訊號(hào)線特性阻抗相關(guān)知識(shí)課件

解析對(duì)絞線特性阻抗

日期：2016-4-7

目錄1.對(duì)絞線作用；2.對(duì)絞線生產(chǎn)流程；3.對(duì)絞線主要生產(chǎn)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(duì)絞線生產(chǎn)瓶頸；1.對(duì)絞線簡(jiǎn)介雙絞線(TP:TwistedPairwire)是綜合布線工程中最常用的一種傳輸介質(zhì)。雙絞線由兩根具有絕緣保護(hù)層的銅導(dǎo)線組成。把兩根絕緣的銅導(dǎo)線按一定密度互相絞在一起,可降低信號(hào)干擾的程度,每一根導(dǎo)線在傳輸中輻射的電波會(huì)被另一根線上發(fā)出的電波抵消，因此對(duì)絞線相對(duì)單線而言具備傳輸速率快，信號(hào)更穩(wěn)定之優(yōu)點(diǎn)，目前廣泛用于各種高頻信號(hào)傳輸場(chǎng)所。根據(jù)屏蔽狀況，對(duì)絞線分為：有屏蔽絞線（STP）及無(wú)屏蔽絞線（UTP），同時(shí)根據(jù)不同傳輸特性要求，對(duì)絞線使用之材料種類較多，如絕緣材料通常有PE，F(xiàn)EP，ETFE等等，導(dǎo)體通常有鍍錫銅，銀銅合金，銅包鋼等等。3.主要生產(chǎn)工藝控制對(duì)絞線關(guān)鍵生產(chǎn)工藝單支銅絲OD絕緣單線OD絕緣單線同心度對(duì)絞絞距對(duì)絞張力退扭后絞距元太針對(duì)對(duì)絞線之管控A.單支銅OD：通過(guò)對(duì)阻抗公式的分析得知：導(dǎo)體的OD對(duì)絞線特性阻抗會(huì)產(chǎn)生影響。導(dǎo)體直徑的OD會(huì)影響電感和電容的大小，進(jìn)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(dǎo)體直徑，模具的精度至關(guān)重要，在設(shè)備運(yùn)行狀況良好的條件下，導(dǎo)體直徑偏差不可超0.003mm,因此，在拉絲生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)經(jīng)常關(guān)注拉絲機(jī)的運(yùn)行狀況及拉絲模精度的控制。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(chǎn)過(guò)程中最不易控制因素，而絕緣線芯外徑的波動(dòng)和偏心會(huì)導(dǎo)致兩導(dǎo)線間距離的變化，這種變化的結(jié)果使特性阻抗ZC值發(fā)生變化，兩導(dǎo)線間距離變化越大特性阻抗ZC值波動(dòng)就越大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離標(biāo)稱值?？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(nèi)，同心度不得小于80％（此標(biāo)準(zhǔn)為我司內(nèi)部根據(jù)目前生產(chǎn)工藝及實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)總結(jié)得來(lái)）。要想得到比較均勻的特性阻抗，就要保證生產(chǎn)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(dǎo)體間的間隙過(guò)大造成導(dǎo)線在模芯內(nèi)晃動(dòng)、擠塑溫度過(guò)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。續(xù)上C.對(duì)絞絞距：通常情況下，電纜的使用頻率越高，信號(hào)的波長(zhǎng)就越短，絞對(duì)節(jié)距越小時(shí)平衡效果才好。但過(guò)小的絞合節(jié)距又會(huì)帶來(lái)生產(chǎn)效率低和絕緣芯線及導(dǎo)體扭傷變形的問(wèn)題。絞距過(guò)大，則兩根單線之間信號(hào)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(hào)傳輸穩(wěn)定性，產(chǎn)品搖擺特性，生產(chǎn)效率及對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)本身之影響等等。

