超五类网线在工业PoE设备中的直流电阻不平衡测试

以太网供电（PoE）让一根网线同时传输数据和电力，工业现场的网络摄像机、无线接入点、工业显示终端和传感器网关都在使用这种方式。超五类网线（Category 5e）是存量最大的一类布线，在PoE链路里同样承担着重要的角色。数据传输主要关注高频参数，供电则要关注直流参数，其中直流电阻不平衡是一项容易被忽视、又直接影响供电链路稳定性的指标。

一、PoE供电方式与直流电阻要求

PoE利用网线里的线对传输直流电。IEEE 802.3af规定的供电电流约350mA，802.3at提高到600mA，802.3bt的Type 3为每线对600mA，Type 4为每线对960mA，供电端最高输出90W。电流沿着一对线传到受电设备，再从另一对线回来，每一对线里的两根导体并联承担同一个方向的电流。

布线标准对直流电阻有明确规定。超五类线缆的水平电缆，每根导体在100m长度、20℃条件下的直流电阻不超过9.38Ω，信道的直流环路电阻不超过25Ω。以Type 4的960mA电流为例，按每根导体9.38Ω估算，每一个线对组的环路电阻约9.38Ω，线缆上的发热功率约为8.6W，两个线对组合计约17W，这就是为什么大功率供电时，线缆的直流电阻会受到关注。

铜的电阻随温度变化，温度系数约为每摄氏度0.393%。在60℃环境下，同样的导体电阻比20℃时增加约15.7%，100m超五类电缆的单根导体电阻可从9.38Ω升到约10.9Ω。工业现场的桥架、机柜顶部和阳光直射的位置，温度较高，规划供电链路时，把温度对电阻的影响一并考虑，余量更充足。

二、直流电阻不平衡的含义与影响

直流电阻不平衡，描述的是同一线对内两根导体的电阻差异，或者不同线对之间的电阻差异。线对内的两根导体并联承担电流，电阻小的一根分到的电流多一些，电阻大的一根分到的电流少一些，两者的电流产生了差值。以线对总电流960mA为例，如果其中一根导体的电阻比另一根大5%，两根导体上的电流差值约23mA。

这个差值电流会流过以太网接口里变压器的绕组，在磁芯里形成直流偏置。偏置过大，磁芯的电感量下降，会影响数据信号的传输质量。接口的变压器本身按PoE应用设计，对一定范围内的直流偏置有容忍度，线缆的电阻不平衡度越小，这一部分的裕量就越大。标准对线对内和线对间的电阻不平衡度都给出了上限，布线标准里线对内的上限常见为2%至5%，IEEE 802.3at和802.3bt对供电信道也有各自的要求，数值以所依据的标准文本为准。

引起电阻不平衡的因素有几个。导体的直径和铜材纯度会有细微的波动，线对的绞距不同，导体的实际长度略有差异，线对之间的电阻也就有细微的区别。接插件的接触电阻、端接质量，也会在整条信道的不平衡度里占一部分。选用导体材料符合标准的纯铜线缆，端接时保证各线芯的接触一致，不平衡度更容易控制在较小范围。

三、测试方法与结果评估

测试直流电阻，常用的设备有两类。一类是线缆认证测试仪，部分型号带有直流电阻和电阻不平衡度的测试项，结果可以直接与标准的限值比较。另一类是微欧计或高精度的LCR表，采用四线（开尔文）测量法，测试线的电阻不会混入结果，分辨率可以到毫欧级。

对于线对内的各根导体，可以采用环路测量的方式。在远端把线芯两两短接，近端测量环路电阻，通过三次不同组合的测量值，解方程得到每根导体各自的电阻，再计算线对内的不平衡度。线对之间的不平衡度，则用各线对的并联电阻来比较。测试时记录环境温度，并按铜的温度系数折算到20℃，结果才能和标准限值直接对比。

测试对象可以是单根电缆、完整的永久链路，也可以是包含跳线的信道。电缆自身的数据反映制造的一致性，永久链路和信道的数据反映端接和接插件的影响。把三类数据放在一起，就可以判断不平衡度主要来自哪个环节，便于在安装阶段对端接做针对性的调整。

四、选型、验收与现场规划

在工业PoE链路里，超五类线缆适合用于802.3af和802.3at等级的供电，以及距离较短、功率适中的802.3bt链路。需要持续90W供电，且线缆成束敷设、环境温度较高时，直流电阻更低的六类或六类A线缆会有更大的余量。选型时先确定供电等级和链路长度，再对照规格书里的直流电阻数据。

验收阶段，除了常规的高频性能测试，建议把直流电阻和电阻不平衡度作为PoE链路的测试项，并记录测试时的温度。如果条件允许，还可以使用PoE负载测试仪，模拟受电设备的功率，在实际负载下读取线缆末端的电压，数据与计算值互相印证，供电链路的状态就比较清晰了。

五、快问快答

Q：直流电阻不平衡为什么会影响以太网数据信号，而不仅仅是供电？

A：这是个比较冷门的问题。以太网接口里的变压器负责隔离和耦合差分信号，线对中间抽头处引入直流电流，两根导体的电流应当相等，在变压器里产生的直流磁通相互抵消。两根导体的电阻不一样，电流就有差值，剩余的直流电流使磁芯产生偏置，电感量下降，插入损耗和回波损耗在低频段会受到影响。接口变压器按PoE应用设计时，已经为这类偏置预留了空间，线缆的不平衡度控制得越小，这部分空间越宽裕。

Q：为什么不同线对之间的直流电阻，即便是同一根电缆，也会有细微的差别？

A：四个线对的绞距各不相同，目的是降低线对之间的串扰。绞距短的线对，在同样的电缆长度里，导体实际走过的长度更长，直流电阻也略高一些。这个差别很小，通常在百分之几以内，属于结构设计带来的正常现象。标准对线对之间的不平衡度设定了上限，让这个差别不超出范围，测试时把它与线对内的不平衡度分开记录，更容易分析数据。

Q：802.3bt的Type 4最高提供90W供电，超五类线缆用在这类链路里，有哪些需要注意的方面？

A：90W供电的电流达到每线对960mA，线缆里的发热和压降比早期的PoE明显增加。超五类线缆的直流电阻上限为9.38Ω每100m，在满载下，线缆上的功率损耗约十几瓦，成束敷设时，温度会逐渐升高，电阻随之增大。规划时可以控制每束线缆的数量，缩短链路长度，或者选用直流电阻更低的六类A线缆，同时关注线缆的额定温度和敷设环境。测试时按实际供电等级，核对直流电阻与不平衡度的数值，保持一定余量。

Q：工业现场验收PoE链路时，除了直流电阻，还有哪些测试项可以配合使用？

A：可以配合几类测试。第一类是线缆的高频参数，包括插入损耗、回波损耗和串扰，由认证测试仪完成。第二类是PoE功能测试，使用PoE测试仪识别供电设备的等级，并测量空载和带载时的电压，判断链路的供电能力。第三类是现场环境记录，包括桥架里线缆的成束数量和环境温度。把几类数据整理成验收记录，既能反映链路当前的状态，也为后续的扩容和设备升级提供依据。