電器特性和制程參數(shù)關(guān)系知識介紹

通常，大家一提到高頻高速，就會感覺很高大上，會想到哪一張張高頻測試圖形和那來自大洋彼岸貴重的測試設(shè)備和一套套測試治具及專業(yè)的模擬軟件，但是隨著產(chǎn)品的升級換代，對于高頻高速已經(jīng)盡在眼前，USB4,SFP+,HDMI2.1等等線材現(xiàn)在都需要考慮信號完整性和電氣性能，現(xiàn)在產(chǎn)品的競爭力就是體現(xiàn)在產(chǎn)品設(shè)計成本，性能，舊有的設(shè)備和方法可能已經(jīng)無法跟上線纜發(fā)展的腳步！在當(dāng)今高頻高速的世界里面，一個產(chǎn)品從設(shè)計到量產(chǎn)成功還有很多的過程，今天我們就一起探討這個高頻高速的電氣特性和制程生產(chǎn)控制的參數(shù)關(guān)系！這些都是小編過往的經(jīng)驗分享，您可以依據(jù)分享找出最優(yōu)的解決問題的方案并加以驗證...

傳輸線基礎(chǔ)知識（帶著以下兩個問題開始我們的學(xué)習(xí)交流之旅）

什么樣的一條線才可以視為傳輸線？

什么樣的情況下，線材的傳輸被視為高頻傳輸?

電線電纜特性參數(shù)介紹

■參數(shù)名稱：衰減，?點擊了解【你必須懂的參數(shù)之一【衰減（Attenuation）】;表示電磁波在均勻電纜上每公裡的衰減值，它由兩部分組成，由於金屬導(dǎo)體中的損耗而產(chǎn)生的衰減.

衰減-Attenuation 單位–dB

高頻電子訊號在傳動時由於基本材料電阻，產(chǎn)生訊號強(qiáng)度(電壓)降低以外，尚有因高頻引發(fā)的Impedance，導(dǎo)致電子訊號強(qiáng)度再被降低,基本電阻的衰減取決於導(dǎo)體材質(zhì)可稱直流衰減,電容電感的衰減取決於頻率高低可稱交流衰減，且頻率越高此衰減越嚴(yán)重.

定義：指輸出端功率（Pout）比入射端功率（Pint）降低了多少，以dB（分貝）來表示。也可以是指輸出電壓（Vout）與入射電壓（Vin）相比訊號損耗剩下多少，一般是用NA（網(wǎng)路分析儀）來量測，可由儀器直接量得，其公式如下：

衰減常數(shù)（電線電纜手冊一）

表示電磁波在均勻電纜上每公裡的衰減值，它由兩部分組成，

由於金屬導(dǎo)體中的損耗而產(chǎn)生的衰減；

由於介質(zhì)中損耗產(chǎn)生的衰減

αn={[RLGL-ω-2LLCL+(RL+ω2LL2)(GL2+ωL -2C2)1/2]/2} 1/2

在低損耗近似中，上式可近似為：

αn=(RL/Z0+GL*Z0)/2

從兩個電壓比值奈培數(shù)到同一比值的dB數(shù)之間存在一個簡單的轉(zhuǎn)換關(guān)係，如果兩個電壓的比值奈培數(shù)為rn，同樣電壓比值的dB數(shù)為rdB，由於它們等於相同的電壓比，所以可以得到：

10rdB/20=ern;rdB=rn*20loge=8.68*rn

所以傳輸線單位長度的衰減dB/長度為：

αdB=8.68αn=4.34(RL/Z0+GL*Z0)

注：αn表示衰減，為奈培/長度

αdB表示衰減，為dB/長度

RL表示導(dǎo)線單位長度串聯(lián)電阻

CL表示單位長度電容

LL表示單位長度串聯(lián)回路電感

GL表示由介質(zhì)引起的單位長度并聯(lián)電導(dǎo)

Z0表示傳輸線特性阻抗，單位為Ω（傳輸線理論）

論上，這雖是頻域中的衰減，但衰減卻與頻率沒有內(nèi)在聯(lián)繫，然而事實上，在現(xiàn)實世界中，對於非常好的傳輸，由於趨膚效應(yīng)的影響，單位長度串聯(lián)電阻隨著頻率的平方根增加；由於介質(zhì)損耗因數(shù)的影響，單位長度并聯(lián)電導(dǎo)隨著頻率而增加，這意味著衰減也會隨著頻率的升高而增加，高頻率正弦波的衰減要大於低頻率的衰減.

單位元長度損耗由兩部分組成，一部分是由導(dǎo)線損耗引起的衰減：αcond=4.34(RL/Z0),另一部分衰減與介質(zhì)材料損耗有關(guān)：αdiel=4.34(GL*Z0)，總衰減為：αdB=αcond＋αdiel

隨著頻率的升高，介質(zhì)引起衰減的增加速度要比導(dǎo)線引起衰減的增加速度快，那麼會存在某一頻率，使得在這一頻率之上時介質(zhì)引起的衰減處於主導(dǎo)地位.

