屏蔽布線的必備知識

1? 屏蔽雙絞線和非屏蔽雙絞線的不同特點

　　屏蔽與非屏蔽布線系統孰優孰劣，一直是綜合布線領域的熱點話題。由于消費歷史的不同，在10G應用出現之前，歐洲用戶更多使用屏蔽布線系統，而北美用戶更多使用非屏蔽布線系統。隨著10G應用的出現，情況出現了很大的變化。根據BSRIA發布的新聞稿，“在所有的被訪問者中，計劃在數據中心采用6類、6A類、7類的比例差不多的，但在選擇10G銅攬鏈路的用戶中，有75%都計劃采用屏蔽的布線解決方案。”下面讓我們來分析一下屏蔽和非屏蔽的一些特點。

1.1? 技術差別（如表1所示）
表1

　　由于不可能生產完全理想結構的UTP雙絞線，并且UTP線纜的雙絞結構在施工過程中經過拖拉拽放后，必然會發生微小的變化，這種變化帶來的電磁干擾影響隨著傳輸數率增加而越來越敏感。

　　雖然FTP屏蔽雙絞線鋁箔內的線對也是精密的雙絞結構，但它們已經不承擔抵抗干擾的主要作用，接地的鋁箔對電磁信號具有非常優異反射、吸收、隔離的性能，它使傳輸數據的雙絞導線與外界的電磁環境完全隔離。

1.2? 性能特點

　　一般可以采用耦合衰減來衡量線纜抵抗干擾的能力。屏蔽系統一般比非屏蔽系統至少高20dB左右。

　　獲得SNR（信噪比）的余量是依賴于線纜的平衡性以及屏蔽層的共模和差模抗干擾能力。網絡應用需要大于零的SNR余量來保證正確的信號傳輸和最小的誤碼率。隨著10GBASE-T的出現，由良好的線纜平衡性來保證的噪音隔離已經幾乎不足以支持傳輸對象。而屏蔽系統與生俱來的抗外來串擾和噪音能力被證明能夠將香農容量加倍，引起了系統和應用開發者的重視。實際上，現在的屏蔽系統綜合了2代局域網布線的優點：其與非屏蔽一樣的雙絞結構帶來的平衡性保證抵抗低頻的干擾，在30MHz以上線纜的平衡性開始顯著下降的情況下，其屏蔽結構足以抵御高頻的干擾。

1.3? 應用領域（如表2所示）

表2

　　非屏蔽系統可以在普通的商務樓宇環境下穩定的工作，但不適合在對信息安全有高度要求，或者有電磁干擾的環境中。不能滿足特殊行業的要求：如政府、軍隊等行業用戶。

　　屏蔽系統在干擾嚴重的環境下，不僅可以安全的運行各種高速網絡，還可以安全地傳輸監控信號，以避免干擾帶來的監控系統假信息、誤動作等。比如當前正在蓬勃發展的中國電子政務建設，它包括內網和公網二方面。公網建設包括法律法規建設、政府網上辦公等；內網建設則非常特殊，包括了政府辦公自動化以及各級各地政府機構的信息共享、資源整合等涉及到國家安全的重要信息。屏蔽系統能防止電磁輻射泄露，保證機密信息的安全傳輸正好適用于內網建設。

1.4? 萬兆網絡應用

　　6類布線系統實現萬兆應用的主要因素包括：帶寬頻率范圍延伸到500MHz、必須減少線纜與線纜之間的相互串擾，即ANEXT。

　　屏蔽系統具有比非屏蔽系統更大的可用帶寬，一般傳輸萬兆以太網的最低要求布線系統至少具有18G的物理層信道傳輸能力，非屏蔽的萬兆布線系統物理層的傳輸能力為18~20GBps,剛剛達到底限，屏蔽的萬兆布線系統則可以達到35GBps以上的傳輸能力。

