Cable高频特性分析讲义
Cable高频信号基础与加工工艺
线材OD-0.4mm 正常 线材OD-0.8mm 最小
DP,Mini DP系列
线材OD-0.4mm 正常 线材OD-0.8mm 最小
HDMI系列
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案例分析
案例分析
客户反馈我们公司的产品特性阻抗低点， 要求返工
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案例分析，用20ps上升时间找出异常点
可以看出，我们的产品在 1. 公母头结合部，阻抗低点。 2.焊点位置阻抗低点。 3.成型位置阻抗低点。 造成这些的主要原因是?
USB3.0,3.1，TYPE C系列，DP系列，HDMI系列。。。。
• 不算高频类的产品有哪些？
•
USB1.1系列，MINI DIN系列，SCART，ATA, IDC, DC（音频），wireharness类。。。。
• 一般来说打端子插Housing类的工艺，不是高频信号。
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为什么要管制信号线的高频参数
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案例分析
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特性阻抗 裸线影响特性阻抗的因素
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衰减
衰减：Attenuation
对于cable 组装来说，影响到衰减的 因素较小，95%以上的原因是裸线 造成。
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衰减试验
取32AWG,30AWG裸线，同时取相同批次的分别为 1M,0.8M, 0.6M,0.4M裸线制成"Gold Sample"来测 试和验证裸线和增加插头后的衰减数据。
a.2.5 GHz，每200mm的衰减约0.5dB b.5 GHz，每200mm衰减约0.6dB c.7.5 GHz,每200mm衰减约1.35dB d.9 GHz,每200mm衰减约1.3dB
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High Speed Cable 高频基本知识简介
High Speed Cable 高频基础知识简介January 17, 2014Jet Shen前言随着科技的进步,人类对信息通讯产品愈加倚赖，信息电子产品之指令周期传输信息量皆大幅提升，电子零组件之高频特性愈发重要。
例如，PCB、线缆、连接器等过去被视为单纯桥接作用之组件，现有规格都增加了衰减(Insertion Loss)、回损（Return Loss）、特性阻抗(Impedance)、串音(Cross talk)、传输延迟(Propagation delay)、Propagation delay skew、隔离效果(Shielding effectiveness)、等高频特性要求。
内容目录高频的概念高频的参数高频的测试高频与制程的联系高频的概念多快才算高频?一般而言,当待测物长度>( 或=) 信号波长1/10. (有些数据定为波长1/20)我们经常见到的高频传输cable有USB3.0, SATA, SAS, Infiniband, PCIe, Mini-SAS, QSFP, SFP+….等.高频的概念----时域和频域时域和频域的关系•对同一对象的不同观察角度“时域”用来观察信号随着时间轴变化的情形“频域”用来显示信号在不同频率点上的能量分布状况•频域和时域的信息可以藉由傅利叶变换(Foruier Transform)来转换•用于时域的仪器:示波器和TDR(Time Domain Reflectometry)•用于频域的仪器频谱分析仪和网络分析仪(Network Analyzer)高频的概念----时域和频域时域和频域的关系振幅(能量)时域测试方法频域测试方法高频的概念----dBdB值的观念与定义均由能量(Energy) 或功率(Power)的观点出发( Power等于Energy对时间的微分, 或单位时间输出的能量)，dB值重要处在于:1. 对数值显示可以看更广的范围。
2. 仪器制造商以dB值来表示产品性能。
电缆环绕高频线的影响因素分析
电缆环绕高频线的影响因素分析在高频线缆中:材料与特性阻抗,衰减,延迟的关系! 材料肯定是有关系的因为材料中的介电常数所以我们在生产信号线的时候都会选用较低的介电常数。
如PE PP FEP 等。
