Confronto di immunità ai disturbi tra schermatura e twistatura

In certe applicazioni, talvolta si preferisce far uso di doppini intrecciati (twisted pairs, talvolta chiamati con l’anglicismo “cavi twistati”) piuttosto che di cavi coassiali schermati. Questa tendenza sembra essersi estesa, negli ultimi anni, anche al settore audio domestico. Per comparare le prestazioni di immunità ai disturbi in quest’ultimo caso, sono state eseguite alcune prove di confronto tra due rappresentanti di questi conduttori, in particolare un doppino intrecciato prelevato da un cavo Cat5 e un cavo schermato di tipo RG-174. Nella prova è stata impiegata un’impedenza di carico di 47 kΩ per emulare realisticamente una tipica connessione interna ad un dispisivo audio.

1. Immunità ai campi elettromagnetici

Al cavo in esame è stato avvicinato un trasformatore di bassa potenza (12 VA) a vuoto ed un telefono cellulare in conversazione. Ad un capo del cavo è stato collegato un oscilloscopio per misurare il segnale indotto sul cavo.

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Fig. 1 – Disposizione del trasformatore e del cavo in esame

L’oscillogramma che segue mostra quanto misurato sul cavo RG-174 avvicinando il trasformatore. La traccia visualizzata è paragonabile al rumore di fondo dell’oscilloscopio impiegato nelle misure.

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Fig. 2 – L’RG-147 non presenta apparentemente rumore

Nel seguente oscillogramma è invece ben visibile il disturbo a 50 Hz captato dal cavo Cat5, che presenta un’ampiezza di ben 10 mVpp, da cui risulta evidente l’elevata sensibilità del doppino twistato nei confronti di questo tipo di disturbi.

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Fig. 3 – Il doppino twistato mostra un rumore di ampiezza di 10 mV

L’oscillogramma che segue rappresenta il disturbo captato dal cavo RG-174 generato da un cellulare in conversazione. Anche avvolgendo il cavo intorno al cellulare, il disturbo non aumenta in maniera apprezzabile.

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Fig. 4 – Anche in questo caso, il cavo RG-147 sembra non captare rumore

Al contrario, è stato sufficiente avvicinare il cellulare ad una decina di centimetri dal doppino per ottenere un disturbo di ben 22 mVpp.

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Fig. 5 – Nel doppino twistato sono ben visibili i pacchetti dati scambiati dal cellulare

2. Diafonia

Per diafonia (crosstalk) si intende l’interferenza che si genera tra due conduttori vicini. La diafonia nasce principalmente per accoppiamento induttivo tra due cavi: sostanzialmente, parte del segnale presente in un conduttore si trasferisce al conduttore vicino per induzione, analogamente a quanto accade tra gli avvolgimenti di un trasformatore. La separazione dei canali (solitamente espressa in dB), che idealmente dovrebbe essere infinita, è elevata se la diafonia è bassa.

In questa prova sono stati impiegati una coppia di conduttori identici per tipo. Ad un capo del primo conduttore è stato collegato un generatore sinusoidale (2,6 V), mentre l’altro capo è stato collegato al canale 1 di un oscilloscopio a doppia traccia (traccia blu).

Il secondo conduttore è stato fatto passare vicino al primo per circa 50 cm, collegandolo al canale 2 dell’oscilloscopio (traccia gialla) e ponendo a monte una resistenza da 47 kΩ.

In questo modo, se sono presenti fenomeni di diafonia, parte del segnale irradiato dal primo conduttore (Ch. 1) si trasferisce al secondo conduttore (Ch. 2).

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Fig. 6 – Disposizione del cavo irradiante (collegato al generatore sinusoidale) e del cavo ricevente

L’oscillogramma che segue rappresenta la prova eseguita con la coppia di cavi RG147. Nella traccia blu è visibile il segnale applicato al primo cavo, mentre nella traccia gialla il segnale captato dal secondo cavo. In questo caso non si manifesta diafonia misurabile, quindi la separazione dei canali è molto elevata (molto maggiore di 80 dB).

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Fig. 7 – L’RG-147 non raccoglie nessun disturbo dal cavo irradiante

L’oscillogramma che segue è stato invece ottenuto impiegando una coppia di cavi Cat5 affiancati. In questo caso, la diafonia è elevata e la separazione dei canali è pessima, dell’ordine dei 50 dB.

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Fig. 8 – Il cavo twistato raccoglie rumore con un rapporto di -50 dB

3. Conclusioni

Da quanto visto, l’immunità nei confronti dei disturbi elettromagnetici dei doppini twistati è considerevolmente inferiore rispetto a quella offerta dai cavi schermati. In particolare, i doppini intrecciati sono risultati sensibili a tutti i disturbi più problematici nel settore dell’audio analogico, come i ronzii causati dai trasformatori d’alimentazione, i disturbi a radiofrequenza ed i fenomeni di diafonia tra conduttori.

Questo non deve stupire, dal momento che i cavi intrecciati vengono tipicamente impiegati in associazione a segnali di tipo bilanciato (come quelli delle reti Ethernet e telefoniche), dove la twistatura permette l’eliminazione dei disturbi di modo comune. Invece, tale comportamento non può essere apprezzato nelle connessioni sbilanciate, dove è opportuno far uso di conduttori schermati quando è necessario trasferire segnali mantenendo un elevato rapporto segnale/rumore.


Appendice – Nota sull’effetto dell’impedenza di carico del cavo

Le prove sono state eseguite con un’impedenza di carico di 47 kΩ, che può emulare un ingresso disconnesso o un percorso con un generatore di segnale ad alta impedenza (paragonabile all’uscita di alcuni circuiti a componenti discreti o delle reti passive di alcuni filtri, ad esempio RIAA, la cui impedenza d’uscita è normalmente all’ordine delle decine di kΩ).

Tuttavia, poiché i segnali di disturbo generano normalmente correnti molto piccole (all’ordine di qualche decina o centinaio di nA), se il cavo viene caricato con una bassa impedenza, l’ampiezza del disturbo si riduce proporzionalmente. Infatti, basti pensare che cortocircuitando il cavo (anziché usando una resistenza di carico da 47 kΩ), la tensione di rumore si annulla. Da questo nasce il vantaggio di impiegare circuiti con impedenza d’uscita molto bassa (dell’ordine di pochi ohm), in quanto sono in grado di rendere ininfluenti svariate limitazioni dei cavi, tra le quali la tendenza a raccogliere disturbi.

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Autore: bsproj

Appassionato di musica e progettazione elettronica.

4 pensieri riguardo “Confronto di immunità ai disturbi tra schermatura e twistatura”

  1. Sarebbe interessante lo stesso confronto utilizzando pero’ cavi schermati FTP o addirittura S/STP. Tanto per farsi un idea. 😉

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