訊號線特性阻抗相關(guān)知識

1、 解析對絞線特性阻抗解析對絞線特性阻抗日期：2016-4-7 目目 錄錄1.對絞線作用；2.對絞線生產(chǎn)流程；3.對絞線主要生產(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對絞線生產(chǎn)瓶頸；1.對絞線簡介 雙絞線(TP:Twisted Pairwire)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層的銅導線組成。把兩根絕緣的銅導線按一定密互相絞在一起,可低信號干擾的程,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(jù)屏蔽狀況，對絞線分為：有屏蔽絞

2、線（STP）及無屏蔽絞線（UTP），同時根據(jù)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，F(xiàn)EP，ETFE等等，導體通常有鍍錫銅，銀銅合金，銅包鋼等等。2.對絞線生產(chǎn)流程 東莞元太公司目前主要生產(chǎn)UL10064系列對絞線，其規(guī)格分100、110。公司生產(chǎn)設(shè)備高速對絞機20余臺，退扭機10臺，每月產(chǎn)能約600萬米。現(xiàn)針對對絞線生產(chǎn)流程大致介紹如下：（參照QC工程圖）3.主要生產(chǎn)工藝控制對絞線關(guān)鍵生產(chǎn)工藝單支銅絲OD絕緣單線OD絕緣單線同心度對絞絞距對絞張力退扭后絞距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(chǎn)生影響。導體直徑的OD

3、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(guān)重要，在設(shè)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(chǎn)過程中應經(jīng)常關(guān)注拉絲機的運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(jié)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?？紤]到押出工藝之可行性，絕緣外徑偏差一般控制在001 mm以內(nèi)，同心度不得小于80（此標準為我司內(nèi)部根據(jù)目前生

4、產(chǎn)工藝及實際測試數(shù)據(jù)總結(jié)得來）。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：模芯與導體間的間隙過大造成導線在模芯內(nèi)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。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(chǎn)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(chǎn)品搖擺特性，生產(chǎn)效率及對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)本身之影響等等。 D.對絞張力： 兩根單線在

5、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(guān)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(zhì)。因此生產(chǎn)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(nèi)部標準）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(chǎn)品會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)應力，因此需要在原有對絞基礎(chǔ)上進行退扭，釋放扭轉(zhuǎn)應力，可適當減少因扭轉(zhuǎn)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(xiàn)象。 退扭后絞距管控：退扭率大小直接影響退扭后線材結(jié)構(gòu)及傳輸特性之穩(wěn)定性，退扭率過小，無法釋

6、放對絞扭轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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0.3-0.4mm） 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?shù)皖l時，ZcZc主要為主要為低直流阻抗(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(shè)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 (Characte

7、ristic Impedance)。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(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)傳輸線的長短無關(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品質(zhì)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?shù)倪B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。 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

8、變化關(guān)系比例關(guān)系影響因素的變化Zc的隨之變化等效介電常數(shù)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 NB CABLE的特性阻抗（Zc）計算)2ln(*120dDZCe其中：e:絕緣材料的等效介電常數(shù) D：外導體內(nèi)徑 d：內(nèi)導體絞合外徑 Ln:以無理數(shù)e=2.71728為底的對數(shù)的對數(shù) 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(zhì)的介電常數(shù)r有關(guān)，而與饋線長短、工作頻率以及線纜終端所接負載阻抗無關(guān)；此公式為理論計算公式，供設(shè)計參考，實際阻抗值會有偏差。 以以UL10064 FEPUL10064 FEP對絞線為例，設(shè)計阻抗對絞線為例，設(shè)計阻抗1001007

9、7 典型NB Cable用線特性阻抗選擇計算表：UL10064 FEP雙絞線特性阻抗：雙絞線特性阻抗：1007 ohms線材規(guī)格外被ODOD公差絞距(mm)34#(7/0.06TC)*2C0.31mm0.01mm31mm32#(7/0.08TC)*2C0.38mm0.01mm41mm30#(7/0.10TC)*2C0.50mm0.01mm51mm34#(19/0.04TC)*2C0.31mm0.01mm31mm32#(19/0.05TC)*2C0.38mm0.01mm41mm30#(19/0.06TC)*2C0.50mm0.01mm51mm 典型NB Cable用線的特性阻抗控制實驗參數(shù)：（參

10、考值）6.目前UL10064對絞線生產(chǎn)之瓶頸對絞線生產(chǎn)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1007規(guī)格為例，若要將阻抗值加嚴至1005，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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(shè)計規(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