Par trançado - Twisted pair

O cabeamento de par trançado é um tipo de fiação em que dois condutores de um único circuito são trançados juntos com o objetivo de melhorar a compatibilidade eletromagnética . Comparado a um único condutor ou a um par balanceado não torcido, um par trançado reduz a radiação eletromagnética do par e a interferência entre pares vizinhos e melhora a rejeição de interferência eletromagnética externa . Foi inventado por Alexander Graham Bell .

Para imunidade adicional a ruídos, o cabeamento de par trançado pode ser blindado . O cabo com blindagem é conhecido como par trançado blindado ( STP ) e sem par trançado não blindado ( UTP ).

Explicação

Um par trançado pode ser usado como uma linha balanceada , que como parte de um circuito balanceado pode reduzir significativamente o efeito das correntes de ruído induzidas na linha pelo acoplamento de campos elétricos ou magnéticos. A ideia é que as correntes induzidas em cada um dos dois fios sejam quase iguais. A torção garante que os dois fios estejam, em média, à mesma distância da fonte de interferência e sejam afetados igualmente. O ruído produz assim um sinal de modo comum que pode ser cancelado no receptor detectando apenas o sinal de diferença, sendo este último o sinal desejado.

A rejeição de modo comum começa a falhar em fios não trançados quando a fonte de ruído está perto dos fios de sinal; o fio mais próximo irá acoplar-se ao ruído com mais força e o receptor será incapaz de eliminá-lo. Esse problema é especialmente aparente em cabos de telecomunicações, onde os pares no mesmo cabo ficam próximos um do outro por muitos quilômetros. Torcer os pares neutraliza esse efeito, pois em cada metade da torção o fio mais próximo da fonte de ruído é trocado. Contanto que a fonte de interferência permaneça uniforme, ou quase isso, ao longo da distância de uma única torção, o ruído induzido permanecerá em modo comum.

A taxa de torção (também chamada de passo de torção, geralmente definida em torções por metro ) faz parte da especificação de um determinado tipo de cabo. Quando os pares próximos têm taxas de torção iguais, os mesmos condutores dos diferentes pares podem ficar repetidamente próximos um do outro, desfazendo parcialmente os benefícios da torção. Por esta razão, é comumente especificado que, pelo menos para cabos contendo um pequeno número de pares, as taxas de torção devem ser diferentes.

Em contraste com o par trançado blindado ou laminado (normalmente blindagem de cabo S / FTP ou F / UTP ), o cabo UTP não é circundado por nenhuma blindagem. UTP é o tipo de fio principal para uso de telefone e é muito comum para redes de computadores .

História

Transposição do fio no topo do poste

Os primeiros telefones usavam linhas telegráficas que eram circuitos de retorno à terra de um único fio . Na década de 1880, bondes elétricos foram instalados em muitas cidades, o que induzia ruído a esses circuitos. Em alguns países, as empresas de bonde foram responsabilizadas pela interrupção das linhas telegráficas existentes e tiveram que pagar por reparos. Para novas instalações, no entanto, foi necessário proteger contra os bondes existentes desde o início. A interferência nas linhas telefônicas é ainda mais perturbadora do que nas linhas telegráficas. As companhias telefônicas passaram a usar circuitos balanceados , o que tinha o benefício incidental de reduzir a atenuação e , portanto, aumentar o alcance.

À medida que a distribuição de energia elétrica se tornou mais comum, essa medida se mostrou inadequada. Dois fios, amarrados em cada lado de barras transversais em postes , compartilhavam a rota com linhas de energia elétrica . Dentro de alguns anos, o uso crescente de eletricidade trouxe novamente um aumento de interferência, então os engenheiros desenvolveram um método chamado transposição de fio , para cancelar a interferência.

Na transposição do fio, os fios trocam de posição uma vez a cada vários pólos. Dessa forma, os dois fios receberiam EMI semelhante de linhas de força. Isso representou uma implementação inicial de torção, com uma taxa de torção de cerca de quatro torções por quilômetro , ou seis por milha . Essas linhas balanceadas de fio aberto com transposições periódicas ainda sobrevivem hoje em algumas áreas rurais.