低衰減因素

低衰減可歸於下列因素：

a.很大的中心導(dǎo)體直徑

(d)或絕緣介電材質(zhì)的直徑。

介電材質(zhì)能防止高頻能量經(jīng)由電阻成份散逸而保存的能力.介電材質(zhì)散逸

係數(shù)越低, 代表其傳遞高頻能量之能力越高.

b.中心導(dǎo)體直徑或覆被低阻值.

c.低介電係數(shù).

d.低的集膚效應(yīng)深度.

實際生產(chǎn)過程控制重點

??材料衰減：有電壓的情況下,分子會產(chǎn)生擺動,擺動會產(chǎn)生熱量,即而把部分能量轉(zhuǎn)化為熱能.

??導(dǎo)體衰減：導(dǎo)體會發(fā)熱,消耗的為熱能.反射衰減：遇到材料不均勻點

??控制重點：設(shè)計關(guān)鍵點

?阻抗，絕緣外徑，導(dǎo)體外徑，屏蔽狀況

?阻抗大—衰減小﹔

?絕緣線徑大—阻抗大—衰減小﹔

?導(dǎo)體直徑大—衰減小﹔

?發(fā)泡度大—介電常數(shù)小—衰減小﹔

?編織密度增加—衰減小﹔

?編織+鋁箔結(jié)構(gòu)—衰減小﹔

?鋁箔厚度增加—衰減小﹔

??控制重點：制造過程關(guān)鍵點

?芯線的皮厚偏小----- 衰減增大

?附著力不穩(wěn)定及芯線外觀不良粗糙-----衰減增大

?芯線的絕緣材質(zhì)-----介電常數(shù)小.衰減小.

?導(dǎo)體的大小---導(dǎo)體偏小---衰減大

?測試線材的長短---線長衰減大

?測試的環(huán)境及線材的屏蔽效果(遮蔽率)----環(huán)境差---衰減大

不同線種的應(yīng)用設(shè)計理論重點介紹【同軸線結(jié)構(gòu)】

影響衰減的因素﹕阻抗﹑絕緣線徑﹑導(dǎo)體直徑﹑編織錠子數(shù)﹑每錠根數(shù)

■阻抗增大—衰減減小﹔

■絕緣線徑增大—阻抗增大—衰減減小﹔

■導(dǎo)體直徑增大—衰減減小﹔

■發(fā)泡度增加—介電常數(shù)減小—衰減減小﹔

■外導(dǎo)體變化的影響

■編織密度增加—衰減減小﹔

■編織+鋁箔結(jié)構(gòu)—衰減減小﹔

■鋁箔厚度增加—衰減減小﹔

不同線種的應(yīng)用設(shè)計理論重點介紹【對絞線結(jié)構(gòu)】

影響衰減的因素﹕導(dǎo)體﹑絕緣介質(zhì)﹑絕緣線徑﹑對絞節(jié)距﹑對屏蔽松緊﹑對屏蔽厚度﹑成纜節(jié)距﹑總屏蔽﹑總屏蔽厚度﹑對內(nèi)延時差.

■導(dǎo)體線徑大—衰減小﹔導(dǎo)體絞合節(jié)距增大—衰減減小﹔

■導(dǎo)體絞合質(zhì)量差(起股﹑松散﹑不圓整等)—高頻衰減跳動。

■絕緣介質(zhì)﹕發(fā)泡度增大—介電常數(shù)減小—衰減減小﹔

■絕緣線徑﹕絕緣線徑增大—阻抗增大—衰減減小﹔

■對絞節(jié)距﹕對絞節(jié)距增大—衰減減小﹔

■對屏蔽松緊

■鋁箔繞包過緊—衰減增大﹔鋁箔繞包緊—高頻衰減無跳動﹔

■鋁箔繞包過緊—高頻衰減跳動﹔鋁箔繞包松—高頻衰減有跳動。

■鋁箔繞包不平整—高頻衰減跳動.

【衰減參數(shù)之系數(shù)的說明】

影響衰減的因素﹕在衰減參數(shù)的應(yīng)用里面一般有兩個系數(shù)比較重要，如附

以下為常規(guī)手動測量和軟件測試的圖形供參考交流！

小結(jié)建議

以上所寫部分公式主要為理論知識，在實際制程中很少會根據(jù)這些公式來計算，在實際制中影響衰減的主要因素是阻抗，所以控制阻抗穩(wěn)定是非常重要一個環(huán)節(jié)，這就要求在做導(dǎo)體時注意OD穩(wěn)定、外觀美觀、無刮傷、凸起等會影響到阻抗的不良因素，對於芯線要求OD穩(wěn)定、同心度高、表面光滑美觀，絞線時要求絞距穩(wěn)定、收/放線張力平衡，對於外被要求押出時不能過緊過松，所以只有做好線的每一個工段，才能保證阻抗變化不大，才能保證衰減較好 ，對于線纜研發(fā)工程師而言，不僅理論知識要掌握好，更重要的是理論結(jié)合實際來綜合設(shè)計考量。