平衡傳輸線

平衡傳輸線（balanced line）或平衡信號對（balanced signal pair）為電信名詞，是指傳輸線中包括二條同類型的導線，其阻抗相同，對接地或是其他電路的阻抗也相同。平衡傳輸線的主要好處是可以送到差分放大器，阻隔外部雜訊的效果良好。常見的平衡傳輸線有用在射頻訊號的雙引線，以及用在低頻信號的雙絞線。

平衡傳輸線不同於非平衡線，例如同軸電纜，其回流導線連接到接地，也有一些傳輸線直接用地作為回流路徑。平衡電路和非平衡電路之間會用一種稱為換衡器的變壓器互連。

驅動平衡傳輸線的電路本身也必須是平衡線，才會有平衡所帶來的好處，這可以用轉電線圈（repeating coil）耦合，或是平衡二條導線的阻抗。

若電纜中有二條線，上面的信號相反（兩條線對地大小相同，電壓正負恰好相反），常誤稱為平衡傳輸線，這其實是差分信號。 平衡傳輸線和差分信號常一起使用，但兩者並不相同。差分信號不會讓電纜變成平衡傳輸線，平衡傳輸線上的雜訊抑制也不需配合差分信號。

說明

在平衡線路上傳輸信號可以減少由於外部雜散電場造成的噪音或干擾的影響。 任何外部信號源往往只在線路上引起共模信號（common mode），而平衡的對地阻抗將雜散電場引起的差分拾取降到最低。 導體有時被絞在一起，以確保每個導體平等地暴露在任何可能誘發不必要的噪聲的外部磁場中。

一些平衡線也有靜電屏蔽，以減少引入的噪聲量。電纜通常被包裹在鋁箔、銅線或銅織網中。這樣可以屏蔽射頻干擾，但屏蔽磁場干擾。

一些平衡線路使用4芯星形四級電纜來提供對磁場的免疫力。 電纜的幾何形狀確保了磁場將對平衡電路的兩個腿造成平等的干擾。 這種平衡干擾是一種共模信號，可以很容易地通過變壓器或平衡差分接收器消除。

平衡線路允許差分接收器通過拒絕共模干擾來減少連接上的噪音。線路對地有相同的阻抗，所以干擾場或電流在兩條線上引起的電壓是相同的。由於接收器只對線路之間的差值作出反應，所以它不會受到誘導的噪聲電壓的影響。如果平衡線用於非平衡電路，每個導體對地的阻抗不同，在獨立導體中感應的電流將導致對地的不同電壓降，從而產生電壓差，使線路更容易受到噪聲的影響。雙絞線的例子包括5類電纜。

與不平衡電路相比，平衡線路減少了每段距離的噪聲量，使更長的電纜傳輸成為現實。這是因為電磁干擾會以同樣的方式影響兩個信號。當一個信號從另一個信號中減去時，兩個信號之間的相似之處會在傳輸路徑的末端自動消除。

平衡線和反相信號

大多數對平衡線的解釋都假設使用對稱（反相）信號，但需要注意不要混淆混淆反相信號和平衡線是相互獨立的。 平衡線路的關鍵是驅動器、線路和接收器的阻抗匹配。 這些條件確保了外部噪聲對差分線路的每條路徑都有同樣的影響，因此出現了共模信號，被接收器消除。 有一些平衡驅動電路在"路"之間有很好的共模阻抗匹配，但不提供對稱信號。 對稱差分信號的存在是為了防止對其他電路的干擾--電磁場被相等和相反的電流所抵消了。但它們對於拒絕其他電路的干擾如磁場是沒有必要的。

電話

平衡線的第一個應用是用於電話線。電信系統早期發展時，在電報系統上沒有什麼影響的干擾對電話用戶來說就很大。 最初的形式是採用兩條單線不平衡的電報線，並將其作為一對使用。 然而，隨着電力傳輸的增長，這被證明是不夠的，因為電力傳輸傾向於使用同相的路線。 一條電話線在電力線旁邊運行了許多英里，不可避免地會在其中一條腿上產生比另一條腿更多的干擾，因為其中一條會更靠近電力線。 解決這個問題的方法是，每隔幾百碼用一個交叉點調換兩條腿的位置，從而確保兩條腿都有相同的干擾感應，並允許共模抑制發揮作用。隨着電話系統的發展，最好使用電纜而不是明線，以節省空間，也可以避免在惡劣天氣下的不良表現。用於平衡電話電纜的電纜結構是雙絞線；然而，這在中繼器放大器出現之前並不普遍。對於未經放大的電話線，雙絞線只能管理30公里的最大距離。另一方面，明線由於其較低的電容，已經被用於很遠的距離--最長的是1893年從紐約到芝加哥的1500公里。負載線圈被用來改善電纜可達到的距離，但直到1912年開始安裝放大器時，這個問題才最終被解決。

電話幹線，特別是頻分復用載波系統，通常是4線電路，而不是2線電路（至少在光纖普及之前是這樣），需要不同種類的電纜。這種形式要求導體排列成兩對，一對用於發送（去）信號，另一對用於返回信號。這種傳輸方式的最大干擾源通常是發送和返回電路本身的串擾。最常見的電纜格式是星形四邊形，其中對角線相對的導體形成一對。這種幾何形狀在兩對導體之間提供最大的共模抑制。另一種格式是DM（Dieselhorst-Martin）四線，它由兩對扭曲的線對組成，扭曲的間距不同。

音頻系統

傳統上，動圈和電容式話筒都使用變壓器來提供差分模式的信號。雖然大部分現代動圈話筒仍然使用變壓器，但最近的電容式話筒更有可能使用電子驅動電路。每條路徑，無論任何信號，都應該有一個相同的對地阻抗。雙絞線（或雙絞線的衍生物，如星形四邊形）用於保持平衡阻抗，核心的緊密扭曲確保任何干擾在兩個導體上是共同的。只要接收端（通常是調音台）不干擾線路平衡，能夠忽略共模（噪聲）信號，並能提取差分信號，那麼系統就會有很好的抗誘導干擾能力。

典型的專業音源，如麥克風，有三針XLR連接器。一個是屏蔽層或底盤接地，而另外兩個是信號連接。這些信號線攜帶同一信號的兩個副本，但極性相反。它們通常被稱為 "熱 "和 "冷"，AES14-1992(r2004)標準[和EIA標準RS-297-A]建議，攜帶正向信號的針腳將被視為 "熱"，這是由傳感器上的正氣壓導致的。2號針腳被指定為 "熱 "針腳，這一指定有助於在系統的其他部分保持一致的極性）。) 由於這些導體從源頭到目的地的路徑是相同的，所以假設任何干擾都是在這兩根導體上同樣引起的。接收信號的設備比較兩個信號之間的差異（通常不考慮電氣接地），允許設備忽略任何誘導的電氣噪聲。任何誘導噪聲都會以相等的數量和相同的極性出現在每根平衡信號導體上，因此這兩個信號之間的差異將不會改變。成功抑制所需信號的誘導噪聲，部分取決於平衡信號導體接受相同數量和類型的干擾。這通常會導致用於平衡信號傳輸的雙絞線、編織線或共同護套線的出現。

相關條目

• 差分信號

平衡信號傳輸標準

• RS-422
• RS-485
• 低電壓差分信號（LVDS）

外部連結

• Balanced Lines, Phantom Powering, Grounding, and Other Arcane Mysteries – from Mackie;