射频传输线理论「高频信号」

今天带来射频传输线理论「高频信号」，关于射频传输线理论「高频信号」很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

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何为传输线？

传输线理论来源：在信号完整性和电源完整性，工程师必须理解传输线理论基础，这里给出简单的传输线理论.

如果传输线上传输的信号是低频信号，假设是1KHz，那么信号的波长就是300公里(假设信号速度为光速)，即使传输线的长度有1米长，相对于信号来说还是很短的，对信号来说传输线可以看成短路，传输线对信号的影响是很小的。但是对于高速信号来说，假设信号频率提高300MHz，信号波长就减小到1米，这时候1米的传输线和信号的波长已经完全可以比较，在传输线上就会存在波动效应，在传输线上的不同点上的电压电流就会不同。在这种情况下，我们就不能忽略传输线对信号造成的影响。传输线相对信号来说就是一段长线，我们要用长线传输里的理论来解决问题，特别是高频时 传输线理论不可忽视.

常见的电气参数基础介绍

电线电缆产品应用于全球消费电子、高清数字、微波通讯、通讯基站、IT设备、太阳能光伏、公路车辆、家电、工控和能源等领域。尤其是随着大数据时代的到来，信息交互量越来越大，作为安防通信、网络通信及相关信号传输用途的电线电缆在国内乃至全球都有巨大的应用市场，高频参数将影响其众多的使用领域和效果.

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衰减---Attenuation 單位 –dB

高频电子讯号在传动时由于基本材料电阻，产生讯号强度(电压)降低以外，尚有因高频引发的Impedance，导致电子讯号强度再被降低,基本电阻的衰减取决于导体材质可称直流衰减,电容电感的衰减取决于频率高低可称交流衰减，且频率越高此衰减越严重；如果ATT数值越趋近于0时，表示讯号损耗的情况越少。反之，ATT数值越负(越小)时，表示讯号损耗的情况越严重.

常见的衰减参数的测试图，Pass表示符合测试要求，NG表示测试数据异常

衰减/插入损失（α，Attenuation/Insertion Loss）

指输出端功率（Pout）比入射端功率（Pint）降低了多少，以dB（分贝）来表示，也可以是指输出电压（Vout）与入射电压（Vin）相比讯号损耗剩下多少，一般是用NA（网路分析仪）来量测，可由仪器直接量得，其公式如下：

单位长度传输线的总衰减是中心导体的损失（αc）和介电材质损失（αd）之和。

αc＝11.39*f1/2/Z0*(d D) dB/m（f:GHz d,D:cm）

或αc＝4.34*f1/2/Z0*(d D)dB/100ft（ f:MHz d,D:inch）

αD＝90.96*f*Σr1/2*tan(δ) dB/m

或αD＝2.78*f*Σr1/2*tan(δ) dB/100ft δ为散逸系数

如果ATT数值越趋近于0时，表示讯号损耗的情况越少。反之，ATT数值越负（越小）时，表示讯号损耗的情况越严重。

衰减常数（参照电线电缆手册一的数据说明）

表示电磁波在均匀电缆上每公里的衰减值，它由两部分组成，

由于金属导体中的损耗而产生的衰减；

由于介质中损耗产生的衰减。

αn={[RLGL-ω­2LLCL (RL ω2LL2)(GL2 ωL ­2C2)1/2]/2} 1/2

在低损耗近似中，上式可近似为：

αn=(RL/Z0 GL*Z0)/2

从两个电压比值奈培数到同一比值的dB数之间存在一个简单的转换关係，如果两个电压的比值奈培数为rn，同样电压比值的dB数为rdB，由于它们等于相同的电压比，所以可以得到：

10rdB/20=ern

rdB=rn*20loge=8.68*rn

所以传输线单位长度的衰减dB/长度为：

αdB=8.68αn=4.34(RL/Z0 GL*Z0)

注：αn表示衰减，为奈培/长度

αdB表示衰减，为dB/长度

RL表示导线单位长度串联电阻

CL表示单位长度电容

LL表示单位长度串联回路电感

GL表示由介质引起的单位长度并联电导

理论上，这虽是频域中的衰减，但衰减却与频率没有内在联系，然而事实上，在现实世界中，对于非常好的传输，由于趋肤效应的影响，单位长度串联电阻随著频率的平方根增加；由于介质损耗因数的影响，单位长度并联电导随著频率而增加，这意味著衰减也会随著频率的升高而增加，高频率正弦波的衰减要大于低频率的衰减。

单位元长度损耗由两部分组成，一部分是由导线损耗引起的衰减：αcond=4.34(RL/Z0),另一部分衰减与介质材料损耗有关：αdiel=4.34(GL*Z0)，总衰减为：αdB=αcond＋αdiel

随著频率的升高，介质引起衰减的增加速度要比导线引起衰减的增加速度快，那么会存在某一频率，使得在这一频率之上时介质引起的衰减处于主导地位.

