3 - Cabeamentos & Conexões

3.1 - Questões relativas a cabos coaxiais, par trançados e fibras ópticas

Os Principais tipos de cabos utilizado para cabeamento de sinais de áudio, vídeo, VGA/XGA são os cabos coaxiais, cabos par trançados e cabos de fibras ópticas, são tecnologias diferentes, possuem diferentes anatomias, materiais, condutores, isolação, proteção, capas, terminação, conectorização, apresentam performances diferentes e especificações próprias.
Cabos não se comportam como transmissores ideais, o projeto, a produção, ou mesmo a especificação pode ter falhas e quanto mais longo os cabos maior os efeitos adversos na qualidade do sinal.
Preço, performance e versatilidade são as principais questões na decisão de qual cabo usar, tendo em vista a aplicação, portanto, é importante entender a natureza dos problemas associados a cabos para obter bons resultados.

3.1.1 - Cabos Coaxiais

Cabo coaxial consiste de um condutor sólido ou de vários fios, circundado por um dielétrico e este circundado por uma folha ou malha de isolação metálica e uma capa. Todos os elementos estão sobre o mesmo eixo, coaxial.
O sinal é guiado pelo condutor central e os campos eletromagnéticos se propagam pelo meio dielétrico. A isolação de metal comporta-se como um dos condutores de circuito (linha desbalanceada). Portanto esta blindagem é menos efetiva, que a dos cabos par trançado, onde a isolação é independente.

Cabos coaxiais de boa qualidade apresentam baixa distorção de sinais e média / alta resposta em freqüência.

3.2 - Cabos Par Trançados

Um sistema de áudio, vídeo, VGA/XGA sobre cabos par trançado incluem um transmissor, que converte estes sinais para cabo par trançado, entrada diferencial, formato balanceado e um receptor que converterá de volta para o sinal padrão de áudio, vídeo ou VGA/XGA.
Cabo par trançado é composto de dois condutores individuais enrolados um ao outro para formar um par de cabos. Geralmente encontrado com impedância de 100 ohms, tamanhos de 22 e 24 AWG, e em 4 pares. Por causa do projeto, o cabo par trançado proporciona uma forma barata de proteção contra interferências eletromagnéticas e de rádio freqüência.
Cabos par trançado são disponíveis em dois estilos. Blindado e sem Blindagem.

UNSHIELDED TWISTED PAIR ( UTP ) cabo par trançado sem blindagem muito comum em ambientes de telecomunicação e redes de computadores.

SHIELDED TWISTED PAIR ( STP ) cabo par trançado circundado por uma blindagem, pode ser uma folha de metal, uma trança ou ambos ao mesmo tempo. A blindagem proporciona proteção adicional contra interferências eletromagnéticas fazendo-a útil para distribuição de sinais sensíveis como informações de áudio, vídeo, VGA/XGA. Excesso de blindagem e qualidade do cabo pode limitar a distância de operação.

Cabos Par Trançado possuiem muitas vantagens sobre os cabos coaxiais, normalmente são mais baratos, os sinais são transmitidos em linhas balanceadas, a isolação é independente do sinal, possui maior imunidade a ruidos eletromagnéticos, são flexíveis, leves, de fácil manuseio e instalação.

3.2.1 - Algumas Anatomias dos Cabos Par Trançado

Categorias dos cabos Par Trançado está relacionado à performance, capacidade e qualidade de transmissão dos sinais. Quanto maior a categoria melhor é o desempenho do cabo. (CAT 5 significa categoria 5).

3.2.2 - Categorias de Cabos Par Trançado

3.2.3 - Baluns

Balun é o acrônimo das palavras BALANCED e UNBALANCED. No geral a função de baluns é fazer compatibilidade entre sistemas, através de acoplamento eletromagnético e freqüentemente envolvem estruturas de transformador.
Neste caso, o Balun é um pequeno dispositivo, um transformador que converte sinais elétricos de áudio, vídeo, VGA/XGA de um cabo coaxial ( linha desbalanceada ) para o cabo par trançado ( linha balanceada ) e virce versa, fazendo o ajuste de impedância necessário.
O balun aumenta o alcance / distância de transmissão dos sinais, é leve, pequeno, passivo e de baixo custo, porém a qualidade é limitada.

