訊號線特性阻抗相關知識

解析對絞線特性阻抗

日期：2016-4-7第一頁，共十九頁。

目錄1.對絞線作用；2.對絞線生產流程；3.對絞線主要生產工藝控制；4.特性阻抗介紹；5.影響特性阻抗的因素；6.行業(yè)UL10064對絞線生產瓶頸；第二頁，共十九頁。1.對絞線簡介雙絞線(TP:TwistedPairwire)是綜合布線工程中最常用的一種傳輸介質。雙絞線由兩根具有絕緣保護層的銅導線組成。把兩根絕緣的銅導線按一定密度互相絞在一起,可降低信號干擾的程度,每一根導線在傳輸中輻射的電波會被另一根線上發(fā)出的電波抵消，因此對絞線相對單線而言具備傳輸速率快，信號更穩(wěn)定之優(yōu)點，目前廣泛用于各種高頻信號傳輸場所。根據屏蔽狀況，對絞線分為：有屏蔽絞線（STP）及無屏蔽絞線（UTP），同時根據不同傳輸特性要求，對絞線使用之材料種類較多，如絕緣材料通常有PE，FEP，ETFE等等，導體通常有鍍錫銅，銀銅合金，銅包鋼等等。第三頁，共十九頁。2.對絞線生產流程東莞元太公司目前主要生產UL10064系列對絞線，其規(guī)格分100Ω、110Ω。公司生產設備高速對絞機20余臺，退扭機10臺，每月產能約600萬米?，F針對對絞線生產流程大致介紹如下：（參照QC工程圖）第四頁，共十九頁。3.主要生產工藝控制對絞線關鍵生產工藝單支銅絲OD絕緣單線OD絕緣單線同心度對絞絞距對絞張力退扭后絞距第五頁，共十九頁。元太針對對絞線之管控A.單支銅OD：通過對阻抗公式的分析得知：導體的OD對絞線特性阻抗會產生影響。導體直徑的OD會影響電感和電容的大小，進而成為影響特性阻抗ZC，這是不可忽視的因素。要想控制好導體直徑，模具的精度至關重要，在設備運行狀況良好的條件下，導體直徑偏差不可超0.003mm,因此，在拉絲生產過程中應經常關注拉絲機的運行狀況及拉絲模精度的控制。第六頁，共十九頁。續(xù)上B.絕緣單線OD：絕緣線芯外徑偏差和同心度是絕緣單線生產過程中最不易控制因素，而絕緣線芯外徑的波動和偏心會導致兩導線間距離的變化，這種變化的結果使特性阻抗ZC值發(fā)生變化，兩導線間距離變化越大特性阻抗ZC值波動就越大，嚴重時會遠遠偏離標稱值。考慮到押出工藝之可行性，絕緣外徑偏差一般控制在±0．01mm以內，同心度不得小于80％（此標準為我司內部根據目前生產工藝及實際測試數據總結得來）。要想得到比較均勻的特性阻抗，就要保證生產出的絕緣線芯的絕緣厚度和同心度都很好。造成絕緣偏心的主要因素有：模芯與導體間的間隙過大造成導線在模芯內晃動、擠塑溫度過高，在冷卻前熱的塑料因重力作用下墜而造成、模芯和外模同心度不夠等等。第七頁，共十九頁。續(xù)上C.對絞絞距：通常情況下，電纜的使用頻率越高，信號的波長就越短，絞對節(jié)距越小時平衡效果才好。但過小的絞合節(jié)距又會帶來生產效率低和絕緣芯線及導體扭傷變形的問題。絞距過大，則兩根單線之間信號傳輸平衡性及穩(wěn)定性越差，一般絞距選擇需綜合考慮如下因素：信號傳輸穩(wěn)定性，產品搖擺特性，生產效率及對產品結構本身之影響等等。

D.對絞張力：兩根單線在對絞過程中，張力需適當，張力過小，易造成絞距不均（跳股）且兩根單線絞合太松最終導致單線間導體間距不穩(wěn)定，最終影響相關傳輸特性；張力過大，易造成導體拉小，絕緣OD變小，絕緣變形最終也會影響對絞線品質。因此生產過程中需選擇合適張力并保持放線張力穩(wěn)定性，建議兩根單線之間張力差異值小于10g（內部標準）第八頁，共十九頁。續(xù)上

E.退扭后絞距：在對絞絞距較小情況下，在對絞過程中，絞線產品會產生扭轉應力，因此需要在原有對絞基礎上進行退扭，釋放扭轉應力，可適當減少因扭轉應力過大造成絕緣變形、損傷以及客戶端放線裁線過程中線材打扭等現象。退扭后絞距管控：退扭率大小直接影響退扭后線材結構及傳輸特性之穩(wěn)定性，退扭率過小，無法釋放對絞扭轉應力，線材易變形、損傷且裁線后線材打扭；退扭率過大，造成對絞結構松散，阻抗不穩(wěn)定。目前我司退扭率為40%（退扭后絞距較退扭前偏大約）第九頁，共十九頁。

