Критерии выбора видеокабеля

Олег Долгов

Продолжение. Начало в № 7/2004 г.

Этот материал продолжает тему, начатую в статье «Критерии выбора видеокабеля», опубликованной в журнале «625» № 7/2004г. В ней рассматривались аспекты выбора коаксиальных видеокабелей. Теперь же речь пойдет о кабеле UTP для передачи видеосигнала.

Существенным недостатком коаксиальных кабелей является сложность передачи сигнала на большие расстояния и их восприимчивость к наведенным помехам, особенно при большой длине. Альтернативой, устраняющей эти недостатки коаксиального кабеля, является UTP-технология, позволяющая доставлять видеосигнал (и звуковой сигнал) от источника к потребителю по витой паре.

Кабель UTP возник как средство передачи цифровой информации в компьютерных сетях, но теперь стал использоваться и для передачи аналоговых видеосигналов, что предъявляет дополнительные требования к нему.

Рис. 1. Кабель UTP 2x4

Рис. 2. Дифференциальный способ передачи сигнала по витой паре. Наведенная помеха компенсируется на входах дифференциального усилителя

Рис. 3. Принцип компенсации сигнала помехи в дифференциальном усилителе

Конструктивно такой кабель состоит из нескольких (чаще всего четырех) витых пар, объединенных общей оболочкой (рис.1).

Вследствие особенностей конструкции кабель UTP подвержен наводкам значительно больше, чем коаксиальный кабель. Источниками помех служат электродвигатели, трансформаторы, люминесцентные лампы и другие электроприборы, которые наводят электромагнитные помехи на неэкранированную витую пару. Кроме того, возможны взаимные наводки между соседними парами в кабеле. Минимизация таких наводок требует использования специального типа сигнала, называемого дифференциальным (еще его называют балансным или симметричным) с использованием специальных приемника и передатчика сигнала (рис.2).

Схема работает следующим образом. Поступающий от источника видеосигнал преобразуется в передатчике в симметричный зеркальный и в таком виде передается по витой паре к приемнику. В приемнике сигнал поступает на симметричные входы дифференциального усилителя, и двуполярный сигнал, суммируясь на них, проходит на выход приемника. В то же время все внешние паразитные помехи наводятся на оба проводника дифференциальной пары с одинаковой полярностью и амплитудой, поэтому, приходя на симметричные входы дифференциального усилителя, помеха компенсируется и на выход поступает только полезный сигнал.

Рис.4. Передатчик и приемник видеосигнала высокого разрешения по витой паре Аltinex

Рис. 5. Передатчик и приемник видеосигнала высокого разрешения по витой паре Extron

Примером эффекта компенсации наведенных помех служит рис. 3.

Из рисунка наглядно видно, что составляющие разной полярности полезного видеосигнала, поступающие на симметричные входы дифференциального усилителя, суммируются, а однополярные импульсы наведенной помехи вычитаются. Такой способ передачи видеосигнала имеет свои преимущества перед обычным способом передачи видеосигнала по коаксиальному кабелю:

• улучшается помехозащищенность линии передачи;
• значительно увеличивается длина линии трансляции;
• применяется более дешевый кабель.

Недостатком можно назвать необходимость применения специальных передатчиков и приемников по витой паре. Их производят компании Altinex (рис. 4), Extron (рис. 5) и др.

Для трансляции сигнала, как правило, рекомендуется кабель UTP cat5, 5e, 6 или специальный UTP.

А теперь следует рассмотреть некоторые характеристики UTP-кабеля и их влияние на качество сигнала.

Импеданс

Импеданс или волновое сопротивление в отличие от коаксиального кабеля (75 Ом) составляет 100 Ом. Соответственно, передатчики и приемники сигнала должны соответствовать этому импедансу.

Ослабление

Ослабление или затухание сигнала (attenuation) — это потери мощности (или напряжения) сигнала в кабеле. Ослабление измеряется в децибелах (дБ). Ослабление увеличивается с повышением длины кабеля и возрастанием частоты сигнала. Ослабление на 6 дБ приводит к уменьшению амплитуды сигнала вдвое (табл. 1).

Таблица 1. Соответствие относительного (дБ) и абсолютного (В) уровней видеосигнала.

Ослабление, дБ	Амплитуда, В	Ослабление, дБ	Амплитуда, В
0	1	-13	0,224
-1	0,891	-14	0,200
-2	0,794	-15	0,178
-3	0,707	-16	0,158
-4	0,631	-17	0,141
-5	0,562	-18	0,125
-6	0,500	-19	0,112
-7	0,447	-20	0,100
-8	0,398	-30	0,032
-9	0,355	-40	0,010
-10	0,316	-50	0,003
-11	0,282	-60	0,001
-12	0,250	-80	0,000

Естественно, что так же, как и у коаксиального кабеля, допустимая длина кабеля UTP выбирается исходя из потерь сигнала в нем. Но типоразмеров у кабеля UTP меньше, чем у коаксиального. Так, кабель UTP cat5 выпускается по стандарту AWG 24, а UTP cat6 соответствует AWG 231. Поэтому максимальная длина кабеля зависит от частотного диапазона сигнала, типа выбранного активного оборудования и указывается в спецификациях на оборудование.