传输线上的信号损耗：

综合以上信号损耗主要包括以下几种：

阻性损耗、介质损耗：信号以电磁波的形式在传输线中传输，在介质中产生极化。介质中的带电粒子沿着电场方向规则排列，电荷的规则移动消耗了能量。

相邻耦合损耗：串扰的影响，信号的能量一部分耦合到响铃的线上去，从而衰减了自身的能量。

反射损耗和辐射损耗等：反射的信号在传输线上来回传输，最终对信号的总能量构成损耗；高频信号以电磁波的形式辐射出PCB

在分析传输线损耗时，还应注意：趋肤效应； 邻近效应 ；表面粗糙度；复介电常数 ；介质损耗 ；随频率变化的阻抗特性和时延特性等，特别自身的损耗是高频损耗的主要部分：主要是由导线自身的电阻所引起的损耗，在交流信号下，导线的阻抗会随着频率的变化而变化；走线的表面都会有一定的粗糙度，当信号的波长与走线层表明的粗糙度相近时会加剧阻性损耗，而且由于趋肤效应的影响，高频电流会集中在导体的表面，这会进一步加剧导体的阻抗损耗，下面我们将分析这些损耗如何体现在传输线上面.

线缆的低衰减可归于下列因素：

a.很大的中心导体直径(d)或绝缘介电材质的直径。

介电材质能防止高频能量经由电阻成份散逸而保存的能力.

介电材质散逸系数越低, 代表其传递高频能量之能力越高。

b.中心导体直径或覆被低阻值。

c.低介电係数。

d.低的集肤效应深度。

举一个生活中的例子，如图为热水传输管道

问题1：供热水公司输出热水假设100°C，但实际接收单位肯定会有差异，在这个热水传输过程中有发生明显损耗.

问题2：一杯热水100°C，放置一个小时以后，可能就变成常温的水，在这个放置过程中，水温发生明显损耗.

影响到热水传输损耗的原因分析：

1.传输管道的壁厚（会影响保温的时间）

2.传输管道的内壁光洁度（会阻碍传输的速度）

3.传输管道的材质（会影响保温的时间）

4.传输水的速度 （速度直接影响水温损耗的速度）

5.传输的距离（距离直接影响水温损耗的速度）

6.外部环境的影响（会影响保温的时间）

如图对比管道图，铜丝即为传输的核心水，绝缘皮即是保护的传输管道

影响到线缆传输损耗的原因分析：

传输管道的壁厚（对比为芯线的皮厚）传输管道的内壁光洁度（对比为线材附著力不稳定及芯线外观不良粗糙）传输管道的材质（ 芯线的绝缘材质）传输水的速度（导体的大小）传输的距离（测试线材的长短）外部环境的影响（测试的环境及线材的屏蔽效果(遮蔽率)）

线缆设计中关键点﹕

阻抗，绝缘外径，导体外径，屏蔽状况

阻抗大；衰减小﹔

绝缘线径大；阻抗大；衰减小﹔

导体直径大；衰减小﹔

发泡度大；介电常数小；衰减小﹔

编织密度增加；衰减小﹔

编织 铝箔结构；衰减小﹔

铝箔厚度增加；衰减小﹔

线缆生产过程中控制关键点﹕

芯线的皮厚偏小；衰减增大

附著力不稳定及芯线外观不良粗糙；衰减增大

芯线的绝缘材质；介电常数小，衰减小

导体偏小；衰减大

测试线材的长短；线长衰减大测试的环境及线材的屏蔽效果(遮蔽率)；环境差；衰减大.

不同线种的应用设计理论重点也不同，以下做简要数据罗列说明

电线主要分为两种，一种为同轴系列，一种为对绞系列

同轴线主要影响衰减的因素﹕阻抗﹑绝缘线径﹑导体直径﹑编织锭子数﹑每锭根数。

目前需要用到同轴线的主要成品系列罗列

1) 阻抗增大；衰减减小﹔

2) 绝缘线径增大；阻抗增大；衰减减小﹔

3) 导体直径增大；衰减减小﹔

4) 发泡度增加；介电常数减小；衰减减小﹔

5) 外导体变化（编织）的影响

a) 编织密度增加；衰减减小﹔

b) 编织 铝箔结构；衰减减小﹔

c) 铝箔厚度增加；衰减减小﹔

双绞线主要影响衰减的因素﹕导体﹑绝缘介质﹑绝缘线径﹑对绞节距﹑对屏蔽松紧﹑对屏蔽厚度﹑成缆节距﹑总屏蔽﹑总屏蔽厚度﹑对内延时差。

目前双绞线的种类非常多，网线最为普遍，其它如HDMI，USB,DP等都为此类别

1) 导体

导体线径大；衰减小﹔

导体绞合节距增大；衰减减小

导体绞合质量差(起鼓﹑松散﹑不圆整等)；高频衰减跳动。

2) 绝缘介质﹕发泡度增大；介电常数减小；衰减减小﹔

3) 绝缘线径﹕绝缘线径增大；阻抗增大；衰减减小﹔

4) 对绞节距﹕对绞节距增大；衰减减小﹔

5) 对屏蔽松紧

铝箔绕包过紧；衰减增大﹔

铝箔绕包紧；高频衰减无跳动﹔

铝箔绕包过紧；高频衰减跳动﹔

铝箔绕包松；高频衰减有跳动。

铝箔绕包不平整；高频衰减跳动.