　　非屏蔽的布線系統雖然可以抵御一定的外界干擾，但工程中同一線槽內的雙絞線一般均為同廠家產品，這些線纜完全一樣，在傳輸高速網絡信號時，相鄰的線纜間會產生信號的相互耦合，尤其是相同顏色的線對由于絞距與方向完全一樣，耦合的干擾無法依靠平衡結構抵消。現在主要是依靠增加線纜外徑擴大線與線之間的距離、減少綁扎、改變線纜的形狀、限制不同類別的線纜在一個線槽等方法來彌補。但屏蔽布線的屏蔽結構使得它對降低線纜間的相互干擾有先天的優勢。屏蔽系統不僅可以屏蔽外界的電磁信號，鋁箔也同時阻斷了線纜本身的電磁泄露，不會發射干擾信號影響其它線纜的工作。緊密線槽內部的各個線纜同時運行萬兆以太網，相互間沒有影響。

1.5? 工程實施

　　非屏蔽布線系統由于在中國的工程項目中應用廣泛，在10G應用出現以前，其施工工藝也相對簡單。但同時需要特別注意絞距的保持，剝線的長度，彎曲半徑，以及與干擾源的隔離距離。

　　屏蔽布線產品技術的發展，使系統施工也越來越簡單，屏蔽效果越來越可靠。現在的屏蔽產品施工，不需要復雜的屏蔽層接地程序，模塊、配線架端接也簡單方便可靠。同時，由于近年國內政府、安全、軍事部門廣泛使用屏蔽布線系統，國內的中、大型布線系統集成公司均具有豐富的屏蔽布線施工經驗。

　　在10G應用出現以后，由于10GBASE-T 應用對外來串擾很敏感。相關產品需要謹慎設計以應對復雜的外來串擾環境。10G的非屏蔽布線系統實施要求嚴格地執行特殊要求的安裝工藝來幫助減少外來串擾，而屏蔽線纜結構有效抵御變形，對安裝工藝要求相對較低。

1.6? 關于標準

　　屏蔽布線標準已經非常完善成熟，2001年發布的TIA/EIA-568-B2的附錄K詳細的描述了對屏蔽布線系統的要求。并詳細說明的線纜及連接硬件的阻抗轉換的測量與計算方法。ISO11801標準中也同樣描述關于屏蔽布線系統的具體要求。在現場測試方面，屏蔽布線系統都是等同于相同級別的非屏蔽布線系統。

1.7? 關于測試

　　屏蔽布線系統的傳輸性能與非屏蔽布線系統一樣依據國際標準進行測試。但屏蔽性能方面的技術參數除屏蔽層的連續性外，其它如耦合衰減等確實無法現場測試，這必須通過產品本來的質量來保障。

　　目前屏蔽布線產品技術經過10余年的發展，已經非常成熟，甚至市場系統已經有了7類屏蔽產品。屏蔽線纜與接觸件產品的設計可以完全保障系統施工后屏蔽層的連續與360度的全程屏蔽。屏蔽布線系統按施工要求完好接地后，就可以實現預期的屏蔽效果。

　　事實上，包括非屏蔽系統，布線產品很多性能都是必須通過產品本身質量提供保證而在工程現場是無法驗證的。比如非屏蔽線纜也無法測試雙絞結構的精確度是否均勻來檢驗對電磁干擾信號的相互抵消情況。布線系統的兼容性能、防火性能、抗老化性能、對溫度的敏感性、光纖系統的色散指標等等方面的保障，都是需要通過廠家的ISO質量保證體系、產品第三方測試等手段來實現。

　　屏蔽系統由于其與生俱來的屏蔽特性擁有得天獨厚的抗外界干擾能力，使得外部ANEXT的串擾被消除，從而無需進行現場ANEXT測試。而對6A UTP系統來說，Alien外部串擾的現場測試卻是不可缺少的。

2? 屏蔽雙絞線的分類

　　屏蔽雙絞線按性能分類：FA級/7類、EA級/6A類、E級/6類、D級/5E類。

　　屏蔽雙絞線按結構分類：平衡元素、每個單元線對的屏蔽層、總體的屏蔽層、非屏蔽、鋁箔屏蔽、鋁箔屏蔽、編織網屏蔽、編織網和鋁箔雙層屏蔽。

3? 屏蔽布線產品的特點

3.1? 標準中對屏蔽系統的描述

　　2001年公布的TIA/EIA-568-B標準增加了對屏蔽（ScTP）布線系統的支持，特別是TIA/EIA-568-B.2中新增的附錄K用了12頁的篇幅來描述屏蔽（ScTP）布線系統的要求，并詳細說明了線纜和連接硬件轉換阻抗的測量及計算方法。