O cabeamento de par trançado foi inventado por Alexander Graham Bell em 1881. Em 1900, toda a rede telefônica americana era de par trançado ou fio aberto com transposição para proteção contra interferência. Hoje, a maior parte dos milhões de quilômetros de pares trançados no mundo são linhas fixas externas, pertencentes e mantidas por companhias telefônicas, usadas para serviço de voz.

Par trançado sem blindagem

Seção transversal do cabo com quatro pares trançados não blindados

Os cabos de par trançado não blindado (UTP) são encontrados em muitas redes Ethernet e sistemas de telefone. Para aplicações de telefone interno, o UTP é geralmente agrupado em conjuntos de 25 pares de acordo com um código de cores padrão de 25 pares originalmente desenvolvido pela AT&T Corporation . Um subconjunto típico dessas cores (branco / azul, azul / branco, branco / laranja, laranja / branco) aparece na maioria dos cabos UTP. Os cabos são normalmente feitos com fios de cobre medidos em 22 ou 24 American Wire Gauge (AWG), com o isolamento colorido normalmente feito de um isolante como polietileno ou FEP e o pacote total coberto por uma capa de polietileno .

Para cabos telefônicos urbanos externos contendo centenas ou milhares de pares, o cabo é dividido em feixes pequenos, mas idênticos. Cada feixe consiste em pares trançados que têm taxas de torção diferentes, já que pares com a mesma taxa de torção dentro do cabo ainda podem experimentar algum grau de diafonia . Os feixes são, por sua vez, entrelaçados para formar o cabo.

Cabo de par trançado sem blindagem com diferentes taxas de torção

UTP também é o cabo mais comum usado em redes de computadores . A Ethernet moderna , o padrão de rede de dados mais comum, pode usar cabos UTP, com taxas de dados crescentes exigindo variantes de especificações mais altas do cabo UTP. O cabeamento de par trançado é frequentemente usado em redes de dados para conexões de curto e médio comprimento por causa de seus custos relativamente mais baixos em comparação com a fibra óptica e o cabo coaxial .

Como a largura de banda do cabo UTP melhorou para corresponder à banda base dos sinais de televisão , o UTP agora é usado em alguns aplicativos de vídeo , principalmente em câmeras de segurança . Como o UTP é uma linha de transmissão balanceada, um balun é necessário para conectar o equipamento não balanceado, por exemplo, qualquer um que use conectores BNC e projetado para cabo coaxial.

Blindagem de cabo

Cabo F / UTP
Cabo S / FTP
U / FTP, F / UTP e F / FTP são usados ​​em cabos Cat 6a

Os cabos de par trançado podem incorporar blindagem na tentativa de evitar interferência eletromagnética. A blindagem fornece uma barreira eletricamente condutiva para atenuar as ondas eletromagnéticas externas à blindagem. A blindagem também fornece um caminho de condução pelo qual as correntes induzidas podem ser circuladas e retornadas à fonte por meio da conexão de referência de aterramento. Essa blindagem pode ser aplicada a pares individuais ou a uma coleção de pares. A blindagem pode ser de folha metálica ou fio trançado.

Quando a blindagem é aplicada a uma coleção de pares, geralmente é chamada de blindagem, mas o uso entre fornecedores e autores na aplicação de palavras como blindagem , blindagem e STP (par trançado blindado) pode estar sujeito a variações. ISO / IEC 11801 : 2002 (Anexo E) tenta padronizar internacionalmente as várias designações para cabos blindados usando combinações de três letras - U para não blindado, S para blindagem trançada (na camada externa apenas) e F para blindagem de folha - para explicitamente indique o tipo de blindagem para proteção geral do cabo e para proteção de pares ou quádruplos individuais, usando uma abreviatura de duas partes na forma de x / xTP .

