日常神器，闲聊宽带

互推小编 2024-01-17

2023年了，国内经济开始大复苏，各行各业都开始忙碌了起来，我们应该感谢国家为我们带来的稳定发展时机，也要感谢广大老百姓默默的支持。回顾2020-2022，疫情反复的三年里，很多人被迫宅在家里，但通过网络，也可以与全球同步，最大的功臣就是——宽带。

宽带是一种使用多种频率同时发送许多电子消息的方法。它是描述信号或者电子线路包含或能够同时处理较宽的频率范围。宽带是一种相对的描述方式，频率的范围愈大，也就是带宽愈高时，能够发送的数据也相对增加。比如说在无线电通信上，频率范围比较窄的带宽只能发送摩尔斯电码，发送高质量的音乐就需要较大的带宽。电视天线的宽带代表能够接收数量较多的频道。在数据发送方面，同样是以电话线作为信号传递的介质，光纤电缆则愈来愈普及，调制解调器只能够每秒钟发送64Kbps的数据，宽带的ADSL和光纤Modem能够提供更高的发送速率。

在国际上同样存在一个宽带的标准，这个标准每隔一段时间都会改变，并不断升高。

传统的电话线系统使用的是铜线的低频部分（4kHz以下频段）。而ADSL采用DMT（离散多音频）技术，将原来电话线路okHz到1.1MHz频段划分成256个频宽为4.3khz的子频带。其中，4khz以下频段用于传POTS（传统电话业务），20KhZ到138KhZ的频段用来传送上行信号，138KhZ到1.1MHZ的频段用来传送下行信号。DMT技术可以根据线路的情况调整在每个信道上所调制的比特数，以便充分的地利用线路。一般来说，子信道的信噪比越大，在该信道上调制的比特数越多，如果某个子信道的信噪比很差，则弃之不用。ADSL可达到上行640kbps、下行8Mbps的数据传输率。

由上可以看到，对于原先的电话信号而言，仍使用原先的频带，而基于ADSL的业务，使用的是电话语音以外的频带。所以，原先的电话业务不受任何影响。

组成与分类

组成

宽带网络可以分为三大部分：传输网、交换网、接入网。宽带网的相关技术也分为3类：传输技术、交换技术、接入技术。

宽带传输网主要以SDH（同步数字系列）为基础的大容量光纤网络；

宽带交换网是采用ATM（异步传输模式）技术的综合业务数字网；

宽带接入网主要有光纤接入、铜线接入、混合光纤/铜线接入、无线接入等。

网吧宽带，就是指所有的电脑都由电话局那端传到网吧的上网代理软件的主机里，由网吧主机统一分配网络到网吧的计费主机中。由计费机给各个电脑计费。

分类

DSL(DigitalSubscriberLine数字用户环路)技术是基于普通电话线的宽带接入技术，它在同一铜线上分别传送数据和语音信号，数据信号并不通过电话交换机设备，减轻了电话交换机的负载；并且不需要拨号，一直在线，属于专线上网方式。DSL包括ADSL、RADSL、HDSL和VDSL等等。

ADSL（Asymetric　Digital　Subscriber　Loop）技术即非对称数字用户环路技术，利用分频技术，把普通电话线路所传输的低频信号和高频信号分离。3400Hz以下低频部分供电话使用；3400Hz以上的高频部分供上网使用，即在同一条电话线上同时传送数据和语音信号，数据信号不通过电话交换机设备，直接进入互联网，因此，ADSL业务不但可进行高速度的数据传输，而且上网的同时不影响电话的正常使用，这也意味着使用ADSL上网，不需要缴付额外的电话费。

特点：

高速率：传输速率上行最高可达640Kpbs，下行最高可达8Mbps，远远高于拨号上网方式。

低费率：只收取网络使用费，不收取上网市话费。

功能优：在一条电话线上同时提供了电话和上网服务，电话与上网互不影响，真正做到打电话、上网两不误。

安装简单：在已有电话线路的情况下，只要加装一台ADSLMODEM和一个话音分离器，无需对线路做任何改动，ADSL即可轻松到家。

种类：

ADSL的业务种类按接入方式可分为PPPOE（虚拟拨号）方式和固定IP方式，其各自的特点如下：

PPPOE方式：

您每次上网时需使用PPPOE拨号软件，验证用户账号名和口令，类似于窄带注册拨号业务。PPPOE方式的费率低于固定IP方式，比较适合个人用户使用。

固定IP方式：

您的计算机是“永远在线”的，只要打开计算机和ADSLMODEM就可以上网，无需输入用户名及口令进行验证。固定IP方式适合于小型企业和网吧用户。

在这些环节内，我们的电脑起到了至关重要的连接环节。

电脑处理器年年更新，手机处理器也是不断的迭代，新款发布的时候，也必然涉及到带宽，或者说工作频率这个词，而且是这个数字一年比一年大，可见带宽，也就是频率，越大越好的。