材料的介电常数大小又会影响到电容所以对阻抗衰减延迟有着直接的关系。
如铜线来讲,材质的影响铜的材质主要为：裸铜 100% 镀锡铜96% 镀银103% 信号线一般这3种其中不同的地方在于导电率导电率和导体电阻又是直接的关系衰减。
绝缘材料来讲,选择!材料的选择主要在于的Cable的性能一般为 HD-PE Foam-PE FEP Foam-FEP 等主要为传输信号。
那Power的部分则为SR-PVC 或根据特性需要如 TPEE TPU 等。
铝箔的厚度铝箔厚那它会变硬因为铝层变后所以在包带时整个对绞线会边硬及变紧信号不易泄露。
抗干扰强。
铜线的构造,比如单支,多支相比,在哪些方面对其参数有多大的影响铜的单支肯定是要比多支好因为截面积的问题我们都知道高频信号的传输就是肌肤效应全靠铜的表面。
如此可知道多芯线的截面积受绞距影响会在测试上有差异一般为衰减例我们做LAN CABLE 布线易拉箱都是Solid ，那Office的布线都是Stranded 弯曲性好。
发泡度的高低,SKIN层的厚度发泡度的高和你的电气性能直接影响 Foam 高电容低衰减好阻抗高同OD而言。
但Foam度过高会导致产品不稳定一般在化学在30-40之间物理在45-60之间也针对原物料的品质。
Skin ：主要是在Foam度后加Skin 是为了防止芯线在绞合时变形或焊锡时后缩导致产品的电气性能Fail。
对绞绞距,集合绞绞距.对绞绞距首先影响是串音，其次是本身产品的稳定性。
绞距过大Cable在弯曲过程中容易出现缝隙电容值就会波动导致阻抗 RL 串音不良。
集合绞距对产品影响的性能比较小。
主要是外观圆整。
编织密度抗干扰性能的高低另针对EMI影响比较重要。
押出时的注意事项芯线需注意：OD 电容张力模具等等。
高频连接器电气特性分析理论模板
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Skin Effect caused by Eddy Current
高 頻 電 子 接 器 電 氣 特 性 分 析 理 論 與 實 務
10/30/2018
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EMI Shielding
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Magnetic Filed Shielding at Low Frequency
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Side effect of High Speed Transmission
高 頻 電 子 接 器 電 氣 特 性 分 析 理 論 與 實 務
Impedance Match Cross Talk
EMI
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The coefficient of interaction between two loops
I(t)
LM + Y(t) RA
dI A Y LM dt
dVA V dt Tr dV dI A dV V RA dt dt RA dt RA Tr V Y LM RA Tr X 'Talk Y LM V RA Tr
Relationship between Decibels, Power and Voltage
高 頻 電 子 接 器 電 氣 特 性 分 析 理 論 與 實 務 db
+20 +10 +3 0 -3 -10 -20
高频特性阻抗讲解
ZC
120
e
ln(
2*a
d
*
D D
2
S
2
a a
2 2
) 或 ZC
276
S
e
lg(
2*a
d
*
D D
2
S
2
a a
2 2
)
S
其中： Zc:特性阻抗 a:两导体的中心距(mm) d:中心导体的直径(mm) Ds:屏蔽层内径(mm) ε e:绝缘材料的等效介电常数
0.32mm
±0.01mm
3±1mm
34#(19/0.04TC)*2C
0.32mm
±0.01mm
3±1mm
32#(19/0.05TC)*2C
0.38mm
±0.01mm
4±1mm
32#(19/0.05TC)*2C
0.38mm
±0.01mm
4±1mm
30#(19/0.06TC)*2C
0.50mm
±0.01mm
双绞线特性阻抗： 导体中心距D 0.31 导体直径d 0.2 介电常数E 2.1 A=2D/d 3.1 ln(A) 1.13140211 E开平方根 1.44913767 特性阻抗Z 93.6889957
六. NB Cable特性阻抗控制的实验数据分析
6.3 常用绝缘材料的物性表：
六. NB Cable特性阻抗控制的实验数据分析
反比
正比
反比
正比
