基于1394总线线缆插入损耗的测试与研究
时间：2020-12-09 20:02:56 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：线缆传输性能直接影响到高速系统通信的质量，为确保高速通信系统的可靠性和安全性，通过理论分析与实验测试结合的方式介绍了影响1394总线线缆插入损耗性能指标，并分析了影响插入损耗指标的因素，进而提出提高系统通信质量和传输距离的具体措施。
关键词：插入损耗；传输信号质量；1394b协议
中图分类号：TP301文献标识码：A文章编号：1672-7800（2012）012-0040-02
0引言
目前，高速通信系统对传输线缆的物理特性的要求越来越高，各种性能指标都会影响高速通信系统的传输质量和距离，而损耗过大已成为高速系统传输距离的重要瓶颈。为提高信号的传输距离，减少信号在传输线缆中的损耗，必须通过实验研究，分析影响损耗的主要因素，从而降低线缆的插入损耗，实现远距离的高速通信。本文对1394总线专用线缆插入损耗进行测试和分析，总结出了影响损耗的关键因素，并提出相应措施减少线缆的插入损耗。
1IEEE-1394b协议线缆规范分析
IEEE 1394最初是由Apple（苹果）公司提出的，当时的目的是简化计算机的连线，并为实时数字数据传输提供一个高速接口。最初Apple公司为其命名为FireWire（火线）。1995年，IEEE（国际电气和电子工程师协会）以FireWire技术为基础定义了IEEE1394-1995规范。 2002年，对IEEE1394-1995规范进行了不断的完善，确定IEEE-1394b，其目标是用于传输多媒体数据，其带宽、传输速度、距离等都有了大幅度提高。
1394b协议定义了电缆损耗和接收灵敏度等指标，这些规范没有明确规定电缆长度，在最坏的情况下，传输信号随着线缆的长度增加而变弱，最终导致线缆的损耗和延迟等指标不满足要求；在军事和航空航天器应用领域，采用变压器来增加传输信号的强度，但变压器具有内在的损失，从而减少相应的最大传输距离；所以线缆最长距离规定为4.5m。
因此，新一代航空电子系统对线缆的性能要求越来越高，为了实现高速传输系统的高可靠性和高实时性，1394b协议规定线缆必须具有四芯导线结构并且包括两组差分对传输线（位于直角轴），线缆中两组差分对具有绝缘屏蔽层， 而且协议还明确要求线缆的指标如表1所示。
2.0dB2线缆插入损耗测试和分析
2.1线缆插入损耗概念
插入损耗是指在传输系统的某处由于元器件的插入而发生的负载功率的损耗，表示该元件或器件插入前的负载上所接收的功率和插入后同一负载上所接收的功率比。计算公式如下：
IL=-10log（Po/Pi）（1）
（1）式中：Pi为输入到输入端口的功率，单位为mw；Po为从输入端口接收到的功率，单位为mw。
插入损耗主要包括信号的衰减和阻抗不连续；衰减是由于信号振幅随链路长度的增加而减少导致的，线缆越长，信号的频率越高，则信号的衰减越大；阻抗不连续是由于线缆和连接器的安装工艺造成的，工艺越差，阻值就不匹配，进而导致损耗增加；一般插入损耗与链路的长度、材质的好坏、温度以及阻抗是否连续相关，这些因素都会使插入损耗增加。因此，为减小高速传输系统的插入损耗，必须对影响它的因素进行分析和研究，提高系统的传输距离和可靠性。
2.2线缆测试准备
线缆测试用于测试作为机载通信介质的线缆指标是否符合机载通信环境的基本要求。机载通信线缆采用四芯同轴电缆，集成两对差分线，提供1394信号传输的基本收发通路。
线缆测试采用具备非平衡差分变压器的网络分析仪（满足250MHz）。将线缆的一端剥开大约1/4 inch，并裸露出金属（图1），同时导线另外一侧保证线缆中各个信号线或信号线和屏蔽层之间无连接，且所测试的线缆长度不得小于10ft（3.048m）。
2.3线缆测试方法
（1）表2给出了被测线缆的长度要求。插入损耗测试是一项彻底的测试，因此被测线缆的每一端都将连接到测试设备上。采用这种方式进行的大量线缆测试可以使得在线缆选择指导方面上的一些设想得到验证。
（2）校准网络分析仪的频率范围，使其包含250MHz。
（3）将下面的差分对连接到网路分析仪：①蓝-橙-屏蔽；②红-绿-屏蔽；③被测线缆与网络分析仪接好后，就可以测量在250MHz条件下插入损耗的分贝（dB）数。四芯导线结构中的两组差分对（蓝/橙和红/绿）必须进行独立测量；④分别测试在不同温度下，两种不同型号线缆的插入损耗。
协议规定的失败标准：
对于使用有源变压器的系统，在250MHz条件下，只要每一个线缆测试长度下有一个测量值大于6.0dB，那么测试失败。
对于使用无源变压器的系统，在250MHz条件下，只要每一个线缆测试长度下有一个测量值大于2.0dB，那么测试失败。
2.4测试结果分析
根据1394协议要求，严格按照协议规定的测试流程进行测试，记录结果如下：
根据测试结果，得出结论：由于不同型号的线缆，材质不同，制作工艺等因素的影响，线缆插入损耗不同；同一种型号的线缆，随着长度的增加，线缆的损耗也随之增加；由测试结果可以得出，该线缆符合协议的要求，18m的24#线缆的插入损耗是5.5657dB（小于6dB）；23m的22#线缆的插入损耗是5.4533dB（小于6dB）。
根据测试结果，对比表3和表 4得出结论：由于测试温度的变化，同种型号和同样长度线缆的插入损耗会变大；因此，当工作温度升高时，传输线缆的插入损耗变大，信号经过线缆的有效传输距离变小。
3结语
本文通过对IEEE-1394b协议及相关协议的理解和分析，对1394总线专用线缆的插入损耗进行测试，并对测试结果进行分析和判定：该线缆符合协议要求，常温下，规定长度以内线缆的插入损耗不大于6dB；并且随着线缆长度的增加，插入损耗也在增加。因此，对于不同材质的线缆，插入损耗是不同的，随之不同线缆可以传输的距离也是不同的；不同的用户可根据传输系统的要求，选择符合要求的线缆，满足传输系统的要求。
