美国电影电视工程师学会（SMPTE）制定标准为ANSI/SMPTE276M，包括一个点到点的同轴电缆接口，用来传输AES/EBU数字音频信号，保证在电视应用中数字音、视频电缆和电视设备接口之间保持一定的兼容性。它不妨碍在这些设备上使用双绞屏蔽线电缆传输平衡AES/EBU音频信号，因为这两种传输可以通过匹配网络实现对接。但传输通道的数据编码应采用ANSI4.40-1992(AES-3-1992)标准。据说，日本东京广播系统(TBS)试验于110Ω输入/输出阻抗设备,当采用75Ω同轴电缆时，稳定传输距离可达500 m。通过同轴电缆传输AES-3格式数字音频信号，还为目前使用的模拟视频设备，诸如模拟视频放大器和线路矩阵开关等提供了新的应用前景。
2. 嵌入音频传输
通常把数字音频信号插入(嵌入)到数字视频信号之中,即将数字音频信号插入到视频信号的行场同步脉冲(行场消隐)期间，从而与数字分量视频信号同时传输。
在许多电视应用领域中，数字音频信号被嵌入至数字视频信号中，在一根同轴电缆上传输，然后数字音频信号从视频信号中解嵌出来（分离多路技术），在设备内部单独运行。例如在播出领域，很少有视音频分切的情况，嵌入音频技术的使用可以使矩阵减少一个层面，连线也更简单，特别是DVCPRO 等格式信号源设备均带有嵌入音频SDI接口，使得这种应用更具有实际意义。
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李恩佳

2019-7-9 11:45:39
四. 同轴电缆的数字视频传输
1. 同轴电缆参数
精密模拟视频电缆大都采用双层网状屏蔽，从很低频率(接近直流)到大约10 MHz的频率范围内都具有很低的损耗(如Belden8281)，但对于数字信号的高频并不是最佳选择。
电缆制造商为数字传输而专门设计的新型同轴结构，使用了若干设计参数，具备高频传输所要求的精密电气特性，具有比原有设计更为优异的性能。中心导体选用实心裸铜具有更好的特性阻抗稳定性和反射损耗(SRL)。数字信号传输包括沿着导体中心进行的低频传输和由于集肤效应而沿导体外表面进行的高频传输。基于这些原因，没有涂 层的纯铜导体具有最佳的性能。
介电材料(绝缘材料)由高密度的发泡聚乙烯制成。特殊设计具有耐冲击性能，可以防止导体移动。冲击和导体移动都会引起特性阻抗的改变。气体注入技术可以生成非常均匀的泡沫使得传播速度提高(82～84%)。速率保持常量可以使电缆与电缆之间的同步问题减小到最低程度。
精密模拟电缆只采用双层网状屏蔽就非常有效，但对于数字信号来说并不是最佳选择。网状屏蔽对低于10 Hz的频率非常理想，而加箔层的屏蔽对高频效果最好。由于数字信号传输包含两个频率，所以使用了箔层加网状的设计。
2. 同轴电缆的选择
在串行数字系统中，要传送的数据率高达270 Mb/s或360 Mb/s，在如此高的频率范围内，虽精密的模拟视频电缆其损耗仍会显著增大，尽管串行数字信号很容易通过均衡的方法克服这些影响。但传输距离会明显减少。因此，只有在短距离情况下的数字系统中使用现有质量标准的电缆才是可行的。
电缆制造商专门为串行数字信号而设计新型、低损耗、泡沫型介质电缆。例如，供替换使用的视频电缆Belden1505A，它虽然比较细但更加柔软，价格比8281更便宜，然而，在串行数字信号相关的频段区域内，它具有更加优良的特性。目前，适用于串行数字视频信号的最优良的电缆是Belden1694A。其损耗低于1505A。另一种可供选择的电缆是Belden9292。该电缆的特点是损耗更低，然而，它比较粗，柔性较差，可用在固定安装、长距离情况下，但必须使用不同的BNC连接器。此外，在受压时泡沫芯可能变形，结果造成反射。
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吴民峰