衰减参数小结：以上所写部分主要为理论知识，在实际制程中很少会根据这些公式来计算，在实际制中影响衰减的主要因素是阻抗，所以控制阻抗稳定是非常重要一个环节，这就要求在做导体时注意OD稳定、外观美观、无刮伤、凸起等会影响到阻抗的不良因素，对于芯线要求OD稳定、同心度高、表面光滑美观，绞线时要求绞距稳定、收/放线张力平衡，对于外被要求押出时不能过紧过松。所以只有做好线的每一个工段，才能保证阻抗变化不大，才能保证衰减较好；在衰减计算参数的应用里面一般有两个系数比较重要，如下附表

02

眼图—Eye Diagram

眼图的基础知识，眼图大家都看过不少，现在不管是HDMI线，还是USB线，客户都喜欢看看眼图测试图像，其实这也说明，大家的品味高啦，从之前的完全不懂高频，知道啦些最基本的判断，其实眼图的数字波形和普通的不一样，并不是长长的一段波形，而是把很长的一段波形，折叠成一个Bit的周期（unit interval）里面；随著传输资料的数位化与高速化，硬体设计技术直接影响传输品质的好坏，并且高密度电路板布线模式已成为数位产品的设计基淮，信号完整性将是产品兼容性测试所关注的交点，因而眼状图测试越发的重要.

眼图实际的构成图形（JIAN的ATE学习笔记里面看到的图形）

这样做的好处，是可以更明显地观察到波形的差异。

如果我们简单波形的话，下面这两个图并没有特别明显的差异：

模型1的波形（JIAN分享的图形）

模型2的波形（JIAN分享的图形）

但看眼图的话，差异就能看出来了：

模型1的眼图（JIAN分享的图形）

模型2的眼图（JIAN分享的图形）

眼图（Eye Diagram） :讯号产生器（Patent Generator）可编辑一连续串的数码节乱数编码，输入待测物来分析待测物在这些连续编码的高频效应传输效应下，因为高频效应的Skew/Rise Time/Impedance与Cross Talk，用TDR观察交叉衍生的接收端讯号质量，TDR所呈现出来的结果图像称为眼图

在实际数字互连系统中，完全消除码间串扰是十分困难的，而码间串扰对误码率的影响目前尚无法找到数学上便于处理的统计规律，还不能进行准确计算。为了衡量基带传输系统的性能优劣，在实验室中，通常用示波器观察接收信号波形的方法来分析码间串扰和噪声对系统性能的影响，这就是眼图分析法。如果将输入波形输入示波器的Y轴，并且当示波器的水平扫描周期和码元定时同步时，适当调整相位，使波形的中心对准取样时刻，在示波器上显示的图形很象人的眼睛，因此被称为眼图（Eye Map）.

眼图是如何产生

二进制信号传输时的眼图只有一只“眼睛”，当传输三元码时，会显示两只“眼睛”。眼图是由各段码元波形叠加而成的，眼图中央的垂直线表示最佳抽样时刻，位于两峰值中间的水平线是判决门限电平

在无码间串扰和噪声的理想情况下，波形无失真，每个码元将重叠在一起，最终在示波器上看到的是迹线又细又清晰的“眼睛”“眼”开启得最大。当有码间串扰时，波形失真，码元不完全重合，眼图的迹线就会不清晰，引起“眼”部分闭合。若再加上噪声的影响，则使眼图的线条变得模糊“眼”开启得小了，因此“眼”张开的大小表示了失真的程度，反映了码间串扰的强弱。由此可知，眼图能直观地表明码间串扰和噪声的影响，可评价一个基带传输系统性能的优劣。另外也可以用此图形对接收滤波器的特性加以调整，以减小码间串扰和改善系统的传输性能.

描述眼图的好坏，有以下这些参数：由于噪声瞬时电平的影响无法在眼图中得到完整的反映，因此，即使在示波器上显示的眼图是张开的，也不能完全保证判决全部准确。不过，原则上总是眼睛张开得越大，实际判决越准确。所以，还是可以通过眼图的张开度来衡量和比较基带信号的质量，并以此为依据来调整信号在信道中的传输特性，使信号在通信系统信道中传输尽最大可能接近于最佳工作状态.

无失真及有失真时的波形及眼图

无码间串扰时波形；无码间串扰眼图

有码间串扰时波形；有码间串扰眼图

眼图重要性

因为讯号的频率很高时,如果传输路径(PCB,cable,connector…等)的质量不够好,会造成讯号完整性被破坏,讯号的波形就会不好,这时要测试评估传输路径的质量够不够好,就要测眼图。

眼图的原理是用数百万个讯号打进待测物,再用示波器来接收,并将每个量到的讯号重复迭在一起就成了眼图.,当讯号很完整时,眼图的眼睛会张很开,代表待测物的质量很好,但当讯号通过质量不好的待测物时,讯号完整性被破坏,则所得的眼图会是比较闭起的,或根本看不到眼睛.