4.特性阻抗（Zc）的定義特性阻抗是指當電纜無限長時該電纜所具有的阻抗，是阻止電流通過導體的一種電阻名稱，它不是常規(guī)意義上的直流電阻。特性阻抗包括：容抗（C)、感抗(L)、低直流阻抗(R），當低頻時，Zc主要為低直流阻抗(R），但高頻傳輸過程則主要是容抗（C)及感抗（L）。一條電纜的特性阻抗是由電纜的電導率、電容以及阻值組合后的綜合特性。假設一根均勻電纜無限延伸，其發(fā)射端在某一頻率下的阻抗稱為特性阻抗(CharacteristicImpedance)。它由諸如導體的集合尺寸、導體間的中心距離、傳輸線本身的結構、電纜絕緣材料的介電常數等因素決定，與數據傳輸線的長短無關。數據傳輸線的瞬間阻抗或者是特征阻抗是影響信號品質及完整性的最重要的因素。如果信號傳播過程中，相鄰的信號傳播間隔之間阻抗保持一致，那么信號就可以十分平穩(wěn)地向前傳播，因而情況變得十分簡單。如果相鄰的信號傳播間隔之間存在差異，或者說阻抗發(fā)生了改變，信號中能量的一部分就會往回反射，信號傳輸的連續(xù)性也會被破壞，由此會帶來諸如回波損耗偏大、信號傳輸輻射增大、信號傳輸完整性不足等問題。第十頁，共十九頁。

5.影響對稱電纜特性阻抗（Zc）的因素影響Zc的因素影響因素與Zc的變化關系比例關系影響因素的變化Zc的隨之變化等效介電常數↑↓反比↓↑導體直徑↑↓反比↓↑導體中心距（絕緣線徑OD)↑↑正比↓↓對絞絞距↑↑正比↓↓第十一頁，共十九頁。

NBCABLE的特性阻抗（Zc）計算其中：εe:絕緣材料的等效介電常數

D：外導體內徑d：內導體絞合外徑Ln:以無理數e=2.71728為底的對數的對數＊由上式可以看出，NB對絞電纜特性阻抗只與導體直徑D和d以及導體間介質的介電常數εr有關，而與饋線長短、工作頻率以及線纜終端所接負載阻抗無關；此公式為理論計算公式，供設計參考，實際阻抗值會有偏差。第十二頁，共十九頁。

以UL10064FEP對絞線為例，設計阻抗100±7Ω

典型NBCable用線特性阻抗選擇計算表：第十三頁，共十九頁。UL10064FEP雙絞線特性阻抗：100±7ohms線材規(guī)格外被ODOD公差絞距(mm)34#(7/0.06TC)*2C0.31mm±0.01mm3±1mm32#(7/0.08TC)*2C0.38mm±0.01mm4±1mm30#(7/0.10TC)*2C0.50mm±0.01mm5±1mm34#(19/0.04TC)*2C0.31mm±0.01mm3±1mm32#(19/0.05TC)*2C0.38mm±0.01mm4±1mm30#(19/0.06TC)*2C0.50mm±0.01mm5±1mm

典型NBCable用線的特性阻抗控制實驗參數：（參考值）第十四頁，共十九頁。6.目前UL10064對絞線生產之瓶頸對絞線生產特性阻抗管控難點隨著信號傳輸要求越來越高，終端客戶對特性阻抗普遍要求做到更小，以100±7Ω規(guī)格為例，若要將阻抗值加嚴至100±5，從原材料方面改善方向如下：1.單支銅線OD加大：由原0.040mm規(guī)格加大至0.043mm，絞合外徑由0.20mm，增加至0.22mm但因UL對最小絕緣厚度有做明確要求（min：0.051mm），因此生產成品最小絕緣厚度只有0.045mm，無法滿足UL要求。同時，因絕緣厚度太薄單根絕緣生產難度極大（押出速度慢，高壓不過，易破皮等等）。2.減小單根絕緣OD：由原規(guī)格0.31mm減小至0.30mm，同上述第1點類似，生產難度大，絕緣厚度無法滿足UL要求。3.減小絞距：絞線絞距相對單隻銅線OD及單根絕緣OD對特性阻抗影響相對較小，目前普遍設計規(guī)格為，減小絞距，但阻抗值變化較小，且絞距太小會造成絕緣皮變形及銅線損傷等異常出現。4.放線張力：通過加大放線張力，保持兩根絕緣單線之間接觸更為緊密，減小導體間距，但改善效果比較有限，張力太大，會造成導體拉小及絕緣變形損傷等品質風險。5.改用介電常數較大絕緣材料，如鐵氟龍系列ETFE材料，其介電常數約2.6，通過理論計算，可較同規(guī)格FEP特性阻抗較小8-10Ω（實際數據有待試樣驗證），但該材料成本較高（約FEP單價3倍）。第十五頁，共十九頁。常用氟樹脂材料的物性表：第十六頁，共十九頁。常用氟樹脂材料的名稱：第十七頁，共十九頁。

Thanks!第十八頁，共十九頁。內容梗概解析對絞線特性阻抗。日期：2016-4-7。目錄。信號干擾的程度,每一根導線在傳輸中輻射的電波會被另一根線上發(fā)出的電波抵消，因此對絞線相對。東莞元太公司目前主要生產UL10064系列對絞線，其規(guī)格分100Ω、110Ω。公司生產設備高速對絞機20余臺，退扭機10臺，每月產能約600萬米。對絞絞距。對絞絞距。元太針對對絞線之管控。通過對阻抗公式的分析得知：導體的OD對絞線特性阻抗會產生影響?？紤]到押出工藝之可行性，絕緣外徑偏差一般控制在±0．01mm以內，同心度不得小于80％（此標準為我司內部根據目前生產工藝及實際測試數據總結得來）。要想得到比較均勻的特性阻抗，就要保證生產出的絕緣線芯的絕緣厚度和同心度都很好。造成絕緣偏心的主要因素有：模芯與導體間的間隙過大造成導線在模芯內晃動、擠塑溫度過高