2019-7-9 11:45:46
五. 值得注意的几个方面
1. 模拟、数字双绞屏蔽电缆交叉使用
模拟电缆可以用于数字音频信号传输，但只能用于大约15 m的距离。确切的长度由纠错性能和接收器的信号不稳定公差决定。大多数模拟电缆的特性阻抗为40～70Ω。与特性阻抗标称110Ω不匹配会造成信号的反射和不稳定，导致接收器的错码。此外，模拟电缆的高电容会大大减少数字方波的上升时间。
当数字电缆用于模拟信号传输，由于数字电缆的电容极低，因此比模拟电缆更为优异。如BELDEN9180数字音频电缆。在传输音频信号时可比同类型模拟音频电缆在同样衰减的情况下多传30%的距离。
2. 模拟、数字同轴电缆交叉使用
在模拟视频电缆中，只有精密视频电缆可以用于数字信号传输。标准视频电缆可以是多股中心导体或者铜包钢导体，它们不一定具备如上所述的足够屏蔽能力，只能传很短的距离，且误码率较高。标准视频电缆通常不进行SRL测试。谨防使用普通同轴缆传输数字信号而造成隐患。
数字电缆可以用于模拟信号传输，但模拟设备必须包含电缆均衡器，该电缆均衡器在特定电缆的损耗特性范围内使用。如果传输距离短，可能不需要考虑均衡问题。很多设备制造商生产专门用于新型数字电缆的均衡卡。
可以在同一传输中混合使用发泡和实心聚乙烯设计，但必须依据这两种电缆的时延不同进行正确的补偿计算。发泡芯电缆的时延为1.24 ns/ft，而实心聚乙烯的时延为1.54 ns/ft。电缆的损耗特性也不同。如混合使用电缆类型，两个参数均须考虑。依据经验，最好从头至尾使用同一种设计。
3. 实践体会
对于Belden1694A电缆，制造商给出270 MHz时，30 m电缆衰减3.10 dB，100 m衰减10.2 dB。实际测得285 m时眼高还有240 mV，可被非时钟再生的接收器接收；Belden8281眼高240 mV时为180 m（非时钟再生接收器在眼高240 mV时可稳定接收信号；时钟再生接收器在眼高120 mV时可稳定接收信号）。
以5级临界点串联Belden1694A电缆，系统没有出现崩溃现象，而8281在3级时就有不稳定现象。在价格上8281是1694A的一倍。
利用WFM601对Belden9292、Belden1505A进行大量试验和工程验证表明，在数字系统中，上述电缆实际传输距离均超过制造商给出的标称值，Belden9292达到400 m，而1505达到280 m。
另外，不恰当的操作和安装都可能导致电缆变形，在安装数字电缆时应注意不要纽结电缆，电缆弯曲半径不能小于电缆直径的10倍。施工设计时减少电缆弯曲的数量，每一个90°转变相当于10 m电缆的衰耗。拉展电缆时应匀速缓慢不可突然用力，用力不要超过电缆所承受的最大牵引张力。
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李诗晴

2019-7-9 11:45:47
六．其它电缆
1．非屏蔽双绞电缆(UTP)
音频和视频信号的数字化提高了数据缆技术的应用一致性，该技术使用了非屏蔽双绞电缆(UTP)。 几乎所有的UTP电缆都可以支持低带宽或者低速率的应用，也有很少的电缆可以在可观的距离上传输像270 Mb/s的数字视频信号。例如，同轴电缆的问题在于带宽(频率)或者速率以及传输距离，其中关键问题是距离。UTP电缆的稳定性决定了它的传输距离。物理同心性、导体与导体之间、线对与线对之间的位置关系以及沿整个电缆长度的保持状况将决定在指定频率下不超出公差的传输长度。电缆的品质将决定一定距离内的信号品质。
2．多媒体双绞电缆
多媒体双绞电缆(如Belden 1872A)是4线对、特性阻抗100Ω、24AWG 的UTP电缆。每个线对的导体粘连在一起，并在安装过程中保持稳定的位置及方向，而不必考虑弯折度和安装的精确度。因此，线对在端接时须被分割。线对精确定位在各自的通道中，从而也可以保持自己的方向。压接块及其它所有的硬件必须具有特定的特性阻抗(100Ω)以获得最佳的性能。
视频标准适用于通过同轴电缆传输的非平衡信号。多媒体双绞电缆和其它的UTP电缆都需要平衡转换器，平衡转换器将非平衡的75Ω视频信号转换为100Ω平衡传输，然后再还原为75Ω非平衡信号。
多媒体双绞电缆可以在每个线对中传输不同类型的信号。当UTP用于音频、视频或数据混合传输时，称之为“护套共享”应用，越来越多的工程技术人员正在考虑使用多媒体电缆。
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