Os cabos blindados Cat 5e , Cat 6 / 6A e Cat 8 / 8.1 normalmente têm construção F / UTP, enquanto os cabos blindados Cat 7/7 A e Cat 8.2 usam construção S / FTP.

Como a blindagem é condutiva, ela também pode servir como um caminho para o aterramento. Um cabo de par trançado com blindagem metálica pode ter um fio de aterramento integralmente incorporado denominado fio dreno, que faz contato elétrico com a blindagem. O objetivo do fio dreno é facilitar a conexão aos terminais que geralmente são projetados para a conexão de fios redondos.

Os tipos de construção de blindagem comuns incluem:

Blindagem individual (U / FTP)
Blindagem individual com folha de alumínio para cada par trançado ou quad. Nomes comuns: par em folha de metal, par trançado blindado, par trançado blindado. Este tipo de blindagem ajuda a prevenir a entrada ou saída de EMI em pares individuais e também protege os pares vizinhos de diafonia.
Escudo geral (F / UTP, S / UTP e SF / UTP)
Folha geral, blindagem trançada ou trança com folha em todos os pares dentro do cabo de par trançado de 100 ohms. Nomes comuns: par trançado frustrado, par trançado blindado, par trançado blindado. Este tipo de blindagem ajuda a evitar que EMI entre ou saia do cabo.
Blindagem individual e geral (F / FTP, S / FTP e SF / FTP)
Blindagem individual usando folha entre os conjuntos de par trançado, e também uma folha externa ou blindagem trançada. Nomes comuns: par trançado totalmente blindado, par trançado blindado e blindado, par trançado blindado blindado, par trançado blindado blindado. Esse tipo de blindagem ajuda a evitar que EMI entre ou saia do cabo e também protege os pares vizinhos de diafonia.

Um dos primeiros exemplos de par trançado blindado foi o IBM STP-A, que é um cabo S / FTP de 150 ohms de dois pares definido em 1985 pelas especificações do IBM Cabling System e usado com redes Token Ring ou FDDI .

Nomenclatura comum da indústria para tipos de construção de cabo
Abreviações da indústria Designação ISO / IEC 11801 Blindagem de cabo Blindagem de par
UTP, TP U / UTP Nenhum Nenhum
STP, ScTP, PiMF U / FTP Nenhum Frustrar
FTP, STP, ScTP F / UTP Frustrar Nenhum
STP, ScTP S / UTP Trança Nenhum
SFTP, S-FTP, STP SF / UTP Trança e Folha Nenhum
FFTP, STP F / FTP Frustrar Frustrar
SSTP, SFTP, STP, STP PiMF S / FTP Trança Frustrar
SSTP, SFTP, STP SF / FTP Trança e Folha Frustrar

Tipos

Telefone analógico

Antes da comunicação digital e da Ethernet se espalharem, não havia um padrão internacional para cabos telefônicos. Os padrões foram definidos em nível nacional. Por exemplo, no Reino Unido, o General Post Office especificou os cabos CW1293 e CW1308. CW1308 era uma especificação semelhante ao CW1293 anterior, mas com um código de cores aprimorado. O CW1293 usava principalmente cores sólidas nos núcleos, tornando difícil identificar o par com o qual foi torcido sem retirar uma grande quantidade de revestimento. Para resolver esse problema. CW1308 tem anéis estreitos da cor emparelhada impressos sobre a cor de base. Ambos os cabos são um padrão semelhante ao cabo de categoria 3.

Antes do uso comum de polietileno e outros plásticos para isolamento, o cabo de par trançado de telefone era isolado com papel encerado ou algodão com um revestimento de cera aplicado ao cobre. A bainha geral desse tipo de cabo geralmente era de chumbo. Esse estilo de cabo começou a ser usado no final do século 19, logo após a invenção do telefone. A terminação do cabo nas caixas de terminação era selada com cera fundida ou resina para evitar a entrada de umidade, que degradaria seriamente as propriedades de isolamento do isolamento do papel. No entanto, essas vedações dificultaram as futuras manutenções e alterações. Esses cabos não são mais feitos, mas ocasionalmente ainda são encontrados em edifícios antigos e em várias áreas externas, geralmente aldeias rurais.