眼图最终注重的是线材的结构稳定性，RL测试及阻抗值的量测最为重要

03

串音（Xtalk，Cross talk）

串音主要分为近端串音和远端串音两大类;它们的峰值定义为,近端串音係数NEXT和远程串音係数FEXT;其中Vin为动态线中信号电压;Vnear和Vfar为静态线上近端和远端测得的串音电压.

计算公式如下(串音—Cross Talk 單位—dB)

一对讯号线传输时的高频电容电感效应与 Impedance匹配效应，产生对相邻讯号线造成的干扰现象。

NEXT(Near End Cross Talk)---近端串音，发生在传输源一端的串音现象

FEXT(Far End Cross Talk)---远端串音，发生在接收一端的串音现象

dB=20 Log(V1/V0)

V1-相邻讯号线检出电压

V0-原讯号源输出电压

两线路之间互相干扰的电磁杂讯，一般会随著频率之升高而增加。

其量测可以NA或TDR来量测，其计算公式如下：

如果Xtalk数值越趋近于0 dB(or近100%)时，表示杂讯干扰的情况越严重，反之，Xtalk dB数值越大(or近0%)时，表示杂讯干扰的情况越少

实际量测中的串音测试图形

SSN（同步开关噪音）

开关噪音由差分对间的感性耦合引起,当传输线上电流变化时,会在邻近的传输线上耦合出感 应电压,并激起感应电流,对邻近传输线上的信号产生干扰.

解决方式：

由于差分信号的特性,可以激励差分对进入奇模模态,在此模态下, 差分对本身对耦合噪音有很好的抑制作用.另外可以通过对线包铝箔屏蔽来减弱对其他邻近差分对的干扰.

在高频通信中,我们更关心的是串音干扰而不是SSN；串音干扰是相邻传输线对内或对间由于寄生电感,电容耦合产生的噪音；对传输线上的信号影响很大；必须加以控制；否则会引起信号波形的严重失真,导致接收端误判断.

串音产生原理

串音干扰可以从电容电感耦合角度去理解,也可以从差分信号和共模信号分量角度去理解.

耦合角度描述：

当动态线上有信号通过时,在信号的上升延区域(即电压电流变化的区域).由于线对间的互感和互容的耦合作用，在静态线上将感应出电流,由于噪音电流在静态线上每个方向上感受到的阻抗都相同,所以前向和后向的电流量将相等. 其中一半向后流回到近端,产生近端串音;另一半向前流动到远程,产生远程串音.

举例分析串音产生的机理和改善方式

管道裡的水向前流,过程中由于管道孔径或管道有凸起物等诸多因素让水流的速度发生有不稳定的现象,但是当到达终点接收端后,有个稳定的接收后,其输入的水流将达到一个稳定状态,但是在过程中仍有由于遇到障碍而往后流的水流向供水端,这段额外的阻止时间为延时TD,近端串音就是水流从不稳定额外的阻止时间并持续2*TD的时间，如下图解说：

当两条传输线靠近时，互容和互感将增加，从而使NEXT增加）近端串音：

当信号前沿传输了一个饱和长度后,近端的电流将达到一个稳定值；而当动态线上的信号到达远端端接电阻后；就不再有耦合噪音电流,但是静态线上还有后向电流流向静态线的近端,这段额外时间等于时延TD.；近端串音就是耦合电流上升到一个恒定值并持续2*TD,然后下降到0,其中上升时间等于信号的上升时间，如下图解说

远程串音：耦合到静态线上前向传播的噪音,移动速度与动态线上的信号前沿向远端传播的速度相同.在静态线上的每一步,一半噪音电流会迭加在已经存在的沿线噪音上.直到信号前沿到达远端,才有电流出现.即信号达到远端时,远端噪音同时到达.因此远端噪音电流为一个很短的负向脉衝,持续时间等于信号的上升时间TD.近端和远端串音的特徵,决定了远端串音将在高频率段产生很大威胁,而近端串音则在中频率段影响较大.

从差分信号分量和共模信号分量角度描述:

近端串音：

差分信号分量和共模信号分量在差分对上所感受到的阻抗不同,这 一阻抗上的差异将导致,静态线产生近端串音.若阻抗上的这一差异越大则NEXT将越大.

远程串音：

由于共模信号分量和差分信号分量电力线分佈不同,所感受到的有效介电係数不同,导致它们的传播速度不同.差分信号分量将先到达远端,而共模信号分量稍晚点到达远端.它们的差值将导致远程串音,若这一速度差异越大将导致远端串音能量越大,FEXT越大

减小串音的方法；保证线材的均匀性和对称性,使电容均匀稳定是控制串音的基础.减小串音最根本最经济的途径是增加邻近线对间的距离,使它们儘量脱离耦合作用范围.但是实际制程上,这一方式受到线材结构,加工和客户要求的限制；在实际制程允许的情况下,儘量加大邻近线间的距离（如：CAT6的十字隔,排线等结构）.

