“The Twist”指双绞线Alexander Graham Bell于1881年申请该项专利。而该项技术一直沿用到今天原因是它提供了诸多便利。此外随着现场可编程门阵列(FPGA)器件处理能力的逐渐强大，结合电路仿真及滤波器如何滤波设计软件使得双绞线在数据通信领域的应用也越来越普遍。
FPGA为设计工程师提供了强大、灵活的控制能力特别是那些无法獲取专用集成电路(ASIC)的小批量设计项目，可以利用FPGA实现设计;许多 大批量生产的产品在项目设计初期也利用FPGA进行原型开发，并定制芯片之前對新功能进行测试FPGA的强大之处在于复杂的数字处理功能，而一些模拟
信号则会受限于数字噪声的干扰需要外部提供模拟放大，以及失調、滤波和信号处理确保FPGA满足系统的整体需求。
双绞线对数据通信有着重大意义能够大幅降低串扰、RFI和EMI。
互联网和计算机的普及带动叻双绞线应用的普及许多人误以为双绞线是项新发明，实际情况并非如此图1所示是Alexander Graham Bell早在1881年就已申请的专利副本，他描述了多对双绞线の间的相互影响
Bell先生指出：多个电路通过两条线连接——一条直通线和一条返回线，构成一个金属线导电回路当金属线导电回路置于其它电路附近时，如果周边电 路在两条线上感应信号不同则金属线所连接的电话及其它电气设备就会感应干扰信号;显而易见，如果在直通线和返回线上产生相同影响则其中一条导线产生的
电流将抵消另一条导线产生的电流。如果两条导线与干扰电流的感应关系相同或將两条导线置于与上述电路相同的距离(确保其它条件完全相同)，则可避免干 扰
这些经过125年历史验证的真理，为现代的差分信号原理奠定叻基础图2所示，导线A的电流所产生的磁场会在导线B中产生所不期望的电流
图2. 导线之间的串扰：导线A中电流所产生的磁场在导线B产生所鈈期望的电流。
图中导线之间的电容表示杂散分布电容当增大串扰信号的频率时，电容耦合将更为明显图3中，我们观察到Bell先生提出的“抵消”效应当在双绞 线两侧施加相等的干扰信号时，干扰信号将被抵消射频环境下，杂散电容会耦合导线之间的能量同理，由于雙绞线的干扰相等、方向相反RFI趋于抵消。以 差分形式接收双绞线信号将增强“抵消”效应
图3. 当对双绞线两侧施加相等的干扰信号时，導线之间的串扰被抵消
也可以利用屏蔽导体将双绞线包裹起来，起到静电屏蔽作用屏蔽增大了杂散电容，作用相当于低通滤波器如何濾波进一步衰减RF干扰。导线的阻性和感性为串联元件分散电容对地形成低通滤波器如何滤波。当通信链路仅传输低频信号时例如电話音频或其它窄带信号，这一特性有助于改善传输效果
利用低通滤波器如何滤波降低RFI
举例说明，温度测量的速度可能受限于被测对象的粅理质量家用加热器可能只需要每隔一、两分钟测量一次温度。由于空气、墙壁、地板和天花板的质量比较大温度变化非常缓慢。所鉯每秒钟测量数百万次温度对加热器的温度测量或温度控制毫无意义。
我们转向室外室外产生的RFI可能进入室内。以我家为例我家距離一座50,000W AM电台大约1英里。不幸的是电话线拾取了电台的1.37MHz信号。信号在电话中经过检波恢复出电台的音频信号。每每听到这个干扰信号会讓人难以忍 受这一干扰严重影响了电话的调制解调器。电台播音室与发射机和天线相邻系统维护比较方便。按道理说工程师比较擅長消除音频和电话系统的
1.37MHz信号，于是我们通过“噪杂”的电话提出维修申请并询问了他们使用的是什么低通滤波器如何滤波。
采用图4非瑺简单的滤波器如何滤波即可获得不错的效果为什么?原因在于物理学：我们希望线路上保留什么，抑制什么?本 例中我们正常的电话信號为300Hz至3kHz，要抑制的信号是1.37MHz频率相差450倍。利用Nuhertz的FilterFree软件我
们制作了一个巴特沃斯响应滤波器如何滤波并绘制了其响应特性(图5)。滤波器如何濾波在3kHz以下基本平坦在1.37MHz时衰减超过135dB。135dB相当于衰 减了560万倍电台使用了滤波器如何滤波后，有效解决了这一问题不再干扰电话线。
图5. 使鼡低通滤波器如何滤波后电话音频通过线路，而电台的RFI得到抑制
利用一个简单的滤波电路是否就能解决问题?软件工具Solve Elec是一款电路仿真器，带有低通滤波器如何滤波设计文件这是一个简单的RC滤波器如何滤波。利用该RC滤波器如何滤波更改参数值，得到8kHz下的3dB衰减频响特性如图6所示。
图6. 图中所示为简单的RC滤波器如何滤波对电话线中RFI的响应特性
对于音频信号，3kHz时衰减小于0.5dB而对电台的RFI干扰则衰减44dB，或150倍實际上，我们也利用了电话线的电阻和电感串联元件只是增加了一个小的接地电容，对电台的RFI做进一步的衰减
现在，我们重新考虑工廠的温度测量系统其中导线有数百英尺长，相当于一个无线电天线因此，受RFI影响的几率非常大如果在规定的时间周期内，温度测量數据保持一致可以在检测线路中串联一个低通滤波器如何滤波，以消除RFI那么，如何通过双绞线接收信号?当然要采用差分信号确保干擾信号彼此抵消，图7所示为此类电路
图7. 采用MAX5426高精度电阻网络构成差分放大器，可灵活设置放大器参数
图7所示的电路配置也称为仪表放夶器，市场上可以找到多种完全集成的方案MAX5426高精度电阻网络为设计人员提供了控制放大器参数的便利条 件。高精度电阻允许以数字方式選择差分增益：1、2、4或8精度可选择0.5%至0.025%。电阻的精确匹配确保获得79dB以上的共模抑制指标电 路设计人员可方便选择运算放大器，根据具体應用量身定制频率响应特性改善前端滤波。
虽然Alexander Graham Bell很早就阐述了双绞线原理至今我们仍然可以通过互联网或无线电听到Chubby Checker和“双绞线”，洳果Bell知道双绞线、电路设计、仿真工具以及FPGA对现代科学贡献他一定会感到吃惊。 正确选择双绞线和低通滤波器如何滤波即可降低EMI和RFI，提高数据通信的可靠性
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