84 / 112
EuroWire –
ноябрь
2009
г.
82
Техническая статья
мощный цифровой поток. Это не значит,
что обычный коаксиальный кабель 75
Ом не смог бы транспортировать этот
сигнал, однако его тестирование или
снятие его характеристик на таких
высоких частотах не проводилось, и
пользователь не имеет никаких указаний
на то, будет работать такое устройство
или соединительный кабель или нет.
У большинства аналоговых кабелей,
тестированиеилисертификациякоторых
на частотах свыше 1 ГГц проводится
крайне
редко,
эксплуатационные
характеристики при передаче сигналов
высокойисверхвысокойчеткостипросто
неизвестны. Многие их этих кабелей
характеризуются весьма неустойчивым
уровнем
полного
сопротивления
и демонстрируют высокие потери
на отражение. Для монтажника или
конечного пользователя это будет
незаметно до момента фактического
использования кабеля.
На рис. 1 представлен выходной сигнал
стандартного устройства с высокой
четкостью изображения. Как следует из
таблицы 1, частота тактового сигнала
устройства с выходным сигналом
1080p/60 вдвое выше и в нашем случае
равна 1,5 ГГц. Частота второй гармоники
должна составлять 3 ГГц, а третьей – 4,5
ГГц.
Проблемы при
тестировании
Исходную проблему для 4,5 ГГц и
других высоких частот можно легко
выявить, связавшись с производителем
или дистрибьютором контрольно-
измерительной аппаратуры: такой
аппаратуры для частот свыше 3 ГГц при
75 Ом просто не существует. Причина
этого не столь очевидна. Большинство
производителей
контрольно-
измерительной
аппаратуры,
скорее всего, заявят об отсутствии
спроса на аппаратуру для частот
выше 3 ГГц. Как минимум, один
производитель
кабельной
продукции,
пожелавший
провести тестирование кабелей
на частотах, превышающих 3 ГГц,
решил заказать специальные
согласующиесхемы,выполненные
под свои сетевые анализаторы
[прим. 1.] Поскольку третья
гармоника тактового сигнала
1080p/60 имеет частоту 4,5 ГГц
(1,5 x 3 = 4,5), и контрольно-
измерительная аппаратура, и
согласующие сети должны пройти
тестирование и сертификацию
для работы с такими высокими
частотами.
Что тестировать?
Несмотря на наличие ряда базовых
испытаний для кабельной продукции,
таких как испытание на определение
затухания, существуют другие тесты,
которые
дадут
более
значащие
результаты в высокочастотной области
сигналов высокой и сверхвысокой
четкости. Ключевым среди этих тестов
является тест на определение потерь на
отражение. При определении потерь на
отражение устройство, кабель, разъем
или любой иной пассивный компонент
тестируется на постоянство значений
полного сопротивления.
Для всех пассивных устройств было
выбрано
полное
сопротивление,
равное 75 Ом, так как оно обеспечивает
наименьшие потери при слабых,
низковольтных сигналах, таких как
видеосигналы. Следовательно, полное
сопротивление везде должно составлять
ровно 75 Ом. Однако точность не может
быть обеспечена повсеместно. Хотя
при традиционном подходе в расчет
бралось бы полное сопротивление, для
большейубедительностицелесообразно
рассмотреть отражения, вызванные
дисбалансом полного сопротивления. На
рис. 2 представлена диаграмма потерь
на отражение на отрезке кабеля.
На рис. 2 показаны потери на отражение
в диапазоне до 3 ГГц. Отметим, что
фактическая величина потерь на
отражение меняется с изменением
частоты: в нашем случае она составляет
менее –30 дБ для большей части
частотного спектра, эпизодически
выходя за границу -40 дБ, с отдельными
«всплесками» на отметке порядка –25
дБ. Двумя линиями над диаграммой
показаны, во-первых, гарантированные
производителем значения, а короткой
линией в верхней части – установленные
SMPTE предельные значения согласно
стандарту SMPTE 292M для систем
вещания. В данном примере гарантия
производителя сводится к тому, что в
любом кабеле, предназначенном для
ТВЧ, потери на отражение должны быть
не хуже –23 дБ в диапазоне от 5 МГц
до 850 МГц и –21 дБ в диапазоне от 850
МГц до 3 ГГц. Такая гарантия должна
всегда обеспечиваться применительно
к пассивным компонентам, таким как
кабель, разъемы, коммутационные
панели,
соединительные
шнуры,
переходники и другие аналогичные
устройства. Идущая над ней линия с
установленными SMPTE предельными
значениями представляет собой потери
на отражение –15 дБ. В таблице 2
приводятся различные значения потерь
на отражение в сравнении с достигнутым
уровнем согласования: процентного
соотношения отраженных и переданных
сигналов.
Каким должен быть
уровень отраженного
сигнала?
Даже при крайне неудовлетворительном
управлении полным электрическим
сопротивлением
и
потерях
на
отражение на уровне –10 дБ отражение
составляет всего 10 %, поэтому 90
% сигнала достигает места своего
назначения.
Однако
отраженный
при этом сигнал не покидает кабель,
как происходит в случае, когда под
действием сопротивления небольшая
часть сигнала преобразуется в тепло, а
возвращается на микросхему, которая
посылает сигнал. В ранних конструкциях
микросхем существовали реальные
проблемы с отраженным сигналом, и
зачастую уровень отражения менее
10 % оказывался достаточным, чтобы
вызвать отказ микросхемы. Серьезным
усовершенствованием в конструкции
микросхем в последние два десятилетия
стала их способность выдерживать
большие объемы отраженных сигналов с
сохранением своей работоспособности.
В
идеале
пассивное
устройство
должно было бы иметь сопротивление,
составляющее ровно 75 Ом, при
полном отсутствии отражения, но
это невозможно. Именно поэтому
обеспечение
ранее
упомянутого
гарантированного уровня потерь на
отражение становится обязательным
требованием
для
максимизации
высокой разрешающей способности
кабеля, разъемов и других аналогичных
компонентов. Следует также иметь в
виду, что требование стандарта SMPTE
в отношении потерь на отражение (–15
дБ, или 3,16 % отраженного сигнала)
Потери на
отражение Согласование Отраженный
сигнал
-10 dB
90%
10%
-15 dB
96.84%
3.16%
-20 dB
99%
1%
-21 dB
99.21%
0.79%
-23 dB
99.5%
0.5%
-25 dB
99.68%
0.32%
-30 dB
99.9%
0.1%
-35 dB
99.97%
0.03%
-40 dB
99.99%
0.01%
Таблица 2
▲
▲
:
Сравнительный анализ потерь на отражение и
уровня согласования