设计绞距差

当多对线同时开关时,对同一根静态线的串音噪音将会叠加,幅度加大,很可能超出噪音容限.因此,设计不同的绞距（CAT5-6都有使用）,使不同线产生的噪音错位,可以削弱串音的叠加. 但此方法在高频段作用不大,反而会影响线间的延时差.因此,此方式适合中低频,而不适合高频段.

增加屏蔽

屏蔽原理：通过将屏蔽导体中产生感应电流（涡流）接地,吸收串音

能量.没有被吸收的能量将在屏蔽导体和信号线间来回反射最终吸收.

屏蔽效果：

a.铝箔屏蔽：效果受重叠率的影响,通常需要达到25%以上.铝箔包的松与紧对屏蔽影响也很大.

松：易弯曲变形,产生空隙,导致电磁洩露,产生干扰;并使转移阻抗突变,引起反射和衰减问题;还会使差分信号分量和共模信号分量的传播速度差异加大,导致远端串音增加.

紧：容易拉断铝箔,影响生产;太紧会压伤发泡绝缘.引起电容突变.

b.编织屏蔽：外层编织屏蔽效果受到遮蔽率影响,越高越好,但成本也会增.

设计制程关键点﹕

1.绝缘芯线﹑对绞芯线的对称性

2.对绞节距的大小﹑对绞节距的配合

3. 绝缘芯线的偏心﹑椭圆﹑线径不均匀

4.对绞芯线的对称性，2根芯线的放线张力不均及节距不均匀﹔

5. 对绞节距的大小﹕节距减小；串音增大﹔节距增大；串音减小。

6. 对绞节距的配合

串音的秘密

串音干扰由于相邻线间的耦合产生.耦合度越高,串音干扰越大;频率 越高,串音干扰越大;电容稳定性越差,串音越严重;此外,低特性阻抗有利于低串音,绝缘材料介电係数越小,串音越低.只有对理论,制程、加工、成本、规范客户要求整体把握,才能做好线材开发.对于开发工程师而言,需要熟悉制程中的每个细节,不能只局限于理论.

04

阻抗（Impedance）

将传输线始端的输入阻抗简称为阻抗;将信号随时遇到的及时阻抗称为瞬时阻抗

如果传输线具有恒定不变的瞬时阻抗，就称之为传输线的特性阻抗;和电阻，电容，电感一样，传输线也是一种理想的电路元件，但是其特性却大不相同，用于仿真效果较好，但电路概念却比较复杂;依传输的讯号型式不同，量测出的阻抗可分为以下三种：

一.单端阻抗 Zse (Single Ended)

二.差动阻抗 Zdiff (Differential Mode)

三.同模阻抗 Zcom (Common Mode)

1.Single end(单端式):

优点：简单的信号处理、线材低成本(COAXIAL除外，成本较高)

缺点：工作电压较高、高频易干扰(COAXIAL除外，最不受干扰)

2.Common mode(共/同模)：

基本上同模传输是用以模拟杂讯或作为量测线材平衡特性的用途，

并不用在一般的信号传输

3.Differential mode(差分/差动)：

优点：低电压、有抵消同模杂讯的功能 (高频性能/价格比，最优)

缺点：信号处理成本较高

一般而言仪器的端口是以单端50Ω的阻抗最为常见。如欲以NA量测“差分讯号”时，需经由Bulan转换将NA的“单端讯号”转换成差分讯号。TDR的“单端讯号”转成“差分讯号”或“同模讯号”时，只需设定仪器端口即可。

什么是特征阻抗?

特征阻抗是对于交流信号(或者说高频信号)来说的.

特征阻抗就属于长线传输中的一个概念。信号在传输线中传输的过程中，在信号到达的一个点，传输线和参考平面之间会形成电场，由于电场的存在，会产生一个瞬间的小电流，这个小电流在传输线中的每一点都存在。同时信号也存在一定的电压，这样在信号传输过程中，传输线的每一点就会等效成一个电阻，这个电阻就是我们提到的传输线的特征阻抗.。

信号在传输的过程中，如果传输路径上的特性阻抗发生变化，信号就会在阻抗不连续的结点产生反射;影响特性阻抗的因素有：介电常数、介质厚度、线宽、铜箔厚度；现实的线路不可能做到完成匹配，故讯号在线路中传输是一连串的穿透(吸收)及反射的结果,传输线对走线上信号的影响主要是：传输线的分布电容 、分布电感以及介质对传输的电磁波的影响等.

特性阻抗是由d, D,Σr 所决定b. 特性阻抗和长度无关,如果测试的频率大于1MHz,特性阻抗与频率几乎无关.c. 仅减小d, 特性阻抗增加d. 仅减小D, 特性阻抗减小e. 仅减小Σr ,特性阻抗增加.d=中心导体的直径(m) D=外部导体或覆被的内径(m)Σr =绝缘材质的介电系数

同轴结构的线材影响阻抗的因素﹕介电常数﹔绝缘线径﹔导体线径。

1) 介电常数是材料本身固有的﹐不同的材料具有不同的介电常数。

可通过发泡度的大小来改变介电常数的大小﹐即发泡度增大—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: 导体线径增大—阻抗减小﹔导体线径不均匀—阻抗不均匀。

设计改善:阻抗偏小,加大线径或加大发泡度

工艺改善:水中电容调小,对绞时注意防止芯线变形,同轴编织时注意张力调节等.