Infraestrutura de construção

Tipos padrão de cabeamento de par trançado
Nome Construção típica Largura de banda Formulários Notas
Nível 1 0,4 MHz Linhas de telefone e modem Não descrito nas recomendações EIA / TIA. Inadequado para sistemas modernos.
Nível 2 4 MHz Sistemas de terminal mais antigos, por exemplo, IBM 3270 Não descrito nas recomendações EIA / TIA. Inadequado para sistemas modernos.
Cat 3 UTP 16 MHz 10BASE-T , 100BASE-T4 Descrito em EIA / TIA-568. Inadequado para velocidades acima de 16 Mbit / s. Agora, principalmente para cabos telefônicos.
Cat 4 UTP 20 MHz Token Ring de 16 Mbit / s Não comumente usado
Cat 5 UTP 100 MHz 100BASE-TX , 1000BASE-T Comum para LANs atuais. Substituído por Cat 5e, mas a maioria dos cabos Cat 5 atende aos padrões Cat 5e. Limitado a 100 m entre equipamentos.
Cat 5e UTP, F / UTP, U / FTP 100 MHz 1000BASE-T , 2.5GBASE-T Enhanced Cat 5. Comum para LANs atuais. Mesma construção que Cat 5, mas com melhores padrões de teste. Limitado a 100m entre equipamentos.
Cat 6 UTP, F / UTP, U / FTP 250 MHz 5GBASE-T , 10GBASE-T ISO / IEC 11801 2ª Ed. (2002), ANSI / TIA 568-B.2-1. O cabo mais comumente instalado na Finlândia, de acordo com a norma EN 50173-1 de 2002. Limitada a 55 m de distância em 10GBASE-T
Cat 6 A UTP, F / UTP, U / FTP, S / FTP 500 MHz 5GBASE-T , 10GBASE-T Padrões aprimorados, testados para 500 MHz. Distância total de 100 m a 10GBASE-T ISO / IEC 11801 2ª ed. Sou. 2. (2008), ANSI / TIA-568-C.1 (2009)
Cat 7 S / FTP, F / FTP 600 MHz 5GBASE-T , 10GBASE-T Cabo totalmente blindado. ISO / IEC 11801 2ª Ed. (2002). Não é reconhecido pelo EIA / TIA.
Cat 7 A S / FTP, F / FTP 1000 MHz 5GBASE-T , 10GBASE-T Usa todos os quatro pares. ISO / IEC 11801 2ª Ed. Sou. 2. (2008). Não é reconhecido pelo EIA / TIA.
Cat 8 / 8.1 F / UTP, U / FTP 2000 MHz 25GBASE-T , 40GBASE-T ANSI / TIA-568-C.2-1, ISO / IEC 11801-1: 2017
Cat 8.2 S / FTP, F / FTP 2000 MHz 25GBASE-T , 40GBASE-T ISO / IEC 11801-1: 2017

Carregado

Um par trançado carregado adicionou indutância intencionalmente e era uma prática comum anteriormente em linhas de telecomunicações. Os indutores adicionados são conhecidos como bobinas de carga e reduzem a atenuação para frequências de banda de voz, mas aumentam em frequências mais altas. As bobinas de carga reduzem a distorção na banda de voz em linhas muito longas. Neste contexto, uma linha sem bobinas de carga é chamada de linha descarregada.

Ligado

Um par trançado ligado é uma variante de construção em que os dois fios de cada par são ligados entre si no comprimento do cabo. Lançado pela Belden , seu objetivo é ajudar a garantir a consistência da configuração durante e após a instalação. Um dos principais benefícios é que o desempenho da imunidade ao ruído do cabo pode ser protegido, apesar do manuseio potencialmente brusco. O desempenho aprimorado pode ser desnecessário e a ligação reduz a flexibilidade do cabo e o torna sujeito a falhas onde é flexionado.