回到模拟集成电路设计，带宽同样是重要的概念。放大器有小信号带宽，也就是单位增益频率，也有大信号带宽，决定于尾电流源电流的大小。

低通滤波器，高通滤波器，带通滤波器等等所有的滤波器，也都有带宽的要求，把整个频谱由一个或两个频率点划分为不同的频率段，由通过或不通过来决定滤波器类型。

模数转换器也是同样的道理，带宽是它一个重要的指标，处理的带宽越大，这个转换器越强悍。

开环放大器给带宽带来了什么？

从小学开始，我们都经历了无数场考试，每场考试都规定必须在一定的时间内完成，譬如两个小时。这里两个小时就是一个分界点，小于两个小时或两个小时都可以交卷，超过两个小时则违规。

类似地，带宽是由角频率点（或者频率点）界定，可见带宽是一个频率范围的集合。而我们知道角频率是时间的倒数，那也可以说是由几个时间点界定。

就比如，10M带宽的低通滤波器，10M带宽点对应了0.1us。频率小于10M的信号能通过，也即周期大于0.1us的信号能通过。

而我们又知道，跟电路对应起来，电阻和电容的乘积即时间常数，时间常数又很容易和频率对应起来了（倒数），所以电阻和电容也就很容易和频率甚至带宽对应起来了。

开环放大器增益为跨导乘输出小信号电阻，跨导表征了电压转化为电流的能力，电流再乘以电阻又回到了电压，就代表了电压转化的能力，所以一个简单的跨导乘电阻，就是增益。

当输出电阻比较大时，整体上看它的输出部分更像一个电流源，所以叫跨导放大器。当输出电阻比较小时，它的输出部分更像一个电压源，叫运算放大器。

开环放大器带宽，也即3-dB带宽，用角频率表示时，它是时间常数的倒数，输出电阻和输出电容乘积分之一。它代表了当信号的频率小于这个频率点，或者说信号的周期大于对应的时间点时，信号都可以正常的放大。而对于周期更短的信号，就不能正常放大了。角频率再除以2pi，得到的就是3-dB带宽频率。

增益带宽积即单位增益带宽。随着输入频率越来越大，即信号的周期越来越小，放大器越来越放大得力不从心了，也就是还没放大到想要的倍数时，输入信号已经变化了很多，导致放大能力越来越弱甚至放大倍数下降到一。

以跨导放大器来说，放大倍数主要取决于跨导和电阻，而放大的过程实际上是控制输出端给负载电容充放电的过程。所以可以想像，单位增益带宽应该跟跨导有关，跨导越大，证明电压转换成电流的能力越大，单位增益带宽越大。负载越小，给负载电容充电时间越短，单位增益带宽也越大。

所以单位增益带宽为跨导除以负载电容。想要提升放大器单位增益带宽，一者可以提升跨导，一者可以降低负载电容。采用以上的方法，就可以处理变化足够快的信号，得到很大的带宽。