三、影响对称电缆特性阻抗（Zc）的因素
3.1．导体直径 导体直径的波动会影响电感和电容的大小，进而成为影响特性阻抗ZC ，这是不可 忽视的因素。要想控制好导体直径 ，模具的精度至关重要，拉丝出线模的直径偏差一 般应控制在0.002mm以下，在设备运行状况良好的条件下，导体直径偏差不可超 0.003mm,只有这种精度才能够满足电缆对特性阻抗的要求。因此，在拉丝生产过程中 应经常关注拉丝机的运行状况及拉丝模精度的控制。另外还要严格控制好导体的退火 状态及其拉断伸长率，如果导体的退火过度，造成导体伸长率过大，在后续加工过程 中就难以控制和容易变形，所以导体伸长率波动范围应严格控制在小于±1.5％为宜。 3.2．绝缘线芯外径偏差和同心度 绝缘线芯外径偏差和同心度是绝缘单线生产过程中最不易控制因素，而绝缘线芯 外径的波动和偏心会导致两导线间距离的变化，这种变化的结果使特性阻抗ZC值发生 变化，两导线间距离变化越大特性阻抗ZC值波动就越大，严重时会远远偏离标称值。 绝缘层的厚度偏差应控制在±0．03 mm以内，同心度不得小于95％。要想得到比较 均匀的特性阻抗，就要保证生产出的绝缘线芯的绝缘厚度和同心度都很好。在生产时 挤塑模具的选用也是非常重要的（因为挤塑模具会给绝缘线芯外径和偏心带来直接的 影响）
cable知识讲解
一. CABLE 的定义、分类及主要性能1．CABLE的定义1.1 CABLE 广义：CABLE即电线电缆，是用以传输电（磁）能、信息、和实现电磁能转换的线材产品。
1.2 CABLE狭义的定义：CABLE是指绝缘电缆，是指由一根或多根绝缘线芯，以及它们各自可能具有的包覆层、总保护层及外保护层等组成的集合体。
2．CALBE的分类2.1 CABLE按其用途分为以下五大类：1）裸电线：指仅有导体而无绝缘层的产品。
2）绕阻线：指以绕阻的形式在磁场中切割磁力线感应产生电流或通过电流产生磁场所用的电线，故又称为电磁线。
3）电力电缆：在电力系统的主要线路中用以传输和分配大功率电能的电缆产品。
4）通信电缆和通信光缆：通信电缆是传输电话、电报、电视、广播、传真、数据和其他电信信息的电缆；通信光缆是以光导体作为光波传输介质，进行信息传输，因此又叫做纤维光缆。
5）电气装备用电线电缆：A）低压配电电线电缆，主要指固定敷设和移动的供电电线电缆。
B）信号及控制电缆，主要指控制中心与系统间传递信号或控制操作用的电线电缆。
C）仪器和设备连接线，主要指仪器设备内部安装线和外部引接线。
D）交通运输工具电线电缆，主要指汽车、机床、舰船、飞机配套用电线电缆。
E）地质资源勘探和开采用电线电缆，主要指煤、矿石、油田的探测和开采用电线电缆。
F）直流高压电缆，主要指X射线机、静电设备等配套用的电线电缆。
G）加热电缆，主要指生活取暖、植物栽培、管道保温等用电线电缆。
H）特种电线电缆，主要指耐高温、防火、核电站等用的电线电缆。
3．CABLE的主要性能3.1电性能1）导电性能：大多数产品要求有良好的导电性能，个别产品要求有一定的电阻范围。
2）电绝缘性能：绝缘电阻、介电常数、介质损耗、耐电压特性等。
3）传输特性：指高频传输特性、抗干扰特性等。
3.2力学性能：指抗拉强度、伸长率、弯曲性、弹性、柔软性、耐振动性、耐磨性以及耐冲击性。
3.3热性能：指产品的耐热等级、工作温度、电力电缆的发热和散热特性、载流量、短路和过载能力、合成材料的热变形和耐热冲击能力、材料的热膨胀性及浸渍或涂层材料的滴落性能等。
电缆高频测试原理
电缆高频测试原理电缆高频测试原理是指通过高频信号对电缆进行测试，以了解电缆的传输特性和质量状况。
高频测试是电缆测试中常用的一种方法，可以有效地检测电缆的传输性能，包括传输损耗、信号衰减、干扰等。
本文将介绍电缆高频测试的原理及其应用。
电缆高频测试主要通过发送高频信号来测量电缆的传输特性。
高频信号是指频率较高的电信号，一般在几百千赫到几十兆赫范围内。
高频信号的特点是波长短，传输损耗大，易受干扰。
因此，通过对电缆传输高频信号进行测试，可以了解电缆在实际使用中的传输性能。
电缆高频测试主要包括以下几个方面的内容：1. 传输损耗测试：传输损耗是指信号在电缆传输过程中的衰减程度。
通过发送一定频率的高频信号，并测量信号在电缆中的衰减程度，可以得到电缆的传输损耗。
传输损耗越小，说明电缆的传输性能越好。
2. 信号衰减测试：信号衰减是指信号在传输过程中逐渐减弱的现象。
通过发送一定强度的高频信号，并测量信号在电缆中的衰减情况，可以了解电缆在不同频率下的信号衰减情况。
信号衰减越小，说明电缆对高频信号的传输能力越强。
3. 干扰测试：干扰是指外部信号对电缆传输的影响。
通过发送一定频率和强度的高频信号，并测量信号在电缆中的干扰情况，可以了解电缆对干扰信号的抗干扰能力。
抗干扰能力越强，说明电缆对外部干扰信号的影响越小。