对绞版本结构线材影响阻抗的因素﹕

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。

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。

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。

导体线径: 导体线径减小—阻抗增大。

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﹔

绕包﹕绕包张力大—铝箔紧—阻抗小。

成缆节距(非对屏蔽)﹕成缆节距减小—阻抗减小。

成缆包带(非对屏蔽) ﹕成缆包带紧—阻抗减小。

编织的松紧(非对屏蔽) ﹕编织紧—阻抗减小。

外被的松紧(非对屏蔽) ﹕外被紧—阻抗小。

阻抗并不难

电缆的特性阻抗是一个复杂的特性，它是由电缆的各种物理参数如：电感、电容、电阻的值决定的。而这些值又取决于导体的形状、同心度、导体之间的距离以及电缆绝缘层的材料。阻抗的突变会造成信号的反射而使信号传输时发生变化，导致错误，所以如何保证线缆在生产过程中的稳定性是生产控制的重点.

05

传播延迟时间(Delay)

在讯号在传输线上，由输入端号到达接收端所需要的时间，依讯号型式可分为：

一.单端延迟 (Single Ended Delay)

二.差动延迟 (Differential Mode Delay)

三.同模延迟 (Common Mode Delay)

典型的延时测试图形

延迟常见问题汇总

1)2根对绞芯线不均匀(导体﹑绝缘)；对内延时差偏大﹔

2)2根对绞芯线发泡度不均匀—对内延时差偏大﹔

3)对绞节距不同—对内延时差不同﹔

4)对绞放线张力不一致—对内延时差偏大﹔

影响对间延时差的因素

对绞节距﹑成缆放线张力

1)对绞节距不同—对间延时差不同﹔

2)成缆放线张力不一致—对间延时差不同

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传播延迟差(SKEW)

是指在不同的讯号线上，讯号到达接收端的时间差，也就是Delay的差值，

典型的延时差异测试图形

常见的Delay可分为二种：

一.差分对内延迟差(Inter-pair Skew)，是指输入差分讯号下，同一对线内两导体线之Single-end Delay的差值(相减)；是在TDR上设定Differential讯号，一次直接可以量得.

二.差分对间延迟差(Inter-pair Skew)，是指不同对线间之Differential Delay的差值(相减)，（差分）对间延迟差(Inter-pair Skew)，是指不同对线间之Differential Delay相减；是分2次以上量测再计算得到的.

位(时)差-- SKEW 单位 ps/ns

LVDS 是靠 /-一对讯号线在做讯号传输讯号是成双成对的，若其中一根线较长或其他高频效应使讯号跑得不等速，造成讯号在接收端接收的讯号重组时造成还原错误的现象。

同一对讯号线产生的称Intra Skew

不同对讯号线产生的称Inter Skew

关于SKEW

如果Delay Skew数值越小时，表示讯号传输的时间差越小，线材的传输特性较一致。反之，Delay Skew数值越大时，表示讯号传输的时间差越多，线材的传输特性较不一致.

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回路损失(Return Loss)

回路损失是由于电缆结构及相关连接部件的阻抗变化引起的信号衰减，这些变化致使信号反射回信源，在低频时，回路损失的影响较小，但在频率高于50MHZ时，就会产生很大的影响，对于高清视频系统，频率会达到1500MHZ及以上，这时候，回路损失就会成为主要的甚至关键的因素，因此，回路损失在高清系统性能的测试和检验中成为一个关键的考量.

反射系数:反射系数描述了反射回源端的那部分电压与入射电压的比值.反射的信号量由瞬态阻抗的变化量决定.变化量越大,反射信号量就越大.只要信号遇到瞬态阻抗突变,反射就会发生.这可能是在线末端、或者是互连线拓补结构发生改变的任何地方、比如拐角、过孔、T形结构、接插件和封装处等.

电缆上的反射信号的测量涉及到两种方法，一种是回路损失（RL），另一种是结构回路损失（SRL），它与回路损失相似，但是测量方法不一样,SRL从输入阻抗中得出，RL从终端阻抗扫描中得出，两者相比，回路损失是一种更准确测量反射的方法,在现实世界中，我们不能很好地使设备的输入和输出匹配结构悔路损失会是平均线缆输入阻抗不匹配无效，不是一种实际测量方法，回路损失，设定一个特定的阻抗（75欧）不考虑实际的线缆及设备，是更合适的测量方法.

今天我们主要讲述回路损失，它是描述由于设计，生产，加工电缆时的差错所引起的信号损失，回路损失值越高越好.

典型的延时差异测试图形

为什么要测试RL

在计算机网络世界中，我们有详尽的标准规定怎样去测量和检测网络特性，检测的结果使得终端用户在开机前的系统特性得到保障，现阶段，我们没有这些检验和一系列的测试，更别说数字或高清系统设备，然而随着信号带宽的加大，数据速率的持续提高，这些检测变得更加关键和重要，和计算机网络世界相似，我们不仅要测试加工中的视频线缆，还要测试“链路特性”，也就是说，所有的无源器件，像线缆连接件，馈路，接插件等等，回路损失是检验高频数字和高清链路特性的一种最直接的发法.

