SPE单对以太网10BASE-T1L和Ethernet-APL系统中使用二芯双绞线传输信号和电力,传输速率为10Mbit/s。用户常常受到传输距离、传输电力功率等因素的困扰。抛开传输电力功率,屏蔽措施、环境因素之类的影响不说,单就双绞线电缆本身的质量问题,考虑到影响通信的主要因素是双绞线的特性阻抗,导体电阻和线间电容,谈谈笔者在通信测试中遇到的一些实际问题。下表是笔者用了三种不同厂家的双绞线电缆,在10BASE-T1L单对以太网(速率10Mbit/s)上所做的测试结果。
2芯双绞线品牌 |
导体横截面积(mm2) |
导体双线 回路电阻 (欧姆/100米) |
线间电容 (pF/米) |
实测10BASE-T1L单对以太网(速率10Mbit/s)最大传输距离(米) | ||
实测 | 国标 | 实测 | 国标 | |||
X顶股份公司 | 0.38 | 9 | 9 | 47 | <56 | 1000米 |
市售三无产品 | 0.3 | 14 | 11 | 70 | <56 | 600米 |
XX达,3C认证 | 1 | 6 | 3.4 | 150 | <56 | 300米 |
从表中可看出,只要参数符合国标的双绞线,其最大传输距离均可达到相应通信标准规定的最大距离,而参数达不到国标的双绞线,由于电阻、电容、电感等参数的不匹配,使其特性阻抗发生了较大的偏移,也就大大的降低了最大传输距离。
怎样判断双绞线电缆是否合格?简单的判断主要看导体电阻、线间电容、特性阻抗这几个重要参数。
线间电容要小于56pF/米。
特性阻抗为100欧姆±15%。
导体电阻值要符合电阻计算公式R=ρL/S:
R:电阻值(欧姆);
ρ:电阻率(欧姆.mm²/m),铜的电阻率是0.017欧姆.mm²/m;
L:电缆长度(米),注意双线回路电阻是单线的2倍长度;
S:导体的截面积(mm²)。
其实只要是用铜制造的电缆都能符合要求!有不少生产厂家为节省铜的成本,在铜材里面添加了合金,或做成铜包铝、铜包铁等线材,这样的线材电阻率较大,也就是单位长度的电缆电阻会很大,线间电容也会因绝缘体的材质不同而不同,所以传输距离就会受到很大的影响。
综上所述,选择SPE/APL双绞线电缆时,务必实际测量一下电缆导体的电阻值,看看是否大致符合上面的电阻计算公式,如不符合则必然添加了廉价金属,这是最有效的方法,而不要看厂家的宣传。随着传输电力功率的增大,要求电缆导体的截面积也必须随之增大才能减少线损,这时也必须保证线间电容<56pF/m,这是很重要的技术指标,电缆的绝缘材料必须是低介电常数的发泡PE才能保证很小的线间电容。
至于电缆的电感,由于测试时是盘成卷状的,这相当于一个共模电感,差分信号在共模电感中产生的磁通是相互抵消的,所以影响不大,简单的测试可以不考虑这个因素。电缆拉伸展开后,传输距离通常会增加20%。
建议用户尽量购买大品牌的SPE/APL专用双绞线电缆,这类电缆有详细的各种参数。
下面是美规线的截面积与电阻值(单根线)对照表:

SPE/APL电缆通常推荐使用现场总线A类电缆(IEC61158-2),如选用FF专用电缆,Profibus-PA专用电缆,该电缆的导体截面积有0.82mm2和2.0mm2两种规格,可满足短距离和长距离两种场景的使用,其它参数也均符合SPE/APL的要求。不要使用Profibus-DP这类RS485类的电缆,其特性阻抗并不符合SPE/APL标准。
最后推荐几款取得认证的SPE和APL电缆:
1、浙江兆龙互联科技有限公司,https://www.zhaolong.com.cn

对于需要传输更大功率的SPE或APL,可向厂家订制截面积更大的SPE/APL电缆,如AWG14等。
2、诺特(长沙)联接技术有限公司,www.neote.cn

下面这种电缆的导体截面积是1.5mm2,适合于较大电力功率长距离传输。