　　“當屏蔽結構被采用時，可以改善對信號載體電磁輻射的控制以及對外界電磁干擾源的抗擾能力。”由此可見，相對UTP系統而言，ScTP系統的優勢在于增加了對內對外的雙重EMI保護。而目前國內屏蔽用戶看重的主要還是對于外界電磁干擾的防護。

　　“然而，提供這些好處的屏蔽能力基于多種因素。包括布線系統部件（線纜和連接器）的特性，安裝的方法和保護，以及相連有源設備的設計。”可見，光靠簡單的選用屏蔽線纜和接插件，是不能夠滿足所希望的傳輸和屏蔽效果的。

　　“它（ScTP布線系統）包括屏蔽水平線纜，屏蔽主干線纜，屏蔽工作區連接硬件，屏蔽電信間連接硬件，屏蔽跳接線。”屏蔽跳線是整個系統中最容易被忽視的環節，所以說，跳線是應用的基礎，需要采用工廠檢驗的屏蔽跳線把屏蔽鏈路真正地延伸到“端到端”的網絡應用。

　　“它（標準）定義了屏蔽匹配性和屏蔽接地要求，使優化電磁兼容（EMC）性能。”匹配性是指模塊化插頭插座的性能匹配，關系到產品間的兼容性，而接地則是屏蔽布線系統的重要必備步驟。

　　轉換阻抗：“衡量屏蔽性能的參數，由被屏蔽層包圍的導體上的電壓與屏蔽層外表面電流之比來表示。”

　　“轉換阻抗直接影響屏蔽線纜和屏蔽連接硬件的屏蔽功效（受電磁場影響的屏蔽質量）。”

　　“符合轉換阻抗標準的線纜和連接硬件并不足以保證鏈路和信道的正確轉換阻抗。線纜屏蔽層必須完全按照制造商操作手冊端接到連接硬件的屏蔽層上。不同廠商的相關屏蔽層結構設計是相對獨立的。”

3.2? 屏蔽布線產品的特點

　　使用屏蔽布線系統，尤其是屏蔽6A系統的優勢很多，包括：

　　（1）更好的性能

　　◆相對于UTP只能提供18Gbps的香農信道容量而言，FTP可以提供超過23Gbps；
　　◆更好的10G性能余量意味著支持更多未來的網絡應用，從而進一步降低系統的全壽命周期費用；
　　◆優異的外部串擾性能，比UTP的串擾性能好上20dB；
　　◆屏蔽的天然特性使得外部ANEXT的串擾被消除，從而無需進行現場測試，而對6A UTP系統來說，Alien外部串擾的現場測試卻是不可缺少的。

（2）更好的安全性

　　◆在外界噪聲干擾嚴重的環境中，屏蔽系統對噪聲的免疫性可以為高速率信號傳輸提供更好的保證，更能勝任噪音環境下的無故障運行；
　　◆屏蔽系統可以排除外界輻射，從而提高信號的安全性。

（3）更好的空間利用率和易安裝性

　　◆ 比6A UTP更細的線纜可以提高管槽的容積利用率；
　　◆ 6A UTP有諸多的嚴格安裝限制如彎曲半徑，不可過緊的線纜綁扎帶，因為不同速率的信號傳輸將產生ANEXT并干擾到6A UTP性能，所以6A UTP不可與5e類或6類混合在一個線槽或橋架里等，而屏蔽系統無此限制；
　　◆ 新的產品端接設計使得接地更加簡單，而且步驟清晰明了。

（4）更好的散熱功能，更節能

　　◆ 屏蔽系統擁有更好的散熱功能。根據最近來自TIA和ISO/IEC標準委員會的理論和實驗數據顯示：在同樣的直流電穿過線對時，UTP非屏蔽系統會比F/UTP屏蔽系統升高兩倍的溫度。原因是因為金屬的屏蔽層的導電性和散熱能力比起護套材料高很多；