是什么引起RL

线缆上的阻抗变化引起RL，因此，任务影响的阻抗公差都会影响电路损失，还包括视频电缆的基本结构，中心导体的成分，生产时绝缘材料的选择，屏蔽材料和方式的选择，外被印字也会影响回路损失.

连接件和其它的无源器件像馈路，连接头、接插件~~~？甚至输入输出设备的连接件的选择都会对RL产生很大的影响，在加工的过成中，对线缆的回路损失也会造成影响，弯曲半径和拉力是经常被线缆操作员忽视的因素，这些和其它影响回路损失的因素将会在后面一一讨论.

传输线的终端匹配主要有如下四种情况：(1).Open(开路/断路)：传输线终端不接任何元件或者产生断路,瞬态阻抗无穷大.即Z2=∞，反射系数等于1,Vin=Vref（同相反向）,全反射,RL=0(2).Short(短路)：传输线终端与返回路径之间直接接触或零电阻值.即Z2=0,反射系数等于-1,Vin= -Vref（反相反向）,全反射，RL=0.当区域2的阻抗小于区域1的阻抗时,反射系数为负,反射电压为负电压,即电 阻两端电压总是小于入射电压.(3).Matching Load(匹配负载)：传输线终端所接负载与传输线特性阻抗匹 配.即Z2= Z1,反射系数等于0,Vref = 0,零反射,RL=∞(4).Unmatching(不匹配)：

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；回路损失是指信号在传输线上传输时,其反射回来的信号量的大小.反射越小，RL值越大。完全匹配时为“-∞”，Open / Short 则为“0 ”

为什么要担心RL？

高清把我们带进一个少视频多射频的世界，实际上，一个非压缩的高清视频信号（带宽高于1500MHZ）是一个更多的射频信号，因此，许多传输线的理论适用于视频信号，现在一张单一的非压缩的高清视频图象信号的带宽超过标准多信通有线电视/宽带信号，而却，高清系统的宽带限制经常高于传输信通频率，如此高的频率，新的检验方法必须是必要的.

影响回波损耗的设计考量因素﹕反射是指讯号在传输线中传输时，如果遇到阻抗的变化就会产生反射，即部分讯号将沿着原来的传播方向继续传播，而另外一部分讯号（已失真）仍延原方向传输.回路损失衡量的是讯号在传输线上传输时，其反射回来的讯号量的大小，反射越小，RL值越大.*注重的是结构的定性.

1.中心导体直径不稳定

2.绝缘介电材质的直径变化

3.绝缘介电材质或覆被的断裂或缺陷

4.因连接到裸线的组接头过多所形成的二次反射或多次反射之影响.

5.裸线组装头中的元件接触不良或有空隙

6.绞距不稳定

7.外表押出时过紧或过松。

8.对绞或总绞放线张力不平衡,造成线有松有紧

影响回波损耗的制程因素﹕

导体均匀性﹑绝缘均匀性﹑发泡度均匀性﹑结构尺寸均匀性。

1) 导体直径不均匀﹑导体有弯﹑导体不圆﹔

2) 绝缘芯线偏心﹑椭圆﹑线径不均匀﹔

3) 发泡度不均匀﹔

4) 编织与外被的松紧也可引起回波的产生﹔工艺改善: 芯线制作均匀,导体圆整度,绝缘偏心度,收放线张力稳定

更多补充讯息

中心导体

如果中心导体的规格不对或者规格随机改变（不均匀）这将会影响到特性阻抗和回路损失，导体不在中心或者随机变化都会影响回路损失，放线轴不圆导致规格持续变化，这是偶然性的变化，这在前面讲到过。

绝缘

当绝缘在导体上压出时，有很多因数可以影响到阻抗和回路损失。比如设计阻抗时尺寸和速度变化不当都会影响阻抗和回路损失。

发泡能获得较低的介电常数，但如果太柔软甚至弯曲一下，线缆中心导体便会挪位。在这种情况下就会发生回路损失，线缆的特性阻抗也会与希望值发生偏差。

屏蔽

高频线缆的屏蔽经常用铝箔和编织相结合，从100kHZ到10MHZ编织是有效的。从10MHZ到1GHZ范围内，铝箔屏蔽是有效的，然而，如果编织的遮蔽率太低，这就包不住铝箔。这种影响叫做“ballooning”会影响阻抗和回路损失，只要保持遮蔽率较高至少90%“ballooning”会减少，然而线缆生产厂家购买的整套的包括很多轮子和齿轮的编织机是偶然性的不连续和随机变化是阻抗和回路损失的很大来源.

外被

虽然外被押出时对回路损失的影响很小，甚至没有，但印字轮（在线缆上印上有关信息）会有一些问题，印字轮会在线缆的一边施加压力，这可能破坏线缆里面的结构尺寸.

