广播电视数字系统中电缆的特性与应用

广播电视在数字系统设备的设计、施工过程中，种类繁多的设备选型固然重要，对用于连接设备的电缆的选择使用也不容忽视。一旦选错电缆，如同选错设备一样会付出代价。对电缆的正确选择、规范安装，需要建立在对有关标准和电缆特性全面了解的基础之上。本文主要介绍数字音视频标准、典型电缆特性以及数字系统中电缆传输应用情况。 

一. 数字音频标准和数字视频标准 

1. 数字音频（AES3）标准 

对本身是模拟的音频信号进行数字处理、变换，并规定传输格式和标准，美国声学工程协会和欧洲广播联盟(AES/EBU)共同制定了数字音频的标准。本标准中与电缆有关的两个关键的参数为码率和特性阻抗：在建议的48 kHz音频取样频率下，码率为3.072 Mb/s；双绞线的结构特性阻抗为110Ω±20%，同轴电缆的特性阻抗为75Ω。

2. 数字视频（SDI）标准 

美国电影电视工程师学会(SMPTE)制定了串行数字传输标准：SMPTE259M。SMPTE259M提出传输的主要指标如下：数据流电平峰峰值：800 mV±10%，上升、下降时间：0.4～1.5 ns，过冲：±10%，对4:2:2数字分量，码率为270 Mb/s，抖动＜740 ps。 

二. 双绞屏蔽线电缆的数字音频传输 

1. 双绞屏蔽线电缆参数 

AES/EBU标准由于阻抗范围宽，电缆特性阻抗范围可以从88～132Ω，其中110Ω最为理想。双绞线应当进行屏蔽，如果是多线对电缆，每一组线对都应当单独屏蔽。在永久性的安装中推荐使用箔层屏蔽,而在弯曲应用中则推荐使用箔层加网状屏蔽。一组线对可以传输两个通道的数字音频。电缆可以与XLR连接器端接，也可以进行穿孔，或者焊接于跳线板上。大多数数字音频电缆使用发泡聚乙烯以使尺寸减至最小。标准的发泡聚乙烯很容易挤压，可能造成特性阻抗的改变。电缆制造商使用了一种特殊的发泡高密度聚乙烯，与标准的发泡绝缘体相比大大提高了耐冲击性能。 

2. 双绞屏蔽线电缆传输 

双绞屏蔽线电缆是最早使用的传输模拟音频信号的手段之一。它的优点是：在传输距离较短时铺设较容易，与其它传输手段相比，投资相对较少，技术也较成熟，维护方便等。其缺点是，传输距离较远时频响较差。AES3规定了长度在100 m以内数字伴音的传送标准，信号源及与负载阻抗均应为110Ω。因为AES/EBU数字伴音的频率高达6 MHz，电容和高频损耗将引起高频跌落，最后信号的边沿变圆，幅度降低，以至于接收器无法识别"1"和"0"，所以100 m以内采用110Ω平衡传输，100 m以上的传输使用不平衡式阻抗为75Ω的同轴电缆传输。 

音频电缆上可使用的插头，从RCA到专业XLR，种类繁多。因此，当人们开始考虑专业数字音频信号的传输时，自然地就会想到使用这种带有XLR插头的双绞屏蔽线电缆。AES和EBU都在致力于数字音频信号传输标准化的研究，两个机构紧密合作且标准相似，广电行业使用了AES/EBU界面标准。AES3-1992及其前身AES3-1985标准，典型就是使用双绞屏蔽线电缆和XLR接插头。 

三. 同轴电缆的数字音频传输 

1. 数字音频的同轴电缆传输 

如果通过某种方法可将AES数字音频信号的电平变为1 V、阻抗变为非平衡75Ω，那么就可以像传输视频信号那样传输数字音频信号，3～10 MHz带宽的信号可以与目前模拟视频放大器和矩阵开关等实现良好匹配。AES3-ID标准包括了电缆、电缆均衡器及接收器电路等方面的信息，接收器还包括AES3设备与电缆系统进行转换的变换器。 

根据AES3-ID标准，可以通过外部变换器与传统数字音频设备上的XLR接插头实现对接。变换器可将电压降至1 Vp-p，使用一个阻抗匹配器将110Ω转换为75Ω，当接收器端需恢复原状态时，又可将75Ω转换为110Ω。许多厂家均可以提供这类变换器。 

数字音频设备制造商希望生产一种超越XLR插头、可直接兼容75Ω同轴电缆和模拟视频设备的接口。美国电影电视工程师学会（SMPTE）制定标准为ANSI/SMPTE276M，包括一个点到点的同轴电缆接口，用来传输AES/EBU数字音频信号，保证在电视应用中数字音、视频电缆和电视设备接口之间保持一定的兼容性。它不妨碍在这些设备上使用双绞屏蔽线电缆传输平衡AES/EBU音频信号，因为这两种传输可以通过匹配网络实现对接。但传输通道的数据编码应采用ANSI4.40-1992(AES-3-1992)标准。据说，日本东京广播系统(TBS)试验于110Ω输入/输出阻抗设备,当采用75Ω同轴电缆时，稳定传输距离可达500 m。通过同轴电缆传输AES-3格式数字音频信号，还为目前