4. 阻抗测试：阻抗是指电缆对交流信号的阻碍程度。
通过发送一定频率的高频信号，并测量信号在电缆中的阻抗情况，可以了解电缆对交流信号的阻碍程度。
阻抗越小，说明电缆对交流信号的传输能力越好。
以上是电缆高频测试的主要内容，通过对这些内容进行测试，可以全面了解电缆的传输特性和质量状况。
在实际应用中，电缆高频测试被广泛应用于通信、电力、计算机等领域，用于评估和检测各类电缆的传输性能。
总之，电缆高频测试是一种通过发送高频信号对电缆进行测试的方法，可以了解电缆在实际使用中的传输特性和质量状况。
通过对传输损耗、信号衰减、干扰和阻抗等方面进行测试，可以全面评估电缆的传输性能。
第1部分-高频传输性能介绍
• 对绞线 • 影响阻抗的因素﹕ • 介电常数﹔绝缘线径﹔导体线径﹔对绞节距﹔绕包松紧(对屏蔽)﹔ 成缆节距﹔成缆包带松紧﹔编织的松紧﹔外被的松紧。 • 1) 发泡度:发泡度增大—介电常数减小—阻抗增大﹔发泡度不均匀—介 电常数不均匀—阻抗不均匀。 • 2) 绝缘线径﹕绝缘线径增大—阻抗增大﹔绝缘线径不均匀—阻抗不均 匀。 • 3) 导体线径: 导体线径减小—阻抗增大。 • 4) 对绞节距﹕ • a)非屏蔽线对﹕对绞节距减小—阻抗减小﹔ • b)屏蔽线对﹕对绞节距增大—阻抗减小﹔ • 5) 绕包﹕绕包张力大—铝箔紧—阻抗小。 • 6) 成缆节距(非对屏蔽)﹕成缆节距减小—阻抗减小。 • 7) 成缆包带(非对屏蔽) ﹕成缆包带紧—阻抗减小。 • 8) 编织的松紧(非对屏蔽) ﹕编织紧—阻抗减小。 • 9) 外被的松紧(非对屏蔽) ﹕外被紧—阻抗小。
3. 回波损耗 (Return loss)
由于材料﹐结构尺寸与制造工艺(绝缘押出量不均﹐牵引轮 偏心﹐收放线转动不均匀) 等缺陷和分散性的影响﹐造 成阻抗沿长度的分布是不均匀的。电磁波在线路上传输 遇到不均匀点产生多次反射﹐奇次反射波回到发射端﹐ 会引起输入阻抗的变化﹐并引起主波信号功率变化﹐产 生衰减频率特性波动﹐引起信号失真。偶次反射波形成 伴流﹐滞后并迭加在主波上﹐造成干扰﹐尤其脉冲信号 传输时﹐会引起波形畸变﹐造成信号失真。
如果RL 数值越趋近于0 时，表示讯号反射的情况越严重。反之，RL 数 值越负(越小)时，表示讯号反射的情况越少。
4. VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)
读值表示同轴传输线反射质量的另一种方式，入射讯号与反 射讯号合成后的最大电压和最小电压比值就是驻波比。
如果负载等于参考电压的话（Z0 = ZL）驻波比是 ” 1 ”。 如果负载是断路或短路的话，驻波比会趋近于 ” ∞ ” 。 数值越小越好,无反射时VSWR=1.0.
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• 符號： Xtalk 單位：分貝 長度 符號： 單位：分貝/長度 長度(dB/L) • 控制因素： 控制因素： 絕緣介質 对绞绞距 線材結構
符號： 符號： Z 控制因素 控制因素：
單位：欧姆( 單位：欧姆(Ω)
絕緣介質 絕緣厚度 線材結構
•符號：---符號： 符號 •控制因素： 控制因素： 控制因素
常見高频电线
USB(USB1.1&USB2.0&USB3.0) CABLE IEEE-1394a & IEEE-1394b CABLE S-ATA CABLE LAN CABLE DVI(DVI-A&DVI-D&DVI-A/D) HDMI CABLE INFINIBAND CABLE RF CBLE DisplayPort CABLE DiiVA CABLE
衰减不良(中频)
衰减不良(中频)
不良原因 芯线不匹配 对绞张力偏小 绞距偏大
衰减不良(高频)
不良原因 对绞绞距偏大 包带不紧
衰减不良(高/中/低频)
不良原因 无包带 芯线OD不均
阻抗不良
不良原因
包带不紧 包带有裂开 芯线OD不均
SKEW不良
不良原因
物理长度不一致 芯线不匹配 张力
THE END 谢谢大家！ 谢谢大家！
單位：奈秒/長度(ns/L) 單位：奈秒/長度(ns/L) 線材結構 絕緣材質 測量頻率 待測物溫度
•符號：--符號： 單位：奈秒/長度(ns/L) 單位：奈秒/長度(ns/L) 符號 •控制因素： 控制因素： 控制因素 線材結構均勻性
衰减不良(低频)
衰减不良(低频)
不良原因 芯线不匹配 导体不良 芯线附着力
高频参数
•符號：Att. 符號： 符號 •控制因素： 控制因素： 控制因素
單位：分貝/長度(dB/L) 單位：分貝/長度(dB/L) 導體截面積& 導體截面積&結構 導體材質 阻抗匹配 測量頻率 待測物溫度
•符號：RL 單位：單位：分貝/長度(dB/L) 符號： 單位：單位：分貝/長度(dB/L) 符號 •控制因素： 控制因素： 控制因素 線材均勻性及系統匹配性