　　◆ 比6A UTP更細的外徑提高了空氣流通性和制冷效果，更加節能。

　　基于10G 6A F/UTP的綠色節能的屏蔽數據中心解決方案

　　針對數據中心，用戶最關心的，或者說布線系統最該考慮的可以歸納為以下幾點：外來串擾最小化、防止線纜外皮變形、優化線槽/管道填充率、支持高密度安裝的能力、便于安裝。

（5）屏蔽的誤區一

　　誤解：屏蔽層是一長段金屬,就象天線一樣。

　　擔心：屏蔽會從外界吸收信號,并向外界輻射雙絞線對上傳輸的信號。

　　事實：從某種意義上講，屏蔽層和雙絞平衡銅纜都像天線一樣，由于平衡傳輸的結構，低于30MHz的信號不會影響非屏蔽/屏蔽布線，高于30MHz的信號無法穿透屏蔽層。

測試模型的驗證數據（如圖1所示）

圖1

　　 F/UTP布線比UTP系統提供40dB的抗噪音余量空間，40dB等效于耦合信號強度降低100倍。

（6）屏蔽的誤區二

　　誤解：出現在屏蔽層上的噪音信號只能經由接地連接消除。

　　擔心：未接地的屏蔽層會輻射和放大吸收信號。

　　事實：盡管未接地, 屏蔽層仍能因其電阻、分布電抗和串聯電感而形成的低通過濾作用，極大地衰減高頻信號。

　　測試模型的驗證數據（如圖2所示）。

圖2

　　未接地的F/UTP布線比UTP系統提供20dB的抗噪音余量空間，20dB等效于耦合信號強度降低10倍。

4? 接地設計

　　“接地系統是電信布線系統的整體組成部分之一。除了保護個人和設備受電壓危害，一個正確的接地系統能減少對于和來自電信布線系統的電磁干擾（EMI）。不恰當的接地系統會引入電壓干擾電信線路。”

　　“端接ScTP線纜時，接地漏極線必須按照制造商的要求連接至連接硬件。在跳接空間的連接硬件必須連接至ANSI/TIA/EIA-607接地系統。”

　　“ScTP線纜的屏蔽層必須在電信間用導線連接至電信接地總線。工作區的接地通過設備電源連接。工作區的屏蔽連接一般由ScTP跳線完成。在水平布線的工作區端，在屏蔽層和為設備供電的電插座接地線之間測得的電壓不能超過1.0Vrms。在使用這條線路前，任何造成高電壓的因素都要被排除。”

　　一般和其他系統聯合接地時，接地電阻不得超過1? 。如果單獨接地，接地電阻不得超過4。

　　美國國家電氣規范NEC條款250和EIA/TIA 607還指出，實心銅制接地母線孤立絕緣地安裝在入口設施處和設備間，每個電信間也如此。每根母線按照國家電氣制造協會NEMA標準鉆孔，經常用以附接壓縮閂裝置、電信設備、機架、機柜和電壓保護器等。所有房間的母線由主干絕緣實心銅線連接。這個主干連接電信入口處的主接地總線，連至電氣入口處的大地接地，連至每層樓的鋼筋結構。接地導體布線必須用綠/黃色或正確標注。

　　如今大部分新大樓的建筑部門已經在弱電間或電信間、設備間、入口設施之間提供了低壓接地總線。

　　安裝布線系統的安裝商，應該在每個TR使用1根接地線連接機架/柜至上述低壓接地總線，這些接地線可以是AWG 6或更粗絕緣銅線，顏色是綠/黃。

　　如果是沒有接地系統的舊樓，安裝商必須和建筑部門協調，按照607或地方法規自行安裝主干接地系統。不可以連接至水管。

　　對于UTP或ScTP，上述步驟和要求是一致的。

　　對于ScTP布線系統，安裝商需要在TR另外使用絕緣接地線連接ScTP配線架接地片和機架/柜的接地片。

　　西蒙的HD-S或TERA系列屏蔽配線架在左右兩側都有接地片。可以使用AWG6（4.115mm）或更粗接地線把多個快接配線架連在一起連接接地系統。

　　如果使用CT屏蔽配線架，需要使用接地背架連接每個CT屏蔽模塊至機架屏蔽系統。工作區不需要接地，只要求插座、線纜和配線架的屏蔽層端接連通。