3.2.4 - Tecnologia de cabos Par Trançado
Ativo x Passivo

Uma vez decidido usar a tecnologia de cabos par trançado para transmissão de sinais de áudio, vídeo, VGA/XGA a questão que se coloca é qual solução adotar para os conversores. Usar conversores ativos, com alimentação ou passivos (baluns) sem alimentação.
Levando-se em consideração, o custo, a performance e a versatilidade, os baluns são mais baratos, tem perdas de sinal maior ( Maior Atenuação ) e qualidade de sinal inferior, mas, são versáteis, não precisam de alimentação, são pequenos, leves e de fácil instalação.

3.2.5 - Impedância

Impedância descreve um efeito que impede, dificulta o sinal de fluir como diz a própria palavra. É o efeito total de resistência, capacitância e indutância combinados, explicitados em um número. Resistência é um efeito real que transforma a energia de fluxo eletrico em calor, já a reatância capacitiva ou indutiva é imaginária, eles armazenam e liberam energia.
Impedância passa a ser importante quando a distância de transmissão for aproximadamente maior que 1/4 do comprimento de onda considerando todas as frequencias de interesse do sinal. Geralmente, no casos de áudio, vídeo, VGA/XGA a partir de 1 Mhz.
Para 1 Mhz a impedância passa a ser importante a partir de 75 metros.

Para 20 Khz que é a faixa de freqüência de áudio a impedância passa a ser importante a partir de 3.750 metros.

Cabo coaxial RG-59 possui impendância de 75 Ω
Cabo par trançado CAT 5 possui impedância de 100 Ω ± 15 Ω

3.3 - Fibras Ópticas

Cabos de fibra óptica transfere informação por meio de raios de luz em vez de sinais elétricos. Um sistema de fibra óptica inclui o transmissor, o receptor e o cabo de fibra óptica. O transmissor converte o sinal elétrico em raios de luz e o receptor converte os raios de luz de volta para sinal elétrico, como o sinal de vídeo.

3.3.1 - Transmissor Óptico

É utilizado um diodo laser ( LD ) ou diodo emissor de luz ( LED ) para converter os sinais elétricos em sinal luminoso.

3.3.2 - Receptor Óptico

O receptor óptico compõe-se de um dispositivo fotoelétrico e de um estágio eletrônico de amplificação e filtragem. O dispositivo fotoelétrico é responsável pela detecção e conversão do sinal luminoso em sinal elétrico.

3.3.3 - Cabos de Fibra Óptico

É um filamento de vidro de sílica ou de materiais polímeros projetado para transmitir luz. São estruturas dielétricos com geometria cilíndrica. O núcleo é circundado por material dielétrico de índice refração um pouco inferior que a casca e esta é normalmente protegida por um revestimento de plástico.

Janelas ópticas estão relacionadas as faixas de freqüência utilizada para transmissão de sinais por fibras ópticas, regiões espectrais de atenuação mínimas em torno dos comprimentos de onda de 850 nm, 1300 nm e 1550 nm.

1º Janela óptica λ = 800 a 900 nm, atenuação ~ 20dB/km
2º Janela óptica λ = 1300 nm, atenuação ~ 0,3 a 0,5 dB/km
3º Janela óptica λ = 1550 nm, atenuação ~ 0,18 a 0,25 dB/km

3.3.4 - Tipos de fibra óptica quanto a:

	{	Multimodo
Modos de transmissão :
		Monomodo

	{	Índice Degrau
Perfil de índice :
		Índice Gradual

3.3.5 - Quanto ao material de fibra óptica

Exitem basicamente três tipos de cabos:

Sílica/Sílica

O núcleo e a casa são de vidro de sílica
Neste caso há fibras ópticas monomodo, índice degrau e gradual e fibras ópticas multimodo, índice degrau e gradual. São fibras ópticas de alta performance e tamanhos reduzidos

Plástico

O núcleo e a casca são de plástico ( polímero ). São essencialmente fibras ópticas multimodo e operam na faixa de 620 a 700 nm. Possui diâmetros maiores, menor capacidade, baixa velocidade e alcance de transmissão reduzidas.

