在CAN,、RS-485等總線應用中,，一般建議使用屏蔽雙絞線進行組網(wǎng),、布線,，從而減少外界干擾對總線通信的影響,。對此很多工程師知其然,，卻不知其所以然,。秉承著尋根究底的態(tài)度，本文將簡單地介紹一下雙絞線抗干擾的原理,。

　　差分信號傳輸

　　CAN,、RS-485接口采用的是差分信號傳輸方式。差分信號傳輸是一種使用兩個互補電信號進行信息傳遞的方法,。以高速CAN為例,，不同的邏輯狀態(tài)通過CANH、CANL兩根信號線進行傳輸,，接收電路只對兩根信號線的信號差值進行識別,。理想狀態(tài)下，CAN總線的波形如圖1所示,。

　　圖1

　　干擾信號一般以共模的形式存在,，當總線受到干擾時，兩根總線會同時受影響,，但其差分電壓并不會受影響,，如圖2所示。相對于單端信號傳輸方式來說,，差分信號傳輸方式具有更好的抗干擾能力,。

　　圖2

　　當然，采用了差分傳輸方式也并不可以高枕無憂。CAN,、RS-485總線經(jīng)常用于遠距離通信,，線纜長度的增加，各種干擾通過線纜耦合到總線上,，極大地增加了外界對總線通信干擾的概率,，如果線纜選用及使用不當，極有可能造成通信異常,。對于CAN,、RS-485等總線應用，一般我們會推薦使用雙絞線,。

　　噪聲的耦合機理

　　要了解雙絞線的優(yōu)點,，需要先理解干擾是如何影響到有用信號的。干擾（噪聲）一般通過耦合的方式對系統(tǒng)進行影響,，常見的耦合機制有4種,，分別是傳導耦合、電容耦合,、電感（感應）耦合以及輻射耦合,。

　　干擾源與受干擾電路具有電氣連接，如共地,，干擾源的電流流動使公共部分形成電流并產(chǎn)生干擾電壓,，從而對受干擾電路的信號造成影響，這種方式為傳導耦合,。圖3為傳導耦合示意圖,，Es是信號源，Zs是信號源內(nèi)阻,，Zc是公共部分阻抗,，Zl是負載阻抗，En為干擾源,，Vl為負載電壓,。干擾源En產(chǎn)生的電流流過Zc，在Zc上產(chǎn)生壓降,，導致Vl電壓變化,，由此影響負載側(cè)的信號。

　　圖3

　　電容耦合出現(xiàn)在兩個鄰近導體存在變化的電場時,，干擾電流通過導體間的耦合電容流入受干擾電路,。由于耦合電容一般很小，其阻抗很大,，故干擾源對于受干擾電路可看作一個恒定電流源,，信號電路的阻抗較大時，影響特別明顯。圖4為電容耦合示意圖,，Es是信號源,，Zs是信號源內(nèi)阻，Cm是耦合電容,，Zl是負載阻抗，En為干擾源,，Vl為負載電壓,。干擾電流通過Cm流入Zl，對Vl造成影響,。

　　圖4

　　電感（感應）耦合出現(xiàn)在兩個平行導體之間存在變化的磁場時,。干擾源電流流過導體產(chǎn)生磁通，磁通在受干擾電路導體中形成感應電動勢,，從而影響受干擾信號,。在這種情況下，噪聲可以看作一個恒定電壓源,，因此在低阻抗電路中噪聲影響變大,。圖5是感應耦合的示意圖，Es是信號源,，Zs是信號源內(nèi)阻,，Lm是互感，Zl是負載阻抗,，En為干擾源,，Vl為負載電壓。干擾源En電流流過互感Lm,，在受干擾電路形成電壓,，對Vl造成影響。

　　圖5

　　輻射耦合出現(xiàn)在干擾源與受干擾器件距離較遠的情況,，干擾源及受干擾器件均作為無線天線,，干擾源發(fā)送出干擾電磁波，而被受干擾器件接收,。

　　雙絞線的優(yōu)點

　　雙絞線由兩根相互絕緣的導線相互纏繞而成,，特別適合差分信號傳輸場合，與平行線相比,，可以更有效地抑制干擾,。

　　u消除電容耦合

　　相對于平行對線，雙絞線每根單線對干擾源或地的耦合電容值更加接近,，阻抗更加平衡,，如圖6所示。

　　圖6

　　由于雙絞線緊密纏繞在一起，兩根線與噪聲源之間的耦合電容,、與大地之間的阻抗基本一致,。噪聲源流入到兩根信號線的干擾電流基本相同，兩根信號線的差值不變,，耦合電容的電流轉(zhuǎn)化為共模干擾,。如圖7，耦合電容C1=C2,，Z1=Z2,，干擾源流入C1，C2的電流相等,，即1,、2兩個根線產(chǎn)生的電壓相等，Vn=0,。由于差分信號傳輸方式具有良好的共模抑制能力,，因此可以消除電容耦合的影響。

　　圖7

　　u消除電感（感應）耦合

　　若使用平行線,，兩根信號線會形成一個很窄的環(huán)路,，這個環(huán)路會拾取環(huán)境中的磁場干擾。雙絞線的結(jié)構(gòu)是以固定的間距扭轉(zhuǎn)傳輸線的兩個導體,，使得由磁場引起的電動勢方向在每個相鄰的“小環(huán)路”處反轉(zhuǎn),，因此可以順序地抵消。從電路上看,，每個相鄰“小環(huán)路”處的互感對噪聲源來說是一正一負的,，導線整體互感變?yōu)榱恪Ｈ鐖D8所示,，平行線受到外界磁場干擾時,，兩根導線的感應電流無法抵消，會產(chǎn)生較大的感應電壓,，影響信號傳輸,。而雙絞線的結(jié)構(gòu)使導線的感應電流相互抵消，不會產(chǎn)生感應電壓,。

　　圖8

　　u減少對外干擾

　　用于差分信號傳輸時,，雙絞線兩根線的電流大小相等，方向相反,。如圖9,，理想狀態(tài)下，雙絞線兩線組成的每兩個相鄰的“小環(huán)路”所形成的磁場方向相反,，大小相等,，可以相互抵消,，故雙絞線對外的電磁干擾比平行線纜要小。

　　圖9

　　在差分傳輸應用中,，雙絞線不僅可以降低自身對外界的干擾,，同時可以消除與外界干擾源的電容耦合和感應耦合，具有一石二鳥的作用,，因此雙絞線在諸如CAN,、RS-485等差分信號傳輸?shù)膽弥械玫搅藦V泛使用。

　　上文均是基于理想的雙絞線進行分析,，但實際的雙絞線由于制作時絞合程度,、絞合的偏差、線纜本身的寄生參數(shù)差異等,，并不理想，所以在實際應用中,，雙絞線對噪聲抑制能力會減弱,。

　　由于雙絞線的結(jié)構(gòu)并不能消除傳導耦合以及輻射耦合的干擾，在一些干擾嚴重的場合,，仍需要配合隔離技術(shù)和屏蔽技術(shù)以提高系統(tǒng)的抗干擾性能,。隔離技術(shù)可以有效抑制傳導耦合形成的共模干擾，而屏蔽技術(shù)可以有效抑制輻射干擾,。

　　在干擾嚴重的場合,，選用隔離收發(fā)器，并配合屏蔽雙絞線使用,，會為CAN,、RS-485應用提供良好的抗干擾性能，保障通信的可靠性,。