加工组装过程因素较多，需要看具体的测试数据来分析，一般而言，稳定的线材余量不会有太大的变量.

回损早知道

回路损失（RETURN LOSS）RL是回波损耗的简称，是数字电缆产品的一项重要指标，电缆链路由于阻抗不匹配所产生的反射，是一对线自身的反射。不匹配主要发生在连接器的地方，但也可能发生于电缆中特性阻抗发生变化的地方，所以施工的质量是减少回波损耗的关键。回波损耗将引入信号的波动，返回的信号将被双工的千兆网误认为是收到的信号而产生混乱.

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绝缘介电系数

素材准备（一些常见物质的介电系数）:

素材准备（一些常见物质的导磁系数）:

介电常数(Dielectric Constant): 介电常数定义为电力线密度与电场强度的比值，在dielectric material(一般用的塑胶)中，介电常数越小，电容的效应越小，电磁波通过的速率越快，目前测量介电常数的方法主要有集中电路法、传输线法、谐振法、自由空间波法等等，其中，传输线法、集中电路法、谐振法等属于实验室测量方法，测量通常是在实验室中进行，要求具有相应的样品采集技术，另外对于已知介电常数材料发泡后的介电常数通常用经验公式得到，量测的方法如下:

导电系数( conductivity)

物质导电的能力，导电系数越大，电阻越小，相当于机械方面的IACS係数.

Velocity：电磁波在介质内的传输速度取决于介质的介电系数（permittivity）,及导磁系数（permeability），如下式:

在真空中：

可见电磁波在真空中是以光速在前进，假如电磁波在介质中传播，我们必需知道介质的相对介电系数及相对导磁系数，以推算电磁波在介质内的传递速度，举例而言，电磁波在SCSI Cable 内的传递速度为：（选用发泡PE绝缘材料，介质系数 2.3，铜导体的导磁系数 1）

介质的导电说明

在低频时，介质的导电率低，故其流经的电流很小，然而，在高频时，介质内会被导入电流而有损耗，低频看导体，高频看绝缘，就是这样来分析而来的语句，在部分用在基站，有多种设备间的相互干扰的时候，介质的影响也是存在的，由于导体对导体会形成多种磁场，电磁场散逸在空气中或介质而会损失能量，也就是EMI中的辐射干扰(另一种是经由电流影响其他装置的传导干扰)，这能量若耦合到其它装置就造成干扰，若辐射损耗要小，则屏蔽效果要做好，在部分测试屏蔽阻抗的要求的线材时候，会更多考虑绝缘介质的影响.

现今介电常数的影响也更多的让研发重视，其对应的测量技术现在正在不断进步和日益完善，不同的工程要求和实验环境要有具体的选择物料的方法，不可以照葫芦画瓢，生搬硬套，可以DOE阶段进行多种验证.

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其它参数汇总说明

频域 Frequency Domain：以讯号的传输频率来描述讯号特性

时域 Time Domain：以一个讯号的传输时间来描述讯号特性

频域应用计算在讯号传输的波长，一个讯号具体传输波长，与传输数率与介质的介电係数有关，简单记法是频率1G时波长 =30公分(真空中速率)，除以介电係数就是在当量材质的传输波长。

时域在高频应用在评估传输的讯号品质，频率1G 的讯号时间是1 ns=1000ps

增益 ---Gain 单位 dB

自然界没有不借助外力而能将一个单量进行放大的能力，外力的来源分几何方式与外加能源方式两大类。几何方式就是以增加长度、面积或体积，如天线加长或加大电波截断面积来达到讯号收集放大；外加能源方式运用在电子电路用电晶体(三极体)真空管或用Relay以小讯号控制大电流或将讯号放大。

以电子信号连续性分有 Analog类比式

Digital数码式

Analog ---传统自然界存在的讯号模式，具有连续性如声音跟视觉影像

Digital ---以二进位编码将Analog转换，利于电脑作业

一般视觉/ 听觉/味觉的讯号都是连续性的

类比转数位(码)有编码级数(Bits)与取样密度(Clock)两项参数

1---切割越细(编码bits越高)，资料越大失真越少。(CD的音质优于MP3音质)

2---取样时间越密(扫描Clock越高)，资料越大失真越少。(电影片30FPS优于电视卡通24FPS，动作较顺畅)

3---资料量越大传输损耗越大，能源需求越高，储存空间越多，传输媒体要求越高数码式信号以传输方式分Parallel并排式

Serial 序列式

Parallel ---将一个数码节(Byte)分给数条并排的不

同讯号线，将数据传输的方式。

Serial ---将一个数码节直接用单一条(对)讯号线，

将数据传输的方式。

爬昇时间 ---Rise Time 单位 – ps

单一个最小对讯号以TDR(Tome Domain Reflect meter)测试讯号由0电压爬昇到测试电压所需的时间。爬昇时间越快则可传输较高的频率，相对较慢则无发传输高的频率，相对的还有一个是下降时间(Fall Time)，但基本上两者时间约为相等，爬升与下降时间相加不可大于一个1/2讯号传输时间