以上就是开环放大器三个重要的指标，增益，带宽和单位增益带宽。

其实，这三个指标是具有密切联系的。

它们三个只由三个因素决定，跨导，输出电阻和负载电容。

跨导是整个集成电路中重要的物理量，它代表了晶体管电压转化为电流的能力，所以越大越好。它越大，放大倍数越大，单位增益带宽也越大，能处理的速度越高。

输出电阻决定了放大器倍数和时间常数(3-dB带宽），它越大，放大倍数越大，而3-dB带宽却越小。

输出负载电容决定了3-dB带宽和单位增益带宽。负载电容越大，3-dB带宽越小，单位增益带宽也越小。这也很容易理解，向一个水池里充水，水池子越大，越不容易充满。

所以在满足要求的情况下，尽量降低输出负载电容，可以获得更好的带宽性能。

而进一步综合考虑它们三个，可以发现增益和3-dB带宽的乘积，就是单位增益带宽

以上就是开环放大器几个重要指标的介绍。

开环放大器缺点是增益随PVT变化太大，所以在实际的应用中，常常在开环放大器的基础上，增加反馈电路，构建闭环放大器。

闭环放大器最最最重要的一点，放大倍数由反馈系数决定，它是反馈系数的倒数，而反馈电路多是由电阻电容等无源器件设计，在先进工艺下可以达到很高的匹配度，也就意味着放大倍数可以很精确。当然前提是开环放大器增益足够大，以上的结论才成立。

一对比可以看出，由对开环放大器精确的放大倍数的要求，降低为闭环放大器中开环放大器设计满足放大倍数足够大就可以，而不用管放大倍数到底为多大。这样子一来，要求瞬间降低了太多，这让我们电路设计者不能更开心。

接着说闭环放大器。既然是闭环结构，就有了环路增益和闭环增益。

环路增益即开环增益乘以反馈系数，因为反馈系数一般小于一，所以环路增益要小于开环增益。

闭环放大器的带宽为之前提到的单位增益带宽乘以反馈系数。

跟开环放大器一对比，发现只有增益突变最大，变得只跟后来引入的反馈部分相关。而带宽是单位增益带宽乘以反馈系数。更神奇的是，闭环放大器增益和带宽的乘积，同样是单位增益带宽。

而且无论反馈系数如何，闭环放大器增益和带宽的乘积，始终等于开环放大器增益和带宽的乘积，等于单位增益带宽，即增益带宽积始终是一个常数。它只跟跨导和输出负载有关。当然以上讨论的前提是，等效负载电容不变。

在这里，不得不的提一点，宽带与网线完全是两个概念。

网线，是网络综合布线中最常用的一种传输介质，标准的为4对8芯，每一对是由两根具有绝缘保护层的铜导线组成。所有的五类、超五类、六类、超六类、七类、八类等网络跳线，都可以统称为网线。不同的等级适用于不同的宽带，百兆以下的宽带可以用五类及以上网线，百兆的宽带以上必须使用六类及以上的网线，如果没有对号入座，是无法发挥宽带完整的性能和速率的。

宽带与网线的区别

USB转RJ45千兆网卡是一种利用USB接口将Windows、MAC、Vista、Linux等系统的网络设备连接到千兆以太网的解决方案，它为企业和家庭用户的网络设备提供了额外的千兆以太网端口，传输速率可以达到5Gbps甚至10Gbps。

1、性质不同

宽带和网线是具有两种不同性质的物体，它们之间从本质上就是有区别的，宽带是一种抽象的概念，表示一种动态的信息传输速率，而网线是一种介质，是信息传输的载体。

2、作用不同

宽带的作用是为了传输不同速率的网络信息。网线是为了使得设备之间相互连接，提高设备间的网络信息传输效率。

3、存在方式不同

宽带是以一种虚拟的方式存在，没有实物。网线是一根根实际的线缆，拥有具体形态。

宽带和网线的应用

宽带主要运用于宽带通信，宽带通信是依托光纤通信网，向用户提供视、图、文、通信和数据的交互多媒体信息。可以应用的场景有很多，如：语音网关、智能化小区、远程医疗、工作会议视频、家居银行、远程视频监控、网络互动游戏、视频点播等。

网线是现如今网络综合布线必不可少的一个材料，网线可用于网络连接、布线工程、设备间或水平子系统的端接，设备端口与模块化跳线系统的连接，如：连接电信宽带ADSL MODEM和无线路由器、交换机、集线器、防火墙等设备之间的LAN接口道电脑的网卡接口等。因此小到家庭网络、办公场所，大到局域网、城域网，都可以用到网线。

本篇文章为大家简单的介绍了宽带，这个与我们生活息息相关、且无法脱离的神器。

我是六六科技人，我们说车谈科技。欢迎大家关注、评论、转发，大家的支持再是我创作的原动力，我们下篇再见。

欢迎有相同兴趣的朋友加入我们的群聊，聊汽车、聊科技、聊热点、聊人生。

[注：本文部分图片来自互联网！未经授权，不得转载！每天跟着我们读更多的书]