D.對(duì)絞張力：兩根單線在對(duì)絞過(guò)程中，張力需適當(dāng)，張力過(guò)小，易造成絞距不均（跳股）且兩根單線絞合太松最終導(dǎo)致單線間導(dǎo)體間距不穩(wěn)定，最終影響相關(guān)傳輸特性；張力過(guò)大，易造成導(dǎo)體拉小，絕緣OD變小，絕緣變形最終也會(huì)影響對(duì)絞線品質(zhì)。因此生產(chǎn)過(guò)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(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)）

4.特性阻抗（Zc）的定義特性阻抗是指當(dāng)電纜無(wú)限長(zhǎng)時(shí)該電纜所具有的阻抗，是阻止電流通過(guò)導(dǎo)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(dāng)?shù)皖l時(shí)，Zc主要為低直流阻抗(R），但高頻傳輸過(guò)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(dǎo)率、電容以及阻值組合后的綜合特性。假設(shè)一根均勻電纜無(wú)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(dǎo)體的集合尺寸、導(dǎo)體間的中心距離、傳輸線本身的結(jié)構(gòu)、電纜絕緣材料的介電常數(shù)等因素決定，與數(shù)據(jù)傳輸線的長(zhǎng)短無(wú)關(guān)。數(shù)據(jù)傳輸線的瞬間阻抗或者是特征阻抗是影響信號(hào)品質(zhì)及完整性的最重要的因素。如果信號(hào)傳播過(guò)程中，相鄰的信號(hào)傳播間隔之間阻抗保持一致，那么信號(hào)就可以十分平穩(wěn)地向前傳播，因而情況變得十分簡(jiǎn)單。如果相鄰的信號(hào)傳播間隔之間存在差異，或者說(shuō)阻抗發(fā)生了改變，信號(hào)中能量的一部分就會(huì)往回反射，信號(hào)傳輸?shù)倪B續(xù)性也會(huì)被破壞，由此會(huì)帶來(lái)諸如回波損耗偏大、信號(hào)傳輸輻射增大、信號(hào)傳輸完整性不足等問(wèn)題。

NBCABLE的特性阻抗（Zc）計(jì)算其中：εe:絕緣材料的等效介電常數(shù)

D：外導(dǎo)體內(nèi)徑d：內(nèi)導(dǎo)體絞合外徑Ln:以無(wú)理數(shù)e=2.71728為底的對(duì)數(shù)的對(duì)數(shù)＊由上式可以看出，NB對(duì)絞電纜特性阻抗只與導(dǎo)體直徑D和d以及導(dǎo)體間介質(zhì)的介電常數(shù)εr有關(guān)，而與饋線長(zhǎng)短、工作頻率以及線纜終端所接負(fù)載阻抗無(wú)關(guān)；此公式為理論計(jì)算公式，供設(shè)計(jì)參考，實(shí)際阻抗值會(huì)有偏差。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(shí)驗(yàn)參數(shù)：（參考值）6.目前UL10064對(duì)絞線生產(chǎn)之瓶頸對(duì)絞線生產(chǎn)特性阻抗管控難點(diǎn)隨著信號(hào)傳輸要求越來(lái)越高，終端客戶對(duì)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(yán)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(duì)最小絕緣厚度有做明確要求（min：0.051mm），因此生產(chǎn)成品最小絕緣厚度只有0.045mm，無(wú)法滿足UL要求。同時(shí)，因絕緣厚度太薄單根絕緣生產(chǎn)難度極大（押出速度慢，高壓不過(guò)，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(diǎn)類似，生產(chǎn)難度大，絕緣厚度無(wú)法滿足UL要求。3.減小絞距：絞線絞距相對(duì)單隻銅線OD及單根絕緣OD對(duì)特性阻抗影響相對(duì)較小，目前普遍設(shè)計(jì)規(guī)格為2.5mm-3.5mm，減小絞距，但阻抗值變化較小，且絞距太小會(huì)造成絕緣皮變形及銅線損傷等異常出現(xiàn)。4.放線張力：通過(guò)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(dǎo)體間距，但改善效果比較有限，張力太大，會(huì)造成導(dǎo)體拉小及絕緣