Cabo de fita torcido

Cabo de fita trançado usado para conexões SCSI

Um cabo de fita trançado é uma variante do cabo de fita padrão em que pares adjacentes de condutores são ligados e trançados juntos. Os pares trançados são então levemente unidos entre si em um formato de fita. Periodicamente, ao longo da fita, há seções curtas sem torção onde os conectores podem ser fixados usando as técnicas usuais de cabo de fita IDC .

Cabo sólido x trançado

Um bloco de perfuração

Um cabo de núcleo sólido usa um fio sólido por condutor e em um cabo de quatro pares haveria um total de oito fios sólidos. O cabo trançado usa vários fios enrolados uns nos outros em cada condutor e em quatro pares com sete fios por cabo condutor, haveria um total de 56 fios (2 por par × 4 pares × 7 fios).

O cabo de núcleo sólido destina-se a trechos de instalação permanente ( link permanente ). É menos flexível do que o cabo entrançado e está mais sujeito a falhas se dobrado repetidamente devido ao endurecimento por trabalho . O cabo trançado é usado em patch panels e para conexões de portas de parede a dispositivos finais ( patch cord ou drop cable), pois resiste à quebra dos condutores.

Os conectores são projetados de maneira diferente para o núcleo sólido e para o trançado. O uso de um conector com o tipo de cabo incorreto pode resultar em um cabeamento não confiável. Os plugues projetados para núcleos sólidos e trançados estão prontamente disponíveis, e alguns fornecedores até oferecem plugues projetados para uso com os dois tipos. Os blocos punch-down nos conectores patch-panel e wall-port são projetados para uso com cabo de núcleo sólido. Estes funcionam através do método de deslocamento de isolamento , em que o dispositivo perfura as laterais do isolamento e "morde" o condutor de cobre para formar uma conexão. Os blocos punchdown são usados ​​como patch panels ou breakout boxes, para cabos de par trançado.

Propriedades

O par trançado tem os seguintes atributos úteis:

  • O ruído elétrico que entra ou sai do cabo pode ser evitado.
  • A diafonia é minimizada.
  • A forma mais barata de cabo disponível para fins de rede.
  • Fácil de manusear e instalar.

O par trançado tem as seguintes limitações:

  • Deformação: a suscetibilidade do par trançado à interferência eletromagnética depende muito dos esquemas de torção do par permanecerem intactos durante a instalação. Como resultado, os cabos de par trançado geralmente têm requisitos rigorosos para tensão de tração máxima, bem como raio de curvatura mínimo. Essa fragilidade dos cabos de par trançado torna as práticas de instalação uma parte importante para garantir o desempenho do cabo.
  • Delay skew: devido às diferentes taxas de torção usadas para minimizar a diafonia entre os pares, diferentes pares dentro do cabo têm diferentes comprimentos e, portanto, diferentes atrasos. Isso pode degradar a qualidade da imagem quando vários pares são usados ​​para transportar componentes de um sinal de vídeo. O cabo de baixa inclinação está disponível para mitigar esse problema.
  • Desequilíbrio: diferenças entre os dois fios em um par podem causar acoplamento entre o modo comum e o modo diferencial. A conversão de modo diferencial para modo comum produz correntes de modo comum que podem causar interferência externa e podem produzir sinais de modo comum em outros pares. A conversão de modo comum para modo diferencial pode produzir sinais de modo diferencial de interferência de modo comum de outros pares ou fontes externas. O desequilíbrio pode ser causado pela assimetria entre os dois condutores do par um do outro e em relação aos outros fios e à blindagem. Algumas fontes de assimetria são diferenças no diâmetro do condutor e na espessura do isolamento.

Veja também

Notas

Referências

links externos

Mídia relacionada a cabos de par trançado no Wikimedia Commons