Sílica/Plástica

O núcleo é de sílica e a casca de plástico. Possuem performance intermediária entre as fibras de sílica/sílica e a de plástica

3.3.6 - Dimensões das fibras

	Fibra óptica sílica/sílica monomodo	Fibra óptica sílica/sílica multimodo	Fibra óptica plástica	Fio de cabelo
Diâmetro da casca	125 µm	125 µm	500/1000 µm	75 µm
Diâmetro do núcleo	18/10 µm	50/62,5 µm	125/980 µm

3.3.7 - Principais tipos de Conectores

Quanto à Tecnologia : FC, SC, ST, SMA, BICÔNICO, E2000, etc.

Quanto à Polimento : PC, SPC, UPC, APC.

Quanto ao material do ferrolho: Cerâmica, AÇO, INOX.

Usando fibra óptica de sílica e sistema multimodo, sem modulação, a distância de transmissão de vídeo analógico pode chegar a até 5 km dependendo da tecnologia. Usando sistema monomodo, o alcance é estendido para até 25 km podendo chegar a até 50 km se usar elementos especiais.

3.3.8 - Vantagens da Fibra Óptica

Para longas distâncias, cabos de fibra óptica são mais adequados para transmitir informações e mais fáceis de instalar que os cabos metálicos.
Outras vantagens são imunidade a interferências eletromagnéticas, isolamento elétrico total, grande largura de banda e baixa atenuação, no entanto são de difíceis reposição e mais caros levando-se em consideração o sistema total.

3.4 - Transmissão de Sinais de Áudio, Vídeo, VGA/XGA via Cabos

Na figura a seguir apresentamos algumas informações que podem ser usados como referência para utilização de cabos para transmissão de sinais de áudio, vídeo, VGA/XGA.

( + ) Mais barato que o coaxial
( + ) Flexível, leve, fácil manuseio e instalação
( + ) Mais apropriado para longas distâncias em relação ao coaxial
( + ) Maior imunidade ao ruído que o coaxial
( + ) Mais apropriado para problemas de terra em relação ao coaxial
( - ) Múltiplos pares em paralelo acarreta problema de crosstalk
( - ) Variação de distância entre condutores, acarreta problemas de skew delay

			{	+ Mais barato + Distancias Menores + Passivo ( não precisa de alimentação ) - Qualidade inferior ao ativo
	{	Conversores ( Baluns )
( - ) Precisa de conversores : transmissores e receptores
		Conversores ( Ativos )	{	+ Melhor qualidade + Longa distância - Precisa de alimentação - Mais caro que o Balun

No gráfico a seguir está ilustrado o comportamento do cabo par trançado UTP/CAT 5 relacionando a resposta em freqüência e distância de transmissão. A partir de determinadas distâncias as perdas são significativas.
No geral, seja os cabos coaxiais ou cabos par trançados o comportamento resposta em freqüência em relação a distância de transmissão tem comportamentos semelhantes mas com performance diferentes.

3.4.1 - Resposta em Freqüência para vários Comprimentos de Cabo par trançado CAT-5

O comprimento dos cabos impõe limitações portanto, quando a distância de transmissão é significativa é conveniente amplificar e equalizar os sinais, para compensar as perdas ao longo dos cabos.
Os três gráficos a seguir ilustram o propósito de um equalizador, também conhecido como booster, enhacer ou amplificador / equalizador.

3.4.2 - Equalização de Cabos

3.4.3 - Em geral, a qualidade do vídeo no receptor depende :

1- Da Qualidade e tecnologia dos Cabos e Conectores.
2- Do Comprimento do Cabo.
3- Do Formato de Resolução do Vídeo ( H x V ) e da taxa de atualização ( refresh rate : FV ).
4- Da Qualidade da imagem fonte ( origem ).
5- Da Qualidade do Monitor