Время задержки сигнала и номинальная скорость распространения

Задержка — это время, необходимое сигналу для прохождения всей длины кабеля. Эта задержка может быть выражена в процентах от скорости света и называться NVP (Nominal Velocity of Propagation — номинальная скорость распространения). Обычно NVP в кабеле составляет 60…90%.

Рис. 6. Различие в длине проводников приводит к разностной задержке сигнала в соседних парах

Разностная задержка (Delay skew) — это разница между временем прохождения сигнала по самой длинной паре кабеля и временем прохождения сигнала по самой короткой паре (рис. 6). Она измеряется в наносекундах на100 метров (нс/100 м).

Для большинства информационных сетей время разностной задержки не должно превышать 45 нс, что неприемлемо для аналоговых RGB-сигналов, так как сигналы разных цветов для правильного отображения на экране должны приходить одновременно. Таким образом, параметр разностной задержки для UTP-кабеля очень важен, и в идеале время разностной задержки должно стремиться к нулю.

Рис. 7. Метод компенсации задержки сигнала коаксиальной вставкой

При передаче сигнала с разрешением 1024і768 и тактовой частотой 60 Гц время отображения одного пиксела составляет примерно 15 нс. Если для передачи сигнала использовать информационный кабель Belden c разностной задержкой 25 нс/100 м, то при длине кабеля 60 м задержка будет равна времени отображения пиксела. Это означит, что на экране будет наблюдаться несведение цвета, то есть рядом с черной точкой будет виден цветной ореол. А поскольку сигналы синхронизации обычно подмешиваются в каналы цветности, то существенная разница в задержке между парами может привести к срыву синхронизации. Чтобы компенсировать разность задержки по каналу более короткой пары, после приемника делается вставка из коаксиального кабеля, которая обеспечит нужное время задержки и выровняет время прихода каналов цветности (рис. 7).

Рис. 8. Эквалайзер задержки EXTRON SEQ 100 BNC

Избежать таких неудобств можно, применив специальный кабель для передачи видеосигнала. Например, Belden 7987P Paired — Brilliance VideoTwist NanoSkew, имеющий 2,2 нс разницы задержки, или Extron Skew-Free A/V UTP с разницей менее 1,5 нс. Этот кабель пригоден для передачи видеосигналов высокого разрешения на расстояние до 300 м.

Существует и аппаратный способ коррекции разницы задержки путем включения после приемника специального эквалайзера Extron Skew Delay Equalizer SEQ 100 с регулировкой времени задержки по каждому каналу цветности (рис. 8). Использование такого эквалайзера будет полезно даже в случае применения кабеля A/V UTP при трансляции сигнала на большое расстояние для получения наилучшего качества картинки.

Конечно, все вышесказанное относительно задержки сигнала справедливо только для широкополосных многоканальных сигналов. В случае с композитным видеосигналом такая проблема не стоит и можно применять любые кабели UTP категорий 5 и 6.

Возвратные потери

Рис. 9. Неоднородности на пути прохождения сигнала порождают отражения

Возвратные потери (Return Loss) — это отношение уровня прямого сигнала к уровню отраженного сигнала. Единица измерения — дБ. Отражения сигнала возникают из-за неоднородности импеданса по всей длине кабеля или тракта прохождения сигнала (рис. 9).

Возвратные потери являются наиболее наглядным показателем конструктивных недостатков как самого кабеля, так и его некачественной инсталляции, например чрезмерные перегибы и вытягивания кабеля, влияющие на его импеданс, а также некачественный обжим разъемов RJ-45. Визуально возвратные потери могут приводить к появлению на экране блеклых повторов изображения. В этом случае качество инсталляции кабеля можно проверить специальным кабельным тестером.

Рис. 10. Разъединение проводников витой пары при резком перегибе

Вообще, инсталляция кабеля — это достаточно ответственный этап. Если по каким-то причинам проводники витой пары разъединяются, а это может произойти в результате резкого перегиба кабеля при инсталляции (рис. 10), то паразитная помеха может наводиться на проводники под разными углами и иметь разные численные значения.

В результате эта разница будет выделена на дифференциальном приемнике, подмешана к полезному сигналу и отображена на экране.

Таким образом, знание и учет на практике всех нюансов UTP-технологии позволяет избежать многих ошибок, значительно ухудшающих конечный результат и даже сводящих на нет все преимущества передачи сигнала по витой паре.

UTP-технология очень привлекательна для передачи на большие расстояния видео- и звуковых сигналов. Модельный ряд оборудования для такой передачи, кроме приемников и передатчиков, включает в себя разветвители, коммутаторы, различные комбинированные устройства и может помочь реализовать интересные схемные решения.